CN206272601U - 一种基于软件无线电的可见光通信系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于软件无线电的可见光通信系统，该系统将软件无线电与可见光通信前段结合，利用差分运算放大器组成的射极跟随电路代替软件无线电电路的射频子板，从而能够通过光路直接传递基带信号，进行基带通信。既解决了软件无线电面向的是射频频段没有覆盖低频频段的缺点，也适应了普通可见光系统前段硬件检测不出太高速变化的信号的特性。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种基于软件无线电的可见光通信系统。
背景技术
现代的无线通信需求随着手机等无线设备的普及而呈现出急速的增长，而现在RF频段下的可利用资源已经越来越稀缺，解决稀缺的频谱资源问题成为了通讯研究的热点，而可见光频段有400THz的未被开发的资源，这相当于当前所有RF频段的频谱的1000倍，这看上去是非常吸引的。可见光(Visible Light Communication)指的是人类眼睛可以觉察到的那一部分的光，它所处的频段为紫外线和红外线之间，整个可见光的频段波长范围为380-780nm；基本软件无线电平台如USRP2920，USRP2922，USRPE310等都是覆盖50M以上频段的，为了满足覆盖更低频段的要求，必须更改其射频子板。
可见光通信是现有无线通信的补充，可快速搭建无线网络且成本低廉。在传统的射频信号盲区内，如地铁、隧道、煤矿等场所，搭建射频基站费用较高，而搭建VLC系统既能满足照明需求，又能降低通信成本。此外，可见光通信技术采用对人眼安全无害的可见光波段传输数据信号，不产生电磁干扰且不易受到其它电磁波信号的干扰，可以应用于对电磁干扰敏感的场所，如医院、空间站、加油站、飞机场等。
实用新型内容
本实用新型提供一种基于软件无线电的可见光通信系统，该系统实现了将软件无线电与可见光通信有机的结合。
为了达到上述技术效果，本实用新型的技术方案如下：
一种基于软件无线电的可见光通信系统，包括发射机和接收机，所述发射机包括顺次连接的发射控制中心、正交数字上变频模块、双通道数模转换器模块和可见光发射前端；所述接收机包括顺次连接的光电检测电路、双通道模数转换器模块、正交数字下变频模块和接收控制中心；系统还包括上位机，上位机还均与 发射控制中心和接收控制中心连接。
进一步地，所述的发射控制中心与上位机相连，它们之间交互信息比特流，信息比特流经发射控制中心输出端传送到正交数字上变频模块输入端，正交数字上变频模块输出端与双通道数模转换模块输入端相连，双通道数模转换模块输出端连接到可见光通信发射前端；所述光电检测电路模块检测到的信号经其输出端传送到双通道模数转换器的输入端；双通道模数转换器模块输出端与正交数字下变频模块输入端相连，正交数字下变频模块的输出端与接收控制中心模块的输入端相连,接收控制中心模块的输出端与上位机相连。
进一步地，所述可见光发射前端包括低通滤波器、放大电路、T型偏置器、LED模块；双通道数模转换器输出端连接到低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端与放大电路的输入端相连，放大电路的输出端与T型偏置器的AC端相连，T型偏置器的DC端与外部直流电源的输出端连接，T型偏置器的AC、DC混合端与LED模块相连。
进一步地，所述光电检测电路包括光敏二极管，可控增益放大器，低通滤波器；光敏二极管接收到LED模块的信号经过可控增益放大器后再经过低通滤波器，从低通滤波器的输出端输出到双通道模数转换器的输入端；模数转换器的输出端连接至正交数字下变频模块的输入端，正交数字下变频模块的输出端连接到接收控制中心的输入端，接收控制中心的输出端连接至上位机。
进一步地，所述发射控制中心和接收控制中心均通过千兆网线与上位机相连。
与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：
本实用新型将软件无线电与可见光通信前端结合，利用差分运算放大器组成的射极跟随电路代替软件无线电电路的射频子板，从而能够通过光路直接传递基带信号，进行基带通信，既解决了软件无线电面向的是射频频段没有覆盖低频频段的缺点，也适应了普通可见光系统前段硬件检测不出太高速变化的信号的特性。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型中USRP的具体框图；
图3为本实用新型中可见光发射前端结构框图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种基于软件无线电的可见光通信系统，主要由发射控制中心，接收控制中心以及正交数字上变频模块、正交数字下变频模块、双通道数模转换器模块、双通道模数转换器模块、低通滤波器模块、放大电路模块、T型偏置器模块、LED模块、光电检测电路模块组成。其中发射控制中心、正交数字上变频模块、双通道数模转换器模块、低通滤波器、放大电路模块、T型偏置器模块、LED模块组成发射机。数据流经过上位机处理将所需要传输的数据组成帧，并进行MPSK调制、过采样处理、脉冲成型(FIR滤波器实现)、然后插入空白间隔处理后经过千兆网线传输到发射控制中心的输入端，经发射控制中心分配处理后从发射控制中心输出端连接到正交数字上变频模块输入端；正交数字上变频模块输出端与双通道数模转换模块输入端相连；双通道数模转换模块输出端连接到30M低通滤波器的输入端，30M低通滤波器的输出端连接至可见光通信发射前端。
上位机负责将所需要传输的比特流数据组成帧，并进行MPSK调制、过采样处理、脉冲成型(FIR滤波器实现)、然后插入空白间隔处理后经过千兆网线传输到发射控制中心的输入端，这些数据的操作由软件labview2016实现，并可以通过简单的修改程序改变调制方式与组帧方式。而且利用电脑的CPU的强大处理能力能够既保证了复杂信号处理的准确性又缩短了程序的运行时间，同时开发周期也大大减小。
发射控制中心为G-bits以太网收发芯片，主要负责与上位机的通信，发射控制中心、正交数字上变频模块、双通道数模转换器模块由USRP2920发射通道实现，从控制中心分配出来的I,Q两路信号，进入正交数字上变频模块后进行正交的数字上变频变换，数字的正交上变频由FPGA实现，通过FPGA处理得到输出 速率为400MS/s的频率为任意所需频率值的正交数字上变频I路信号和正交数字上变频Q路信号；正交数字上变频I路信号进入到双通道数模转换器的I路输入端，经过数模变换后变成数模转换I路信号输出端输出；字上变频Q路信号进入到双通道数模转换器的Q路输入端，经过数模变换后变成数模转换Q路信号输出端输出；数模转换I路信号与数模转换Q路信号分别连接到加法电路的两个输入端。其中，FPGA型号为XILINX的XC3SD3400A，用FPGA实现正交数字上变频将其变换成任意所需频率值得两路正交信号并将其输出速率转化为400MS/s，双通道数模转换器采用AD9777BSV，双通道，采样速率为400MS/s，精度为16bits，30M低通滤波器的实现以及到可见光前端相关端口的转接由Ettus的射频子板LFTX实现，其用差分运算放大器实现了对输出信号的隔离并且抑制30M以上的信号。
如图2所示，可见光发射前端由低通滤波器、放大电路、T型偏置器、LED模块组成，双通道数模转换器输出的信号经过加法电路混叠之后连接到30M低通滤波器的输入端；低通滤波器的输出端与放大电路的输入端相连；放大电路的输出端与T型偏置器的AC端相连；T型偏置器的DC端为9-15V的直流电源，T型偏置器的(AC、DC混合端)与LED模块相连。如图3所示。LED的型号为LZC-00MC40，T型偏置器型号为SHWBT-40G-SFFF，负责将直流信号与交流信号叠加，直流信号负责驱动LED，交流信号负责搭载所需发送信息。放大电路由运算放大器AD811搭建而成的两级放大电路。由LFTX射频子板输出的交流信号经过T型偏置器叠加上直流电流之后驱动LED，由LED的光强变化反应所传输的信号。
光电检测电路由光敏二极管，可控增益放大器，地通滤波器组成，可用光电检测器PDA36A实现。光电检测管是一种可以将光信号转化为电信号的元件，光检测过程的基本机理是受激光吸收。其带宽范围为0-10M，灵敏度为0.6A/W(@970nm)，输出电压为0-5V,可调增益为70dB，该光电检测器可以检测出波长在350-1100nm的光强变化，将光强变化转化为光电流的变化，从而完成信号的接收任务。
从光电检测电路的光敏二极管接收到的信号经过可控增益放大器后再经过30M低通滤波器所输出的信号从低通滤波器的输出端输出到双通道模数转换器的I、Q路输入端；模数转换器的I路输出端连接至正交数字下变频模块的I路 输入端；模数转换器的Q路输出端连接至正交数字下变频模块的Q路输入端；从数字下边变频模块出来的I、Q两路信号分别连接到接收控制中心的两个输入端。可控增益放大器和30M低通滤波器的实现以及到光电检测电路相关端口的转接由Ettus的射频子板LFRX实现，其用差分运算放大器实现了对输出信号的隔离并且抑制30M以上的信号。
接收控制中心、双通道模数转换器模块、正交数字下变频模块由USRP2920接收通道实现，从光电检测电路接收到的信号经过可控增益放大电路后再经过30M低通滤波器所输出的信号从30M低通滤波器的输出端输出到双通道模数转换器的I、Q路输入端；模数转换器的I路输出端连接至正交数字下变频模块的I路输入端；模数转换器的Q路输出端连接至正交数字下变频模块的Q路输入端；从数字下边变频模块出来的I、Q两路信号分别连接到接收控制中心的两个输入端。数字化的IQ数据并行经过数字下变频(DDC)过程：混频、滤波使输入的100MS/s的信号达到指定IQ采样率，处理完之后的数据经过接收控制中心，并经接收控制中心格式化之后从接收控制中心的输出口通过千兆网线连接至上位机。其中双通道模数转换器型号为AZ62P44，采样精度为14位，采样速率为100MS/s，正交数字下变频的过程由USRP内部的FPGA实现。
通过这样连接的系统能够将软件无线电和可见光通信结合起来，运用到实际中，既能方便地更改调制方式，又能直接将基带信号传输至可见光发射前端。基带信号的处理如格式化、调制、信道编码、信道均衡等由软件无线电的上位机和USRP完成，具体发射接收链路由可见光通信前端实现，通过T型偏置电路将处理完之后的信号搭载在直流信号上并通过LED的光强变化反应出来，通过简单地更换前端(发射接收设备)，便可到达不同的传输速率要求。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于软件无线电的可见光通信系统，其特征在于，包括发射机和接收机，所述发射机包括顺次连接的发射控制中心、正交数字上变频模块、双通道数模转换器模块和可见光发射前端；所述接收机包括顺次连接的光电检测电路、双通道模数转换器模块、正交数字下变频模块和接收控制中心；系统还包括上位机，上位机还均与发射控制中心和接收控制中心连接。
2.根据权利要求1所述的基于软件无线电的可见光通信系统，其特征在于，所述的发射控制中心与上位机相连，它们之间交互信息比特流，信息比特流经发射控制中心输出端传送到正交数字上变频模块输入端，正交数字上变频模块输出端与双通道数模转换模块输入端相连，双通道数模转换模块输出端连接到可见光通信发射前端；所述光电检测电路模块检测到的信号经其输出端传送到双通道模数转换器的输入端；双通道模数转换器模块输出端与正交数字下变频模块输入端相连，正交数字下变频模块的输出端与接收控制中心模块的输入端相连,接收控制中心模块的输出端与上位机相连。
3.根据权利要求2所述的基于软件无线电的可见光通信系统，其特征在于，所述可见光发射前端包括低通滤波器、放大电路、T型偏置器、LED模块；双通道数模转换器输出端连接到低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端与放大电路的输入端相连，放大电路的输出端与T型偏置器的AC端相连，T型偏置器的DC端与外部直流电源的输出端连接，T型偏置器的AC、DC混合端与LED模块相连。
4.根据权利要求3所述的基于软件无线电的可见光通信系统，其特征在于，所述光电检测电路包括光敏二极管，可控增益放大器，低通滤波器；光敏二极管接收到LED模块的信号经过可控增益放大器后再经过低通滤波器，从低通滤波器的输出端输出到双通道模数转换器的输入端；模数转换器的输出端连接至正交数字下变频模块的输入端，正交数字下变频模块的输出端连接到接收控制中心的输入端，接收控制中心的输出端连接至上位机。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于软件无线电的可见光通信系统，其特征在于，所述发射控制中心和接收控制中心均通过千兆网线与上位机相连。
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