CN206977429U - 可见光无线通信物理层光频解调器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种可见光无线通信物理层光频解调器，包括：信号转换模块；互阻放大与信号调理电路；自动增益控制电路；模数转换电路；基带解调器；信号转换电路的输出端连接互阻放大与信号调理电路的输入端，互阻放大与信号调理电路的输出端连接自动增益控制电路的输入端，自动增益控制电路的输出端连接模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端连接基带解调器的输入端，基带解调器的输出端连接自动增益控制电路。本实用新型利用无线通信以及模拟电路，实现了光频信号到基带数字信号的硬件解调过程，使得信号能成功接收，这使可见光通信从理论变成现实。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线光通信领域，具体涉及一种可见光无线通信物理层光频解调器。
背景技术
在当今高度信息化的社会，信息和通信已成为现代社会的主流，无线通信是通信领域中较重要的一部分。传统的无线通信方式是采用微波进行通信，其带宽已经渐渐无法满足日益庞大的通信需求，且产生的辐射对人体健康有一定的伤害。所以，人们需要一种更安全，更健康，更快速的无线通信方式，于是，人们想到了可见光通信。而基于可见光的无线通信系统中，信号的解调是不可或缺的一部分。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可见光无线通信物理层光频解调器。
本实用新型的技术方案是：
可见光无线通信物理层光频解调器，包括：
将经过大气信道的可见光信号转换成副载波模拟电流信号的信号转换模块；
将副载波模拟电流信号转换为副载波模拟电压信号并进行信号调理的互阻放大与信号调理电路；
将副载波模拟电压信号转换为副载波模拟电压差分信号并进行自动增益控制输出的自动增益控制电路；
将自动增益控制电路输出的副载波模拟电压信号转换为副载波数字信号的模数转换电路；
对模数转换电路输出的副载波数字信号解调为本地数据的基带解调器；
信号转换电路的输出端连接互阻放大与信号调理电路的输入端，互阻放大与信号调理电路的输出端连接自动增益控制电路的输入端，自动增益控制电路的输出端连接模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端连接基带解调器的输入端。
所述信号转换模块，包括：
产生高压偏置、使得光电转换器中的雪崩光电二极管进入雪崩状态的高压转换器；
将经过大气信道的可见光信号经过被高压转换器偏置的雪崩光电二极管换能为电流信号，将可见光频段载波解调出副载波模拟电流信号的光电转换器；
高压转换器的输出端连接光电转换器的输入端，光电转换器的输出端连接互阻放大与信号调理电路的输入端。
所述互阻放大与信号调理电路，包括：
将光电转换器输出的副载波模拟电流信号转化为副载波模拟电压信号的互阻放大器；
对互阻放大器输出的副载波模拟电压信号进行放大的低噪声的放大器；
将放大器输出的副载波模拟电压信号中的通带外的信号滤除且仅保留通带内的副载波模拟电压信号的带通滤波器；
互阻放大器的输入端连接光电转换器的输出端，互阻放大器的输出端连接低噪声的放大器的输入端，低噪声的放大器的输出端连接带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端连接自动增益控制电路的输入端。
所述自动增益控制电路，包括：
将互阻放大与信号调理电路输出的副载波模拟电压信号转换为副载波模拟电压差分信号的差分转换器；
将副载波模拟电压差分信号中携带的高压转换器产生的辐射噪声滤除后分成两部分信号分别输出至信号强度检测器、自动增益控制器的差分带通滤波器；
检测差分带通滤波器输出的副载波模拟电压差分信号功率并将检测结果提供给控制器固件的信号强度检测器；
放大或衰减差分带通滤波器Ⅵ输出的副载波模拟电压信号，并根据控制器固件的设置保证自动增益控制器输出的副载波模拟电压信号的幅度固定的自动增益控制器；
根据信号强度检测器的检测结果设置自动增益控制器的信号增益，使自动增益控制器输出的副载波模拟电压信号幅度固定的控制器固件；
差分转换器的输入端连接互阻放大与信号调理电路的输出端，差分转换器的输出端连接差分带通滤波器的输入端，差分带通滤波器的输出端分别连接自动增益控制器的输入端、信号强度检测器与控制器固件的输入端，信号强度检测器与控制器固件的输出端连接自动增益控制器的输入端，自动增益控制器的输出端连接模数转换电路的输入端。
所述模数转换电路，包括：
消除自动增益控制电路输出的副载波模拟电压信号所产生的混叠的差分低通滤波器；
将差分低通滤波器输出的副载波模拟电压信号采样为副载波数字信号的模数转换器；
差分低通滤波器的输入端连接自动增益控制电路的输出端，差分低通滤波器的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器Ⅹ的输出端连接基带解调器的输入端。
有益效果：
本实用新型利用无线通信以及模拟电路，实现了光频信号到基带数字信号的硬件解调过程，使得信号能成功接收，这使可见光通信从理论变成现实。
附图说明
图1是本实用新型具体实施方式中的可见光无线通信物理层光频解调器框图；
图2是本实用新型具体实施方式中的高压转换器电路原理图；
图3是本实用新型具体实施方式中的互阻放大与信号调理电路原理图，其中Ⅰ-光电转换器；Ⅱ-互阻放大器；Ⅲ-低噪声的放大器；Ⅳ-带通滤波器；
图4是本实用新型具体实施方式中的自动增益控制电路原理图，其中Ⅴ-差分转换器；Ⅵ-差分带通滤波器；Ⅶ-信号强度检测器与控制器固件；Ⅷ-自动增益控制器；
图5是本实用新型具体实施方式中的模数转换电路原理图，其中Ⅸ-差分低通滤波器；Ⅹ-模数转换器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细说明。
可见光无线通信物理层光频解调器，如图1所示，包括：
将经过大气信道的可见光信号转换成副载波模拟电流信号的信号转换模块；
将副载波模拟电流信号转换为副载波模拟电压信号并进行信号调理的互阻放大与信号调理电路；
将副载波模拟电压信号转换为副载波模拟电压差分信号并进行自动增益控制输出的自动增益控制电路；
将自动增益控制电路输出的副载波模拟电压信号转换为副载波数字信号的模数转换电路；
对模数转换电路输出的副载波数字信号解调为本地数据的基带解调器；
信号转换电路的输出端连接互阻放大与信号调理电路的输入端，互阻放大与信号调理电路的输出端连接自动增益控制电路的输入端，自动增益控制电路的输出端连接模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端连接基带解调器的输入端。
所述信号转换模块，包括：
产生高压偏置、使得光电转换器中的雪崩光电二极管进入雪崩状态的高压转换器；
将经过大气信道的可见光信号经过被高压转换器偏置的雪崩光电二极管换能为电流信号，将可见光频段载波解调出副载波模拟电流信号的光电转换器；
高压转换器的电路如图2所示，主要由雪崩偏置专用开关电源及相关元件组成，该电路产生一个高压偏置信号，使得光电转换器中的雪崩光电二极管进入雪崩状态，高压偏置信号由高压转换器的BIAS接口输出。
高压转换器的输出端连接光电转换器的输入端，光电转换器的输出端连接互阻放大与信号调理电路的输入端。光电转换器的电路如图3中Ⅰ所示。
所述互阻放大与信号调理电路，如图3所示，包括：
将光电转换器输出的副载波模拟电流信号转化为副载波模拟电压信号的互阻放大器Ⅱ；
对互阻放大器Ⅱ输出的副载波模拟电压信号进行放大的低噪声的放大器Ⅲ；
将放大器Ⅲ输出的副载波模拟电压信号中的通带外的信号滤除且仅保留通带内的副载波模拟电压信号的带通滤波器Ⅳ；
互阻放大器Ⅱ的输入端连接光电转换器Ⅰ的输出端，互阻放大器Ⅱ的输出端连接低噪声的放大器Ⅲ的输入端，低噪声的放大器Ⅲ的输出端连接带通滤波器Ⅳ的输入端，带通滤波器Ⅳ的输出端连接自动增益控制电路的输入端。互阻放大与信号调理电路的BIAS接口与图2中的BIAS接口连接；信号经互阻放大与信号调理电路由TIAF接口输出，互阻放大与信号调理电路的TIAF接口与图4中的TIAF接口连接。
所述自动增益控制电路，如图4所示，包括：
将互阻放大与信号调理电路输出的副载波模拟电压信号转换为副载波模拟电压差分信号的差分转换器Ⅴ；
将副载波模拟电压差分信号中携带的高压转换器产生的辐射噪声滤除后分成两部分信号分别输出至信号强度检测器、自动增益控制器的差分带通滤波器Ⅵ；
检测差分带通滤波器输出的副载波模拟电压差分信号功率并将检测结果提供给控制器固件的信号强度检测器；
放大或衰减差分带通滤波器Ⅵ输出的副载波模拟电压信号，并根据控制器固件的设置保证自动增益控制器输出的副载波模拟电压信号的幅度固定的自动增益控制器Ⅷ；
根据信号强度检测器的检测结果设置自动增益控制器的信号增益，使自动增益控制器输出的副载波模拟电压信号幅度固定的控制器固件；
图4中Ⅶ为信号强度检测器与控制器固件，差分转换器Ⅴ的输入端连接互阻放大与信号调理电路的输出端，差分转换器Ⅴ的输出端连接差分带通滤波器Ⅵ的输入端，差分带通滤波器Ⅵ的输出端分别连接自动增益控制器Ⅷ的输入端、信号强度检测器与控制器固件Ⅶ的输入端，信号强度检测器与控制器固件的输出端连接自动增益控制器的输入端，自动增益控制器Ⅷ的输出端连接模数转换电路的输入端。自动增益控制电路中的TIAF接口和图3的TIAF接口连接，信号经过自动增益控制电路后由两个接口11和10输出，该模块的11接口与图5中的C20左端的接口连接，10接口与图5中的C21左端的接口连接。
所述模数转换电路，如图5所示，包括：
消除自动增益控制电路输出的副载波模拟电压信号所产生的混叠的差分低通滤波器Ⅸ；
将差分低通滤波器输出的副载波模拟电压信号采样为副载波数字信号的模数转换器Ⅹ；
差分低通滤波器Ⅸ的输入端连接自动增益控制电路的输出端，差分低通滤波器Ⅸ的输出端连接模数转换器Ⅹ的输入端，模数转换器Ⅹ的输出端连接基带解调器的输入端。模数转换电路中的C20左端的接口与图4中的11接口连接，C21接口与图4中的10接口连接。信号由这两个接口输入进来，在模数转换电路中被转换成基带数字信号。
利用上述可见光无线通信物理层光频解调器进行可见光无线通信物理层光频解调的方法如下：
光电转换器将经过大气信道的可见光信号经过被高压转换器偏置的雪崩光电二极管换能为电流信号，将可见光频段载波解调出副载波模拟电流信号；副载波电流信号经过互阻放大与信号调理电路后转换为副载波模拟电压信号，并对放大、滤除通带外的信号且仅保留通带内的副载波模拟电压信号；将副载波模拟电压信号转换为副载波模拟电压差分信号并滤除副载波模拟电压差分信号中携带的高压转换器产生的辐射噪声，然后将信号分成两部分信号分别输出至信号强度检测器、自动增益控制器；信号强度检测器检测副载波模拟电压差分信号功率并将检测结果提供给控制器固件；控制器固件根据信号强度检测器的检测结果设置自动增益控制器的信号增益，从而使自动增益控制器输出信号的幅度固定；自动增益控制器放大或衰减副载波模拟电压信号，并根据控制器固件的设置保证自动增益控制器输出的副载波模拟电压信号的幅度固定；消除自动增益控制电路输出的副载波模拟电压信号所产生的混叠；然后将副载波模拟电压信号采样为副载波数字信号输出至基带解调器解调为本地数据，从而完成了光频信号的解调过程。
Claims (5)
1.可见光无线通信物理层光频解调器，其特征在于，包括：
将经过大气信道的可见光信号转换成副载波模拟电流信号的信号转换模块；
将副载波模拟电流信号转换为副载波模拟电压信号并进行信号调理的互阻放大与信号调理电路；
将副载波模拟电压信号转换为副载波模拟电压差分信号并进行自动增益控制输出的自动增益控制电路；
将自动增益控制电路输出的副载波模拟电压信号转换为副载波数字信号的模数转换电路；
对模数转换电路输出的副载波数字信号解调为本地数据的基带解调器；
信号转换电路的输出端连接互阻放大与信号调理电路的输入端，互阻放大与信号调理电路的输出端连接自动增益控制电路的输入端，自动增益控制电路的输出端连接模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端连接基带解调器的输入端。
2.根据权利要求1所述的可见光无线通信物理层光频解调器，其特征在于，所述信号转换模块，包括：
产生高压偏置、使得光电转换器中的雪崩光电二极管进入雪崩状态的高压转换器；
将经过大气信道的可见光信号经过被高压转换器偏置的雪崩光电二极管换能为电流信号，将可见光频段载波解调出副载波模拟电流信号的光电转换器；
高压转换器的输出端连接光电转换器的输入端，光电转换器的输出端连接互阻放大与信号调理电路的输入端。
3.根据权利要求1所述的可见光无线通信物理层光频解调器，其特征在于，所述互阻放大与信号调理电路，包括：
将光电转换器输出的副载波模拟电流信号转化为副载波模拟电压信号的互阻放大器；
对互阻放大器输出的副载波模拟电压信号进行放大的低噪声的放大器；
将放大器输出的副载波模拟电压信号中的通带外的信号滤除且仅保留通带内的副载波模拟电压信号的带通滤波器；
互阻放大器的输入端连接光电转换器的输出端，互阻放大器的输出端连接低噪声的放大器的输入端，低噪声的放大器的输出端连接带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端连接自动增益控制电路的输入端。
4.根据权利要求1所述的可见光无线通信物理层光频解调器，其特征在于，所述自动增益控制电路，包括：
将互阻放大与信号调理电路输出的副载波模拟电压信号转换为副载波模拟电压差分信号的差分转换器；
将副载波模拟电压差分信号中携带的高压转换器产生的辐射噪声滤除后分成两部分信号分别输出至信号强度检测器、自动增益控制器的差分带通滤波器；
检测差分带通滤波器输出的副载波模拟电压差分信号功率并将检测结果提供给控制器固件的信号强度检测器；
放大或衰减差分带通滤波器Ⅵ输出的副载波模拟电压信号，并根据控制器固件的设置保证自动增益控制器输出的副载波模拟电压信号的幅度固定的自动增益控制器；
根据信号强度检测器的检测结果设置自动增益控制器的信号增益，使自动增益控制器输出的副载波模拟电压信号幅度固定的控制器固件；
差分转换器的输入端连接互阻放大与信号调理电路的输出端，差分转换器的输出端连接差分带通滤波器的输入端，差分带通滤波器的输出端分别连接自动增益控制器的输入端、信号强度检测器与控制器固件的输入端，信号强度检测器与控制器固件的输出端连接自动增益控制器的输入端，自动增益控制器的输出端连接模数转换电路的输入端。
5.根据权利要求1所述的可见光无线通信物理层光频解调器，其特征在于，所述模数转换电路，包括：
消除自动增益控制电路输出的副载波模拟电压信号所产生的混叠的差分低通滤波器；
将差分低通滤波器输出的副载波模拟电压信号采样为副载波数字信号的模数转换器；
差分低通滤波器的输入端连接自动增益控制电路的输出端，差分低通滤波器的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接基带解调器的输入端。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107181525A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-09-19 | 东北大学 | 一种可见光无线通信物理层光频解调器 |
| CN111342895A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-26 | 汕头大学 | 一种可见光通信系统及其接收电路 |
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2017
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| CN107181525B (zh) * | 2017-06-20 | 2023-07-14 | 东北大学 | 一种可见光无线通信物理层光频解调器 |
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