CN206517415U - 一种用于可见光通信的接收机 - Google Patents
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Abstract
本专利涉及一种可见光通信接收机，所述接收机包括，依次相连的探测器、前均衡器和后均衡器；探测器，接收经过调制后的可见光，将光信号转变为脉冲的电流信号；所述前均衡器和后均衡器，为高通滤波器，所述高通滤波器补偿发射机发射时由余晖效应产生的低通滤波；所述前均衡器和后均衡器并联设置，产生比单个均衡器更高的谐振频率。具有适用性广，成本低廉效果良好的特点。
Description
技术领域
本发明属于可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术领域，涉及一种用于可见光通信的接收机。
背景技术
可见光通信(Visible Light Communication，简称VLC)，作为一种无线通信领域新兴的技术，是在白光LED技术的基础上发展起来的。和传统的照明光源相比，白光LED是一种杰出的绿色照明光源，它的亮度高、尺寸小、功耗低、驱动容易、使用寿命长、绿色环保，特别是响应灵敏度很高，拥有良好的调制特性，因此可以用来进行数据通信。一些有远见的科学家据此提出一种大胆的创新思路：利用白光LED高速点灭的发光特性，在人的眼睛完全感觉不到LED闪烁的前提下，将信号调制到LED发出的可见光上传输，实现LED通信与照明的双重作用。比如，在室内，可以将互联网的电线设备连接在LED照明装置上，插上电源就能够实现无线网络的覆盖，在可见光信号覆盖的范围内，个人电脑等终端不需要有线连接，只需通过收发可见光信号就可接入网络；在室外，汽车之间也可以通过LED灯发射可见光信号传递交换信息，避免发生交通事故等。因此VLC技术具备广阔的发展前景，已经引起研究者们的普遍关注和深入研究。对可见光通信中接收机的研究在近两年来刚刚兴起。
可见光通信这项新兴的技术之所以能够受到广泛的关注，就是因为它有着高速、节能以及高保密性等卓越特点，使得它能够更好的满足人们的通信需求。可见光通信技术虽然起步晚，但是它从提出至今也有了十几年的发展历史，可是却久久不能真正的实现商品化，进入人们的平常生活中，很大的一方面原因就是因为其速率的限制。而速率受限的主要原因就是LED的调制带宽低。
LED的调制带宽是与其制造所用的半导体内的光子寿命τc成反比关系，当半导体的光子寿命越短，那么由他所制造的LED的调制带宽也就越大。以III-V族化合物砷化镓(GaAS)材料为例，其τc为100ps，那么它所制造的LED的带宽的理论值就应该低于2GHz，从数据上看这个值似乎不小，可是就实际来说，由于LED荧光粉的余晖效应，目前所用的LED的调制带宽大多都在3MHz甚至更低，而对于LED灯的改造对于用户而言面临较大的不便，因此较低的调制带宽就大大限制了可见光通信系统的速率，致使VLC系统无法短时间内在日常生活中投入使用。本专利的目的在于设计可见光通信系统的接收电路以提高其调制带宽，从而提高通信速率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种用于可见光通信的接收机，以通过接收端的改进从而提高带宽。
为了解决上述问题，本发明提供的技术方案包括：
一种可见光通信接收机，所述接收机包括，依次相连的探测器、前均衡器和后均衡器；探测器，接收经过调制后的可见光，将光信号转变为脉冲的电流信号；所述前均衡器和后均衡器，为高通滤波器，所述高通滤波器补偿发射机发射时由余晖效应产生的低通滤波；所述前均衡器和后均衡器并联设置，产生比单个均衡器更高的谐振频率。
优选地，所述前均衡器和后均衡器之间还设置有跨阻放大器，所述跨阻放大器将前置放大器输出的信号放大到预定的幅度,以驱动后续的时钟恢复电路和判决电路。
优选地，所述前均衡器和后均衡器的等效电路包括在输入端串联的电阻和电感，所述在所述电感的两端连接输出端。
优选地，所述前均衡器包括与输入端依次串接的第一电阻、第一电感和第一隔断电容，第一负载电阻与串联的所述第一电感、第一隔断电容并联，并从所述第一负载电阻两端输出信号；所述后均衡器包括与输入端依次串接的第二电阻、第二电感L2和第二隔断电容，第二负载电阻与串联的所述第二电感、第二隔断电容并联，并从所述第二负载电阻两端输出信号。
本专利通过在接收机端设置前均衡器和后均衡器，可显著提高可见光通信系统的带宽，同时无需改变发射机端光源的结构。具有适用性广，成本低廉效果良好的特点。
附图说明
图1是可见光通信系统示意图；
图2是LED低通特性等效电路结构图；
图3是均衡器等效电路；
图4是单个均衡器补偿的等效电路；
图5是TIA前后都采用均衡器补偿探测器的等效电路；
图6是采用前后均衡电路的接收机实施电路。
具体实施方式
下面结合附图对本专利的具体实施方式进行详细说明，需要指出的是，该具体实施方式仅仅是对本专利优选技术方案的举例，并不能理解为对本专利保护范围的限制。
如图1所示，本具体实施方式中的可见光通信系统包括发射机和接收机。所述发射机发射可见光，通过所述发射机发射的可见光被接收机接收后经过处理，完成通信过程。
所述发射机为LED光源，通常，可见光通信系统的光源为白光LED光源，对于可见光通信系统来说，所述LED光源不但是照明光源而且是通信光源，因此在可监管系统上，除了考虑光源的功率和光谱特性之外还需要考虑光源的调制特性。由于发送白光的LED光源通常是通过LED荧光粉来实现的，而LED荧光粉存在余晖效应，因此虽然理论上可见光的通信，但是实际的带宽并不是很高。
在本具体实施方式中，可将LED余晖效应的限带作用描述为一个低通滤波器HLED(ω)，其电路结构如图2所示。即输入端中串联一个电阻和一个电容，在电容的两极接输出端。其可以用如下的公式来描述：
式中D和ωLED分别是LED的电光转换效率和截止频率，其中R标识电阻，C表示电容，j表示表示传递函数中的相位关系。
所述发射机发射出调制后用于通信的光，所述接收机接收所述用于调制后的可见光，并识别出其中的信号。在本具体实施方式中，所述接收机包括依次连接的探测器、前均衡器、TIA(trans-impedance amplifier-跨阻型放大器)和后均衡器。
所述探测器用于探测所述所述发射机发射的经过调制后的可见光，将光信号转变为脉冲的电流信号。由于探测器的截止频率远大于均衡器补偿的频率，设HPD(ω)为探测器的传输函数则可以认为是全通，即HPD(ω)＝1。
所述前均衡器与所述探测器相连，所述前均衡器为高通滤波器，其电路原理如图3所示。输入端串联设置电阻R和电感L，在电感的两端接输出端。所述前均衡器的传输函数HHP(ω)，可表示为：
其中：D为探测器的光电转换效率，ω为角频率，ωTL＝R/L,j表示传递函数中的相位关系。
所述TIA与前均衡器相连，所述TIA用于将前置放大器输出的信号放大到一定的幅度,以驱动后续的时钟恢复电路和判决电路。设TIA的截止频率远大于均衡器补偿的频率，HTIA(ω)为TIA的传输函数则认为是全通，即HTIA(ω)＝1。
所述后均衡器与所述TIA相连，所述后均衡器也是一个高通滤波器，其结构可以与前均衡器相同。当同时设置前均衡器和后均衡器时，其等效电路的原理如图5所示。
低通滤波器依次与两个均衡器相连，即前均衡器和后均衡器，所述前均衡器以及后均衡器都是高通滤波器，作用都是为了对所述低通滤波器进行补偿，当连接一个均衡器时，如图4所示，其谐振频率为当同时采用前均衡器和后均衡器时，所述两个电感是并联的关系，因而其谐振频率为由此可见采用前后均衡电路的谐振频率，即带宽高于单一前均衡或后均衡电路的倍。
图6示出了本具体实施方式中的接收机的部分实现电路。其中所述前均衡器包括与输入端依次串接的第一电阻R1、第一电感L1和第一隔断电容C1，第一负载电阻R2与所述第一电感L1和第一隔断电容C1并联，并从所述第一负载电阻两端输出信号。
所述后均衡器包括与输入端依次串接的第二电阻R5、第二电感L2和第二隔断电容C2，第二负载电阻R6与所述第二电感L2和第二隔断电容C2并联，并从所述第二负载电阻两端输出信号。
以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而，上述描述并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型的技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种可见光通信接收机，所述接收机包括，依次相连的探测器、前均衡器和后均衡器；
探测器，接收经过调制后的可见光，将光信号转变为脉冲的电流信号；
所述前均衡器和后均衡器，为高通滤波器，所述高通滤波器补偿发射机发射时由余晖效应产生的低通滤波；所述前均衡器和后均衡器并联设置，产生比单个均衡器更高的谐振频率。
2.根据权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述前均衡器和后均衡器之间还设置有跨阻放大器，所述跨阻放大器将前置放大器输出的信号放大到预定的幅度,以驱动后续的时钟恢复电路和判决电路。
3.根据权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述前均衡器和后均衡器的等效电路包括在输入端串联的电阻和电感，在所述电感的两端连接输出端。
4.根据权利要求3所述的接收机，其特征在于，所述前均衡器包括与输入端依次串接的第一电阻、第一电感和第一隔断电容，第一负载电阻与串联的所述第一电感、第一隔断电容并联，并从所述第一负载电阻两端输出信号；
所述后均衡器包括与输入端依次串接的第二电阻、第二电感和第二隔断电容，第二负载电阻与串联的所述第二电感、第二隔断电容并联，并从所述第二负载电阻两端输出信号。
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