CN115276800A - 基于数字信号与模拟信号混合调制解调的可见光通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于数字信号与模拟信号混合调制解调的可见光通信系统，包含语音信号调制解调模块，数字信号调制解调模块，信号发射接收模块和单片机；单片机作为数字信号调制解调模块的核心，单片机控制语音信号调制解调模块的开关和时钟频率，使能或禁能语音信号的发送以及在某个中心频率传输；数字信号部分包含模拟信号的中心频率及系统指令或数据，单片机在接受到数字信号传输过来的模拟信号中心频率之后，控制本地模拟信号实现对语音信号的解调；发射模块包括加法电路和自增益控制电路，保证发射信号电压不会达到发射管的饱和电压；接收模块包含光传感器和自增益控制电路，接收光信号送入单片机的AD采集端口和模拟部分的解调模块。

Description

基于数字信号与模拟信号混合调制解调的可见光通信系统
技术领域
本发明涉及基于数字信号与模拟信号混合调制解调的可见光通信系统，属于技术领域。
背景技术
随着被誉为“绿色照明”的半导体LED照明技术的迅猛发展，白光LED已经基本取代了白炽灯和荧光灯。与传统照明光源相比，白光LED不仅功耗低，使用寿命长，尺寸小，绿色环保，更具有调制性能好，响应灵敏度高等优点。人们也利用LED高速亮灭的发光响应特性，将信号调制到LED可见光上进行传输，实现了照明通信一体化的高效模式，即可见光通信（Visible light communication，VLC）技术。
与传统射频无线技术相比，VLC可利用带宽高，具有更高的安全性和私密性，不产生电磁干扰，也无需相应频段的许可授权，能够以较低的成本实现高带宽高速率的无线通信接入。具有很好的空间复用性，极大地拓展了网络的覆盖面，是对现有射频技术的很好的补充。这些吸引人的特性，使得VLC在世界范围内受到极大关注。
可见光通信中常用的调制技术调制有模拟调制和数字调制两种模式，目前可见光调制方式的应用中大多数选择数字脉冲调制模式，常用的数字脉冲调制方式有开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)、脉冲间隔调制(PIM)以及双头脉冲间隔调制(DH-PIM)等。
由于无线光通信系统链路通过大气信道，受天气影响较大，例如:大气衰减、光强闪烁、背景辐射等，因此目前光无线通信在室内应用较多，如室内广播技术领域。
传统的语音对讲技术使用的是纯模拟调制模式，无法传输数字信号，同时无法在严格电磁限制的场合使用。由于对讲设备基本使用的都是全向天线，导致信号的传播方向基本是全空间辐射，这就使得信号的安全性得不到保障。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供基于数字信号与模拟信号混合调制解调的可见光通信系统，在对单片机性能要求不高的条件下实现语音信号及数字信号的传输。
本发明是通过如下技术方案实现的：基于数字信号与模拟信号混合调制解调的可见光通信系统，其特征在于：包含一路语音信号调制解调模块，一路数字信号调制解调模块，信号发射接收模块和单片机；
单片机作为数字信号调制解调模块的核心，同时也是整个系统的控制器；通信时，单片机控制语音信号调制解调模块的开关和时钟频率，用来使能或禁能语音信号的发送以及在某个中心频率传输；
数字信号部分，包含了模拟信号的中心频率及系统指令或数据，单片机在接受到数字信号传输过来的模拟信号中心频率之后，控制本地模拟信号的中心频率从而实现对语音信号的解调；
发射模块包括一个加法电路和一个自增益控制电路，保证发射信号电压不会达到发射管的饱和电压；
接收模块包含一个光传感器和一个自增益控制电路，接收光信号送入单片机的AD采集端口和模拟部分的解调模块。
所述的单片机接收待调制数字信号，待调制数字信号经单片机进行2PSK调制后，2PSK调制后信号经过DAC转换进入加法器，语音信号输入经FM模拟调制模块调制后进入加法器，FM模拟调制模块输出信号和2PSK调制后信号经过加法器进入自增益控制电路，然后进入光发射电路发射。
所述的接收模块的光接收电路接收光信号送入单片机的AD采集端口和模拟部分的FM模拟解调模块，FM模拟解调模块解调后将语音信号输出。
所述的单片机接受到信号后进行2PSK数字信号解调，解调出指令信息，按照指令信息控制压控振荡器输出中心频率提供给FM模拟调制模块和FM模拟解调模块，按照指令信息控制FM模拟调制模块和FM模拟解调模块是否工作。
所述的单片机向FM模拟调制模块和FM模拟解调模块输出使能信号。
所述的单片机能输出解调出的数字信号。
所述的单片机采用STM32F429。
本发明的有益效果是： 由于语音信号是模拟电路调制，所以对单片机性能要求不高，同时可以传输低速率数字信号，根据数字信号中的指令，可以方便的控制系统的调制中心频率和开关，由于语音调制解调模块是独立的，所以该方法可以支持全双工语音对讲的实现，同时由于数字指令的存在，可以方便的扩展其它功能，比如避免多点之间的干扰。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的模块原理图；
图2是本发明的自增益模块电路原理图；
图3是本发明的压控振荡器和FM模拟调制模块电路原理图；
图4是本发明的压控振荡器和 FM模拟解调模块电路原理图。
具体实施方式
如图1和图2所示的基于数字信号与模拟信号混合调制解调的可见光通信系统，其特征在于：包含一路语音信号调制解调模块，一路数字信号调制解调模块，信号发射接收模块和单片机；
单片机作为数字信号调制解调模块的核心，同时也是整个系统的控制器；通信时，单片机控制语音信号调制解调模块的开关和时钟频率，用来使能或禁能语音信号的发送以及在某个中心频率传输；
数字信号部分，包含了模拟信号的中心频率及系统指令或数据，单片机在接受到数字信号传输过来的模拟信号中心频率之后，控制本地模拟信号的中心频率从而实现对语音信号的解调；
发射模块包括一个加法电路和一个自增益控制电路，保证发射信号电压不会达到发射管的饱和电压；
接收模块包含一个光传感器和一个自增益控制电路，接收光信号送入单片机的AD采集端口和模拟部分的解调模块。
所述的单片机接收待调制数字信号，待调制数字信号经单片机进行2PSK调制后，2PSK调制后信号经过DAC转换进入加法器，语音信号输入经FM模拟调制模块调制后进入加法器，FM模拟调制模块输出信号和2PSK调制后信号经过加法器进入自增益控制电路，然后进入光发射电路发射。
所述的接收模块的光接收电路接收光信号送入单片机的AD采集端口和模拟部分的FM模拟解调模块，FM模拟解调模块解调后将语音信号输出。
所述的单片机接受到信号后进行2PSK数字信号解调，解调出指令信息，按照指令信息控制压控振荡器输出中心频率提供给FM模拟调制模块和FM模拟解调模块，按照指令信息控制FM模拟调制模块和FM模拟解调模块是否工作。
所述的单片机向FM模拟调制模块和FM模拟解调模块输出使能信号。
所述的单片机能输出解调出的数字信号。
如图2所示单片机采用STM32F429。自动增益放大电路主芯片是AD603。自增益采用AD603作为核心器件，该芯片是低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放，原始待发送的光信号经放大器AD8626初步放大后进入AD603，经过自增益控制在一定的输出范围内送至光发射电路中，以使得在不同强度的光信号条件下，光发射电路输出的光信号效率最高。
如图3所示FM模拟调制模块采用max2606作为调制芯片，其内部集成了VCO（压控振荡器）。单片机只需在输入端VOL_FREQ输入某个电压值，便可控制调制中心频率的改变。声音信号经VOICE输入端输入，经过MAX2606调制为某一中心载波频率的FM信号经OUTSIGNAL输出。POWCTL为该模块电源使能控制脚，通过MOS管Q1控制该模块的电源通断。
如图4所示FM接收模块采用MAX2606和BA4116配合组成FM模拟解调电路。MAX2606为BA4116提供本振信号，通过VOL_FREQ脚控制其输出某个振荡频率，供给BA4116。接收到的光信号通过LIGHTSIGNAL端输入，经过BA4116解调后将原始的声音信号通过SPEAKER发送到喇叭。POWCTL是电源控制端，原理与FM调制模块部分功能相同。

Claims (7)

1.基于数字信号与模拟信号混合调制解调的可见光通信系统，其特征在于：包含一路语音信号调制解调模块，一路数字信号调制解调模块，信号发射接收模块和单片机；
单片机作为数字信号调制解调模块的核心，同时也是整个系统的控制器；通信时，单片机控制语音信号调制解调模块的开关和时钟频率，用来使能或禁能语音信号的发送以及在某个中心频率传输；
数字信号部分，包含了模拟信号的中心频率及系统指令或数据，单片机在接受到数字信号传输过来的模拟信号中心频率之后，控制本地模拟信号的中心频率从而实现对语音信号的解调；
发射模块包括一个加法电路和一个自增益控制电路，保证发射信号电压不会达到发射管的饱和电压；
接收模块包含一个光传感器和一个自增益控制电路，接收光信号送入单片机的AD采集端口和模拟部分的解调模块。
2.根据权利要求1所述的基于数字信号与模拟信号混合调制解调的可见光通信系统，其特征在于：所述的单片机接收待调制数字信号，待调制数字信号经单片机进行2PSK调制后，2PSK调制后信号经过DAC转换进入加法器，语音信号输入经FM模拟调制模块调制后进入加法器，FM模拟调制模块输出信号和2PSK调制后信号经过加法器进入自增益控制电路，然后进入光发射电路发射。
3.根据权利要求1所述的基于数字信号与模拟信号混合调制解调的可见光通信系统，其特征在于：所述的接收模块的光接收电路接收光信号送入单片机的AD采集端口和模拟部分的FM模拟解调模块，FM模拟解调模块解调后将语音信号输出。
4.根据权利要求1所述的基于数字信号与模拟信号混合调制解调的可见光通信系统，其特征在于：所述的单片机接受到信号后进行2PSK数字信号解调，解调出指令信息，按照指令信息控制压控振荡器输出中心频率提供给FM模拟调制模块和FM模拟解调模块，按照指令信息控制FM模拟调制模块和FM模拟解调模块是否工作。
5.根据权利要求1所述的基于数字信号与模拟信号混合调制解调的可见光通信系统，其特征在于：所述的单片机向FM模拟调制模块和FM模拟解调模块输出使能信号。
6.根据权利要求1所述的基于数字信号与模拟信号混合调制解调的可见光通信系统，其特征在于：所述的单片机能输出解调出的数字信号。
7.根据权利要求1所述的基于数字信号与模拟信号混合调制解调的可见光通信系统，其特征在于：所述的单片机采用STM32F429。
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