CN115987392B - 一种基于poe的高速可见光通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于POE的高速可见光通信系统及方法，该系统通过在LED驱动模块中，将数模转换模块发送的模拟信号分别从两条独立支路进行放大或补偿处理，同时，由于信号放大单元与第一LED灯具通信连接，信号补偿单元与第二LED灯具通信连接，当信号反馈模块接收到第一LED灯具的光通信信号时，反馈该光通信信号至信号补偿单元的输入端，并与模拟信号作差，以补偿模拟信号在经过信号放大单元传输至第一LED灯具过程中造成的信号失真，最终通过两条支路对应的第一LED灯具和第二LED灯具中所有光叠加传输给接收设备，解决了现有技术中，POE系统无法应用到兼具满足基本社会照明与高速通信相结合的应用场景中的问题。

Description

一种基于POE的高速可见光通信系统及方法

技术领域

本发明属于POE的高速可见光通信技术领域，具体涉及一种基于POE的高速可见光通信系统及方法。

背景技术

POE (Power Over Ethernet，有源以太网供电)是一种通过以太网电缆进行数据和电力传输的技术，在POE技术中，电源连接PSE（PowerSourcing Equipment，供电设备）可以以IEEE 802.3af标准中所允许的传输方式，为PD（Powered Device，受电设备）提供所需电能，该技术用于许多应用网络，尤其是在LED（Light Emitting Diode，发光二极管）照明网络中。

具体的，将POE技术运用于数据传输或电能控制时，存在一定缺陷，主要体现在：

第一，传统的POE系统在PSE和PD之间传输数据和电能时，需要进行一定的设备检测、功率分类等操作，给定最小和最大的检测电压范围，检测到PD设备提供的特征电阻，再由PSE持续为PD设备进行升档功率分配，最后接近PD设备功率需求而趋于稳定，但是实际供电功率与PSE分类的功率等级存在偏差，或是功率在网线中传输时带来的功率损耗，导致PD设备功率过低或过高，造成PD设备工作不稳定的现象。

第二，传统的POE系统在进行数据传输时仅仅只是传输一些控制指令，用于PD设备的智能供电（如照明系统），并未具体应用到兼具满足基本社会照明与高速通信相结合的应用场景，可以理解的，传统的POE系统在传输数据方面能效较低，即网络资源没能得到充分利用。

为此，亟需一种基于POE的高速可见光通信系统及方法，解决传统的POE系统在传输数据方面能效较低，且未具体应用到兼具满足基本社会照明与高速通信相结合的应用场景中的问题。

发明内容

基于此，本发明实施例当中提供了一种基于POE的高速可见光通信系统及方法，旨在解决现有技术中，传统的POE系统在传输数据方面能效较低，且未具体应用到兼具满足基本社会照明与高速通信相结合的应用场景中的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种基于POE的高速可见光通信系统，所述系统包括接收模块、与所述接收模块通信连接的主控模块、与所述主控模块通信连接的数模转换模块、与所述数模转换模块通信连接的LED驱动模块以及与所述LED驱动模块通信连接的LED装置，所述LED装置发出的光信号用于发送至接收设备中，以完成可见光通信；

所述接收模块包括接收单元和与所述接收单元电连接的输送单元，所述接收单元用于接收数据流和电能，并为所述主控模块和所述LED装置提供电能，所述输送单元用于将所述数据流输出至所述主控模块；

所述主控模块用于接收所述数据流，并将所述数据流发送至所述数模转换模块；

所述数模转换模块用于接收所述数据流中的数字信号，并将所述数字信号转换为模拟信号；

所述LED驱动模块包括信号放大单元和信号补偿单元，所述系统还包括信号反馈模块，其中，所述数模转换模块的输出端分别与所述信号放大单元和所述信号补偿单元通信连接，所述信号放大单元与第一LED灯具通信连接，所述信号补偿单元与第二LED灯具通信连接，所述信号反馈模块用于接收所述第一LED灯具的光通信信号，并发送至所述信号补偿单元的输入端，所述信号补偿单元用于根据所述模拟信号和所述光通信信号的差值，以补偿所述模拟信号在经过所述信号放大单元传输至所述第一LED灯具过程中造成的信号失真，所述第一LED灯具和所述第二LED灯具组成所述LED装置。

进一步的，所述系统还包括电源分配模块和功率驱动模块，所述电源分配模块分别与所述接收单元、所述主控模块、所述功率驱动模块以及所述LED装置电性连接，用于对系统内部的各模块提供相应电压标准，让系统正常运转，所述功率驱动模块的一端与所述主控模块电性连接，所述功率驱动模块的另一端与所述电源分配模块电性连接，所述主控模块用于接收所述电源分配模块采集到的所述LED装置的实际接收功率信号，并根据所述实际接收功率信号，校准所述功率驱动模块输出的占空比，以使所述电源分配模块给所述LED装置提供目标功率。

进一步的，所述LED装置设置有分压电阻，所述实际接收功率可根据所述分压电阻的阻值确定。

进一步的，所述信号补偿单元包括与所述数模转换模块通信连接的误差放大子单元，以及与所述误差放大子单元通信连接的线性放大子单元，其中，所述误差放大子单元为误差放大器，所述线性放大子单元为线性放大器。

进一步的，所述信号放大单元为E类放大器，所述E类放大器由MOS管和RLC谐振电路组成。

进一步的，所述信号反馈模块与所述信号补偿单元之间设置有第一高通滤波器，所述第一高通滤波器用于滤除所述光通信信号中来自所述电源分配模块的直流分量。

进一步的，所述数模转换模块与所述信号补偿单元之间设置有第二高通滤波器和低通滤波器，所述第二高通滤波器和所述低通滤波器用于滤除功率驱动分量，并保持所述模拟信号的频谱。

进一步的，所述电源分配模块包括输入单元、电感线圈以及输出单元，其中，所述输入单元与所述输出单元通过所述电感线圈电性连接，所述输入单元与所述接收单元电性连接，所述输出单元与所述LED装置电性连接。

进一步的，所述输入单元包括与所述电感线圈的一次绕组串联的第一开关子单元，所述输出单元包括分别与所述电感线圈的二次绕组串联的第二开关子单元和第三开关子单元，所述第一开关子单元、所述第二开关子单元以及所述第三开关子单元均包括开关管以及与所述开关管并联的二极管，其中，所述功率驱动模块包括第一功率驱动单元和第二功率驱动单元，所述第一功率驱动单元与所述第一开关子单元和所述第二开关子单元电性连接，用于同时对所述第一开关子单元和所述第二开关子单元的开关进行控制，所述第二功率驱动单元与所述第三开关子单元电性连接，用于对所述第三开关子单元的开关进行控制。

本发明实施例的另一方面提供了一种应用于如上述所述系统的基于POE的高速可见光通信方法，所述方法包括：

获取接收模块接收的数据流和电能，并通过所述接收模块的接收单元为主控模块和LED装置提供电能，同时，通过所述接收模块的输送单元将所述数据流输出至所述主控模块；

所述主控模块将所述数据流发送至数模转换模块，进行数模转换处理，得到模拟信号；

根据所述模拟信号，控制LED驱动模块驱动LED装置工作，以使所述LED装置发出的光信号被接收设备接收，完成可见光通信；

其中，所述LED驱动模块包括信号放大单元和信号补偿单元，所述LED装置由第一LED灯具和第二LED灯具组成，且所述信号放大单元与第一LED灯具通信连接，所述信号补偿单元与第二LED灯具通信连接，所述模拟信号经过所述信号放大单元后，作用于所述第一LED灯具，所述第一LED灯具发出的光通信信号被信号反馈模块接收，并发送至所述信号补偿单元，所述信号补偿单元根据获取到的所述模拟信号和所述光通信信号，计算所述模拟信号和所述光通信信号的差值，并根据所述差值，补偿所述模拟信号在经过所述信号放大单元传输至所述第一LED灯具过程中造成的信号失真。

综上，本发明通过在LED驱动模块中，将数模转换模块发送的模拟信号分别从两条独立支路进行放大或补偿处理，放大处理通过信号放大单元完成，补偿处理通过信号补偿单元完成，同时，由于信号放大单元与第一LED灯具通信连接，信号补偿单元与第二LED灯具通信连接，当信号反馈模块接收到第一LED灯具的光通信信号时，反馈该光通信信号至信号补偿单元的输入端，并与模拟信号作差，以补偿模拟信号在经过信号放大单元传输至第一LED灯具过程中造成的信号失真，最终通过两条支路对应的第一LED灯具和第二LED灯具中所有光叠加传输给接收设备，解决了现有技术中，POE系统无法应用到兼具满足基本社会照明与高速通信相结合的应用场景中的问题。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种基于POE的高速可见光通信系统的结构示意图；

图2为开关功放电路图；

图3为E类功放等效电路图；

图4为误差放大器内部结构示意图；

图5是本发明第二实施例提供的另一种基于POE的高速可见光通信系统的结构示意图；

图6为DC-DC模块开关管控制信号示意图；

图7为本发明第三实施例提供的一种基于POE的高速可见光通信方法的实现流程图。

以下具体实施方式将结合上述附图进一步说明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

请参阅图1，图1示出了本发明第一实施例提供的一种基于POE的高速可见光通信系统的结构示意图，该系统包括接收模块、与接收模块通信连接的主控模块、与主控模块通信连接的数模转换模块、与数模转换模块通信连接的LED驱动模块以及与LED驱动模块通信连接的LED装置，LED装置发出的光信号用于发送至接收设备中，以完成可见光通信。

具体的，接收模块包括接收单元和与接收单元电连接的输送单元，接收单元用于接收数字信号和电能，并为主控模块和LED装置提供电能，输送单元用于将数字信号输出至主控模块，其中，如图1所示，接收单元可以为RJ45，输送单元可以为PHY（PortPhysicalLayer，端口物理层），本系统采用空闲脚供电模式，其余线对用作数据传输（符合IEEE802.3af），通过RJ45网络电缆接收PSE端的数据与电能，并通过以太网接口（PHY物理层）输出给主控模块，主控模块可以为如图1所示的MCU（(Micro Controller Unit，微控制单元）或FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列），另外，由于RJ45的一侧与PSE端连接，另一侧与LED装置连接，可以为LED装置提供电能，以使LED装置正常工作。

需要说明的是，为了实现兼具满足基本社会照明与高速通信的功能，通过主控模块传输的指令或视频流等数据流，经过数模转换模块将数字信号转换为模拟信号，并将信号加载到LED装置上，以可见光通信的形式传输给接收设备，具体的，先将主控模块与数模转换模块电性连接，在数模转换模块的工作下，将数字信号转换为模拟信号，后输入到LED驱动模块中，其中，数模转换模块可以为DAC模块，数模转换模块的输出端分别与信号放大单元和信号补偿单元通信连接，信号放大单元与第一LED灯具通信连接，信号补偿单元与第二LED灯具通信连接，信号反馈模块用于接收第一LED灯具的光通信信号，并发送至信号补偿单元的输入端，信号补偿单元用于根据模拟信号和光通信信号的差值，以补偿模拟信号在经过信号放大单元传输至第一LED灯具过程中造成的信号失真，第一LED灯具和第二LED灯具组成LED装置，其中，第一LED灯具和第二LED灯具可由多个LED灯珠构成，另外，在第一LED灯具和第二LED灯具上还分别串联有扼流电感，该扼流电感用于防止信号倒灌至电源偏置端。

在本实施例当中，信号补偿单元和信号放大单元将LED装置分为两个相互独立的支路，其中，第一个支路以信号放大单元为主，以高效率为对应的第一LED灯具提供通信级的大部分信号功率，需要说明的是，当信号放大单元不满足调制所需的带宽和转换率，或是受LED器件本身的带宽限制时，用户端实际接收到的信号是失真的，因此信号在传输时造成的非线性失真往往无法避免，故第二支路添加信号补偿单元，具体的，信号放大单元为E类放大器。

进一步的，E类放大器由MOS管和RLC谐振电路组成，属于开关功放放大器，请参阅图2，图2为开关功放电路图，由于开关类放大器在开关的导通与截至时存在MOS管内部寄生电容的充放电过程，开关的状态转换都需要一定的时间，如开关在导通的瞬间，MOS管的电压并不是瞬间降为0，在这段下降时间内，开关电流与电压有重叠区域，导致开关功率损耗，放大器效率降低。为了避免电流电压同时出现的情况，需要调节RLC谐振电路的各元件参数，也即让E类放大器处于最佳工作状态。

在本实施例当中，E类放大器的开关占空比D=0.5，也即在0≤wt≤π时，MOS管导通，π≤wt≤2π时，MOS管关断，其中，w为角频率（单位为rad/s），wt为角度（相位），请参阅图3，图3为E类功放等效电路图，具体的，通过串联谐振电路的电流是正弦的，设负载电流：

其中，I_R为负载电流的振幅（最大值）。

时，

，v（wt）为MOS管的漏极电压，C为图3中所示的电容，则根据KCL定律，有：

其中，I_DC为电源电流，i_C（wt）为并联电容分量，i_S（wt）为开关管电流分量。则有：

开关两端的电压v_S（wt）为并联电容C上的电压，则有：

带入i_C（wt），v_S（2π）=0，

，解得：/>

得到表达式：

由于MOS管漏极电流与电压无交替区间，也即i_S（wt）与v_S（wt）没有重叠区间，所以晶体管没有功率损耗，而输入功率只由电阻R消耗，也即:

其中，I_DC为电源电流，V_DC为电源电压，I_R为电阻R的电流，V_R为电阻R的电压，从图3中可知，由于谐振元件L₀，C₀对谐振频率相同的基波短路，对谐波开路，则L₀，C₀上没有电压降，具体的，L₀，C₀，R所构成的串联谐振电路在发生谐振时，电路呈现电阻特性，也即L₀，C₀相当于一根导线，对与谐振频率相同的信号短路，而对与谐振频率不同的信号，RLC串联谐振电路呈现高阻抗（也即断路）的状态，又因为谐振电流与电压之间存在相位偏差，要使得负载的电能利用率（信号功率）最大，需要利用电感L来调整相位。

分析可知开关两端电压由电感电压V_L和负载电压V_R组成，由傅里叶级数可知：

利用阻抗与电压的关系式，带入

可知：

则有：

，/>

。

负载回路中L₀，C₀的计算公式为：

/>

其中，Q为谐振电路的品质因素，由公式：

可知Q越大，信号带宽越小，信号选择性越好，其中，f_sw为开关频率，△f为信号带宽。

更进一步的，信号补偿单元包括与数模转换模块通信连接的误差放大子单元，以及与误差放大子单元通信连接的线性放大子单元，其中，误差放大子单元为误差放大器，线性放大子单元为线性放大器，请参阅图4，图4为误差放大器内部结构示意图，对于线性放大器，输出是对输入信号的再现和增强，主要应用于高频功率放大器发射机的最后一级，保证了某一区域的接收机能够接收到满意的信号电平，根据图1可知，误差信号Serr（t）是由MCU或FPGA产生的输入信号（模拟信号）Sin（t）与实际PD（Photo Diode Detector，光电二极管探测器）接收到的光通信信号（Srec（t））作差值，也即误差放大器相当于减法器，以补偿第一支路传输造成的信号失真，用于线性辅助，最终通过两路光信号叠加的方式还原输入信号，其中，信号反馈模块为PD。需要说明的是，传统A、B类等线性运放虽然可以带来较好的调制性能，但信号功率效能不高。为了能够尽量满足通信和照明并存的情况，选择E类开关运放提供高效的信号功率，同时外加一个误差运放作为线性辅助，以解决E类放大器带宽受限，转换速率慢，控制更复杂等问题，最终在保证信号增益的同时，提供了更多的频谱资源，提升了整体信号质量，带来更好的通信性能，其中，Sin（t）在经过E类放大器后，输出Sclass-E（t）作用于第二LED灯具，误差信号Serr（t）在经过线性放大器后，输出

作用于第一LED灯具，通过/>

和Sclass-E（t）使得第一LED灯具和第二LED灯具组成的LED装置发出的模拟信号Sout（t）作用于接收设备，完成可见光通信。

综上，本发明实施例通过在LED驱动模块中，将数模转换模块发送的模拟信号分别从两条独立支路进行放大或补偿处理，放大处理通过信号放大单元完成，补偿处理通过信号补偿单元完成，同时，由于信号放大单元与第一LED灯具通信连接，信号补偿单元与第二LED灯具通信连接，当信号反馈模块接收到第一LED灯具的光通信信号时，反馈该光通信信号至信号补偿单元的输入端，并与模拟信号作差，以补偿模拟信号在经过信号放大单元传输至第一LED灯具过程中造成的信号失真，最终通过两条支路对应的第一LED灯具和第二LED灯具中所有光叠加传输给接收设备，解决了现有技术中，POE系统无法应用到兼具满足基本社会照明与高速通信相结合的应用场景中的问题。

实施例二

请参阅图5，图5示出了本发明第二实施例提供的另一种基于POE的高速可见光通信系统的结构示意图，与实施例一的区别在于，实施例二当中的系统还包括DC-DC模块和PWM模块。

具体的，该系统中的电源分配模块分别与接收单元、主控模块、功率驱动模块以及LED装置电性连接，用于对系统内部的各模块提供相应电压标准，让系统正常运转，功率驱动模块的一端与主控模块电性连接，功率驱动模块的另一端与电源分配模块电性连接，主控模块用于接收电源分配模块采集到的LED装置的实际接收功率信号，并根据实际接收功率信号，校准功率驱动模块输出的占空比，以使电源分配模块给LED装置提供目标功率，具体的，实际接收功率信号可以为功率等级信号，其中，由于LED装置设置有分压电阻，该实际接收功率可根据分压电阻的阻值确定，在本实施例当中，电源分配模块为DC-DC模块，功率驱动模块为PWM模块。

需要说明的是，DC-DC模块对系统内部的各模块提供相应电压标准，让系统正常运转。当PSE检测到LED装置以后，分配相应等级的功率输出，再将LED实际接收到的功率大小反馈给主控模块，利用PWM模块重新调节DC-DC模块，给出更加适用LED灯具的功率大小。例如，当LED灯具所需功率为30W时，PSE通过电缆传输功率时，由公式R=ρl/s（R为电阻，ρ为密度，l为长度，s为横截面积），Q=I²Rt（Q为能量，I为电流，R为电阻，t为时间）可知，受网线的材质或长度等影响（假设为铜芯且传输距离为50米，造成的功率损耗为5W），LED灯具实际接收到的功率只有25W，此时的功率不足以让LED灯具正常工作，则需要利用主控模块重新校准PWM波占空比，使得DC-DC模块输出对应的30W功率。可以理解的，PWM模块通过主控模块控制PWM波的占空比，作用于DC-DC模块并给予LED灯具不同的功率等级，以期达到调光的效果。

另外，由于电源分配模块和功率驱动模块的设置，PD需要将捕获到的Sclass−E（t）通过第一高通滤波器滤除来自DC-DC模块的直流分量，同时将Sin（t）经过第二高通滤波器和低通滤波器滤除PWM分量并保持通信信号的频谱，最后将得到的Serr（t）直接发送给线性放大器。

在本实施例当中，电源分配模块包括输入单元、电感线圈以及输出单元，其中，输入单元与输出单元通过电感线圈电性连接，输入单元与接收单元电性连接，输出单元与LED装置电性连接，具体的，输入单元包括与电感线圈的一次绕组串联的第一开关子单元，输出单元包括分别与电感线圈的二次绕组串联的第二开关子单元和第三开关子单元，第一开关子单元、第二开关子单元以及第三开关子单元均包括开关管以及与开关管并联的二极管，其中，功率驱动模块包括第一功率驱动单元和第二功率驱动单元，第一功率驱动单元与第一开关子单元和第二开关子单元电性连接，用于同时对第一开关子单元和第二开关子单元的开关进行控制，第二功率驱动单元与第三开关子单元电性连接，用于对第三开关子单元的开关进行控制，具体的，第一开关子单元中的开关管的基极与输入电源（VCC）电性连接，发射极与VCC的负极以及二极管的阳极电性连接，集电极与电感线圈的一次绕组的一端以及二极管的阴极电性连接，第二开关子单元中的开关管的基极与电感线圈的二次绕组的一端电性连接，第二开关子单元中的开关管的发射极与第三开关子单元中的开关管的发射极电性连接，第二开关子单元中的开关管的集电极与电感线圈的二次绕组的另一端电性连接，可以理解的，第二开关子单元中的开关管与第三开关子单元中的开关管可以形成闭合环路。

需要说明的是，首先上电，通过PWM波控制DC-DC模块输出系统内部各模块的额定电压，让系统正常工作。在DC-DC模块中，Vi1、Vi2、Vi3均为开关管，Vi1与Vi3受不同的PWM波控制，Vi1与Vi2同步。请参阅图6，图6为DC-DC模块开关管控制信号示意图，当Vi2与Vi3存在同时导通的时段（假设为T）时，电流通过去耦电感Li1与Vi2、Vi3形成一个闭合环路，此时能量无法传输到设备中，也即实现通过改变T控制对应的输出电压。

进一步的，DC-DC模块可以为多路，若系统内部的需要增加其他的负载，则只需将另外的DC-DC模块并联在直流偏置Vcc上即可，这样的好处在于，各路DC-DC电源模块互不影响，且独立控制，电路损坏时可精准检修。通过反馈电阻可得知电路损耗，再由PWM调节出额定功率以正常工作，延长受电设备的使用寿命。

在本实施例当中，功率驱动模块包括第一功率驱动单元和第二功率驱动单元，可以理解的，第一功率驱动单元和第二功率驱动单元为两个独立的PWM单元，用于在主控模块的控制下，单独对对应的PWM单元的PWM波进行调整，其中，第一功率驱动单元作用于Vi1与Vi2（图未示），第二功率驱动单元作用于Vi3，另外，图中的电容C_io和电阻R_io的并联用于实现滤波的功能。

可以理解的，本实施例当中的基于POE的高速可见光通信系统具备双向传输的能力，其中下行链路由可见光通信完成，通过接收以太网的大流量数据，由主控模块负责转发给数模转换模块，将数字信号转化为在LED灯具上传输的模拟信号，再由手机端（接收设备）来接收整体光源，实现高速通信。而可见光通信的传输方式往往是单向发送的，要实现灵活的交互，需要外加一个蓝牙模块来充当上行链路，由它与手机端相连，负责发送请求指令，例如发送LED装置的调光请求，根据客户的喜好需求控制主控模块调节PWM波的对应占空比，从而给出所需要的功率大小，或是发送视频播放请求等等。利用可见光通信弥补蓝牙自身速率的局限性，而蓝牙又能满足整体系统的良性交互感，从而给用户带来较好的体验。

实施例三

请参阅图7，图7示出了本发明第三实施例提供的一种基于POE的高速可见光通信方法的实现流程图，该方法具体包括步骤S30至步骤S32。

步骤S30，获取接收模块接收的数据流和电能，并通过所述接收模块的接收单元为主控模块和LED装置提供电能，同时，通过所述接收模块的输送单元将所述数据流输出至所述主控模块。

步骤S31，所述主控模块将所述数据流发送至数模转换模块，进行数模转换处理，得到模拟信号。

步骤S32，根据所述模拟信号，控制LED驱动模块驱动LED装置工作，以使所述LED装置发出的光信号被接收设备接收，完成可见光通信。

其中，LED驱动模块包括信号放大单元和信号补偿单元，LED装置由第一LED灯具和第二LED灯具组成，且信号放大单元与第一LED灯具通信连接，信号补偿单元与第二LED灯具通信连接，模拟信号经过信号放大单元后，作用于第一LED灯具，第一LED灯具发出的光通信信号被信号反馈模块接收，并发送至信号补偿单元，信号补偿单元根据获取到的模拟信号和光通信信号，计算模拟信号和光通信信号的差值，并根据差值，补偿模拟信号在经过信号放大单元传输至第一LED灯具过程中造成的信号失真。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示 例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于POE的高速可见光通信系统，其特征在于，所述系统包括接收模块、与所述接收模块通信连接的主控模块、与所述主控模块通信连接的数模转换模块、与所述数模转换模块通信连接的LED驱动模块以及与所述LED驱动模块通信连接的LED装置，所述LED装置发出的光信号用于发送至接收设备中，以完成可见光通信；

所述接收模块包括接收单元和与所述接收单元电连接的输送单元，所述接收单元用于接收数据流和电能，并为所述主控模块和所述LED装置提供电能，所述输送单元用于将所述数据流输出至所述主控模块；

所述主控模块用于接收所述数据流，并将所述数据流发送至所述数模转换模块；

所述数模转换模块用于接收所述数据流中的数字信号，并将所述数字信号转换为模拟信号；

所述LED驱动模块包括信号放大单元和信号补偿单元，所述系统还包括信号反馈模块，其中，所述数模转换模块的输出端分别与所述信号放大单元和所述信号补偿单元通信连接，所述信号放大单元与第一LED灯具通信连接，所述信号补偿单元与第二LED灯具通信连接，所述信号反馈模块用于接收所述第一LED灯具的光通信信号，并发送至所述信号补偿单元的输入端，所述信号补偿单元用于根据所述模拟信号和所述光通信信号的差值，以补偿所述模拟信号在经过所述信号放大单元传输至所述第一LED灯具过程中造成的信号失真，所述第一LED灯具和所述第二LED灯具组成所述LED装置；

所述系统还包括电源分配模块和功率驱动模块，所述电源分配模块分别与所述接收单元、所述主控模块、所述功率驱动模块以及所述LED装置电性连接，用于对系统内部的各模块提供相应电压标准，让系统正常运转，所述功率驱动模块的一端与所述主控模块电性连接，所述功率驱动模块的另一端与所述电源分配模块电性连接，所述主控模块用于接收所述电源分配模块采集到的所述LED装置的实际接收功率信号，并根据所述实际接收功率信号，校准所述功率驱动模块输出的占空比，以使所述电源分配模块给所述LED装置提供目标功率；

其中，电源分配模块为DC-DC模块，功率驱动模块为PWM模块，PWM模块通过主控模块控制PWM波的占空比，作用于DC-DC模块并给予LED灯具不同的功率等级，以期达到调光的效果。

2.根据权利要求1所述的基于POE的高速可见光通信系统，其特征在于，所述LED装置设置有分压电阻，所述实际接收功率可根据所述分压电阻的阻值确定。

3.根据权利要求2所述的基于POE的高速可见光通信系统，其特征在于，所述信号补偿单元包括与所述数模转换模块通信连接的误差放大子单元，以及与所述误差放大子单元通信连接的线性放大子单元，其中，所述误差放大子单元为误差放大器，所述线性放大子单元为线性放大器。

4.根据权利要求3所述的基于POE的高速可见光通信系统，其特征在于，所述信号放大单元为E类放大器，所述E类放大器由MOS管和RLC谐振电路组成。

5.根据权利要求4所述的基于POE的高速可见光通信系统，其特征在于，所述信号反馈模块与所述信号补偿单元之间设置有第一高通滤波器，所述第一高通滤波器用于滤除所述光通信信号中来自所述电源分配模块的直流分量。

6.根据权利要求5所述的基于POE的高速可见光通信系统，其特征在于，所述数模转换模块与所述信号补偿单元之间设置有第二高通滤波器和低通滤波器，所述第二高通滤波器和所述低通滤波器用于滤除功率驱动分量，并保持所述模拟信号的频谱。

7.根据权利要求1所述的基于POE的高速可见光通信系统，其特征在于，所述电源分配模块包括输入单元、电感线圈以及输出单元，其中，所述输入单元与所述输出单元通过所述电感线圈电性连接，所述输入单元与所述接收单元电性连接，所述输出单元与所述LED装置电性连接。

8.根据权利要求7所述的基于POE的高速可见光通信系统，其特征在于，所述输入单元包括与所述电感线圈的一次绕组串联的第一开关子单元，所述输出单元包括分别与所述电感线圈的二次绕组串联的第二开关子单元和第三开关子单元，所述第一开关子单元、所述第二开关子单元以及所述第三开关子单元均包括开关管以及与所述开关管并联的二极管，其中，所述功率驱动模块包括第一功率驱动单元和第二功率驱动单元，所述第一功率驱动单元与所述第一开关子单元和所述第二开关子单元电性连接，用于同时对所述第一开关子单元和所述第二开关子单元的开关进行控制，所述第二功率驱动单元与所述第三开关子单元电性连接，用于对所述第三开关子单元的开关进行控制。

9.一种应用于如权利要求1-8任一项所述系统的基于POE的高速可见光通信方法，其特征在于，所述方法包括：

获取接收模块接收的数据流和电能，并通过所述接收模块的接收单元为主控模块和LED装置提供电能，同时，通过所述接收模块的输送单元将所述数据流输出至所述主控模块；

所述主控模块将所述数据流发送至数模转换模块，进行数模转换处理，得到模拟信号；

根据所述模拟信号，控制LED驱动模块驱动LED装置工作，以使所述LED装置发出的光信号被接收设备接收，完成可见光通信；

其中，所述LED驱动模块包括信号放大单元和信号补偿单元，所述LED装置由第一LED灯具和第二LED灯具组成，且所述信号放大单元与第一LED灯具通信连接，所述信号补偿单元与第二LED灯具通信连接，所述模拟信号经过所述信号放大单元后，作用于所述第一LED灯具，所述第一LED灯具发出的光通信信号被信号反馈模块接收，并发送至所述信号补偿单元，所述信号补偿单元根据获取到的所述模拟信号和所述光通信信号，计算所述模拟信号和所述光通信信号的差值，并根据所述差值，补偿所述模拟信号在经过所述信号放大单元传输至所述第一LED灯具过程中造成的信号失真。

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