TWI616069B - 一種可見光通信系統、方法及相關設備 - Google Patents
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Description
本發明屬於通信技術領域，尤其是關一種可見光通信系統、方法及相關設備。
可見光通信是在LED(Light Emitting Diode，發光二極體)等的技術上發展起來的新型、短距離、無線高速通信技術，其原理為，利用LED等可以快速點亮或熄滅的特點，通過光源的高頻閃爍發出高速的二進制信號，並經過相應設備的接收與轉換，將該二進制信號轉換為電信號來獲取信息。
具體地，可見光通信的優點在於，相對於無線電通信技術來說，其方向性好，不會在廣泛的空間內產生電磁輻射；同時，由於除接收端外，發送端所發送的信號在其他方向上難以被捕獲，因此還具有很好的保密性。再有，由於其所需的發送器件(如LED發光器件等)以及接收器件(如光敏器件等)的成本相對無線電通信技術所用器件來說較低，因而更適合大範圍的推廣和應用。
但是，目前的可見光通信系統通常採用將光電轉換器件的輸出電壓與一個固定的電壓經過差分放大電路比較，形成電平信號輸出，導致了輸出電平的翻轉條件受環境光線的影響極大。例如，當環境光線較為
明亮，使得光電轉換器件在可見光發光器件點亮和熄滅時轉換出的電壓信號均高於給定的另一路固定比較電壓時，或者，當環境光線較暗，使得可見光發光器件點亮和熄滅時轉換出的電壓信號均低於給定的另一路固定比較電壓時，都會導致差分放大電路的輸出電平無法因可見光發光器件的點亮和熄滅發生翻轉，導致可見光信號的接收和轉換失效，從而使得可見光通信系統對整體光環境的要求較高，在不滿足環境光源要求時誤碼率高、通信質量差、甚至無法工作。
本發明實施例提供了一種可見光通信系統、方法及相關設備，用以解決目前存在的基於一個固定的比較電壓來實現可見光通信時所存在的對光環境的要求高、抗干擾能力差、誤碼率高等的問題。
具體地，本發明實施例提供了一種可見光通信系統，包括發光器件、信號發射端以及信號接收端，其中：該信號發射端，用於將源信號數據轉換為二進制碼流，並根據該二進制碼流控制該發光器件點亮或熄滅，形成可見光信號；該信號接收端，用於將該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號，並對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，以及，根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
進一步地，本發明實施例還提供了一種可見光通信方法，包
括：接收發光器件發射的可見光信號，並將該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號；對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，並根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
相應地，本發明實施例還提供了一種信號接收設備，包括：信號轉換單元，用於接收發光器件發射的可見光信號，並將該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號；信號處理單元，用於對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，並根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
本發明有益效果如下：
本發明實施例提供了一種可見光通信系統、方法及相關設備，在本發明實施例所述技術方案中，可將發光器件發射的可見光信號轉換為第一電壓幅值信號，並對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，以及，根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。即，可採用濾波處理後的、可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的電壓幅值信號作為比較電壓，從
而使得比較電壓可以隨環境光線的變化而變化，即環境光線較亮時，比較電壓的輸出電壓幅值會升高，而環境光線較暗時，比較電壓的輸出電壓幅值會降低，因而使得，本方案所述的可見光通信系統可在寬範圍的環境光線下以及低於可見光信號頻率等的閃爍環境光線下均能正常工作，從而解決了基於一個固定的比較電壓來實現可見光通信時所存在的對光環境的要求高、抗干擾能力差、誤碼率高等的問題，大幅度提高了可見光通信系統對工作環境的亮度的適應能力以及對閃爍光噪聲的抗干擾能力，降低了可見光通信的誤碼率，進而提高了可見光通信的通信質量。
601-602‧‧‧步驟
11‧‧‧括發光器件
12‧‧‧信號發射端
13‧‧‧信號接收端
71‧‧‧信號轉換單元
72‧‧‧信號處理單元
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡要介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1所示為本案中可見光通信系統的一種可能的結構示意圖；圖2(a)所示為本案中採用兩路光電轉換器件的光信號接收電路的一種可能的結構示意圖；圖2(b)所示為本案中採用兩路光電轉換器件的光信號接收電路的一種可能的連接關係示意圖；圖3(a)所示為本案中採用兩路光電轉換器件的光信號接收電路的另一種可能的結構示意圖；圖3(b)所示為本案中採用兩路光電轉換器件的光信號接收電路的另
一種可能的連接關係示意圖；圖4(a)所示為本案中採用一路光電轉換器件的光信號接收電路的一種可能的結構示意圖；圖4(b)所示為本案中採用一路光電轉換器件的光信號接收電路的第二種可能的結構示意圖；圖4(c)所示為本案中採用一路光電轉換器件的光信號接收電路的第三種可能的結構示意圖；圖4(d)所示為本案中採用一路光電轉換器件的光信號接收電路的第四種可能的結構示意圖；圖4(e)所示為本案中採用一路光電轉換器件的光信號接收電路的第五種可能的結構示意圖；圖4(f)所示為本案中採用一路光電轉換器件的光信號接收電路的第六種可能的結構示意圖；圖4(g)所示為本案中採用一路光電轉換器件的光信號接收電路的第七種可能的結構示意圖；圖4(h)所示為本案中採用一路光電轉換器件的光信號接收電路的第八種可能的結構示意圖；圖5所示為本案中採用一路光電轉換器件的光信號接收電路的一種可能的連接關係示意圖；圖6所示為本案中可見光通信方法的流程示意圖；以及圖7所示為本案中信號接收設備的一種可能的結構示意圖。
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
實施例一：
本發明實施例一提供了一種可見光通信系統，如圖1所示，其為本發明實施例一中該可見光通信系統的結構示意圖，該可見光通信系統可包括發光器件11、信號發射端12以及信號接收端13，其中：該信號發射端12，可用於將源信號數據轉換為二進制碼流，並根據該二進制碼流控制該發光器件11點亮或熄滅，形成可見光信號；該信號接收端13，可用於將該發光器件11發射的該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號，並對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，以及，根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
由上述內容可知，在本發明所述實施例中，可不再基於一個固定的比較電壓來實現相應通信，而是可根據經過相應的濾波處理所得到的第二電壓幅值信號與原電壓幅值信號之間的電壓差值，將可見光信號轉換為電平信號。即，可採用濾波處理後的、可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號作為比較電壓，從而使得比較電
壓可以隨環境光線的變化而變化，即環境光線較亮時，比較電壓的輸出電壓幅值會升高，而環境光線較暗時，比較電壓的輸出電壓幅值會降低，因而使得，本方案所述的可見光通信系統可在寬範圍的環境光線下、以及低於可見光信號頻率等的閃爍環境光線下均能正常工作，從而解決了基於一個固定的比較電壓來實現可見光通信時所存在的對光環境的要求高、抗干擾能力差、誤碼率高等的問題，大幅度提高了可見光通信系統對工作環境的亮度的適應能力以及對閃爍光噪聲的抗干擾能力，降低了可見光通信的誤碼率，進而提高了可見光通信的通信質量。
可選地，該發光器件11通常可為由至少一個LED組成的LED發光器件，例如，可為由至少一個LED組成的LED點光源，或，可為由至少一個LED組成的LED線型光源等。當然，需要說明的是，該發光器件11也不限於為由至少一個LED組成的LED發光器件，也可為白熾燈、熒光燈等普通的發光器件，本發明實施例對此不作任何限定。
可選地，該信號發射端12可包括序列化模塊以及發光器件驅動模塊：該序列化模塊，可用於將源信號數據轉換為二進制碼流，並將該二進制碼流發送給該發光器件驅動模塊；該發光器件驅動模塊，可用於接收該序列化模塊發送的二進制碼流，並根據該二進制碼流控制該發光器件11點亮或熄滅，以形成可見光信號。
可選地，該發光器件驅動模塊可用於根據二進制碼流中每位數據的值，在數據為0時點亮發光器件11，在數據為1時熄滅發光器件11；
或者，在數據為1時點亮發光器件11，在數據為0時熄滅發光器件11。
進一步地，為了提高可見光通信系統的通信質量，該發光器件11通常面向該信號接收端13設置；另外，該發光器件11的中心與該信號接收端13的中心可位於同一水平面上；當然，需要說明的是，該發光器件11的中心還可不與該信號接收端13的中心位於同一水平面上，只要保證發光器件11發射的可見光信號能夠照射至對應的信號接收端13即可。再有，該發光器件11與該信號發射端12除了可獨立設置之外，還可設置在同一終端內，以組成相應的具備可見光信號發射能力的終端，本發明實施例對此均不作贅述。
進一步地，在本發明所述實施例中，該信號接收端13具體可用於通過一路或兩路光電轉換器件，將該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號。其中，該光電轉換器件至少可為光敏二極體、光敏三極管或光敏電阻等，本發明實施例對此不作任何限定。
需要說明的是，當該信號接收端13所採用的光電轉換器件為兩路時，所採用的兩路光電轉換器件之間的距離不大於設定的距離閾值，即，所採用的兩路光電轉換器件的距離可以盡量靠近，以保證發光器件11產生的可見光信號照射在兩路光電轉換器件上的亮度近似一致。其中，該設定的距離閾值與應用場景和應用目標有關，其取值越低，系統所受到的干擾越小。
進一步地，為了提高可見光通信系統的通信質量，該信號接收端13還可用於在該信號接收端13所採用的光電轉換器件為一路時，在對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理之前，通過一路或兩路功率放大
電路，對該第一電壓幅值信號進行功率放大。
例如，可選地，當經過相應的濾波處理所得到的第二電壓幅值信號與原電壓幅值信號(即第一電壓幅值信號)之間相互影響，或導致光電轉換器件輸出的第一電壓幅值信號發生明顯變化時，則可首先通過一路或兩路功率放大電路，對光電轉換器件輸出的第一電壓幅值信號進行功率放大。
需要說明的是，在對光電轉換器件輸出的第一電壓幅值信號進行功率放大時，主要可對即將進行第一濾波處理的一路第一電壓幅值信號進行放大處理，當然，也可對無需進行第一濾波處理的另一路第一電壓幅值信號也進行放大處理，本發明實施例對此不作贅述。
進一步地，在本發明所述實施例中，該信號接收端13具體可用於通過用於抑制該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值的第一濾波電路，對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，並通過差分放大電路來根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
其中，該第一濾波電路至少可包括：截止頻率低於該可見光信號頻率的低通濾波電路、或者能夠將該可見光信號頻率範圍附近的頻率分量衰減至預設閾值的帶阻濾波電路等。該差分放大電路至少可包括運算放大器或比較器等，本發明實施例對此均不作任何限定。
另外，需要說明的是，該第一濾波電路可以是任何形式的濾波電路，包括但不限於各種典型的RC、LC濾波電路和數字濾波電路等，
只要其能夠實現在發光器件11點亮和熄滅時，經過第一濾波處理所得到的第二電壓幅值信號與第一電壓幅值信號之間的電壓差值可導致信號輸出端13的電平信號狀態發生改變即可。
也就是說，在本發明所述實施例中，該信號接收端13可基於光電轉換器件、濾波電路、差分放大電路等主要元器件來構建接收光信號的電路，以將光信號轉換為相應的輸出電平信號。
例如，該信號接收端13具體可用於採用光電轉換器件將來自發光器件11的可見光信號轉換為第一電壓幅值信號，並通過截止頻率低於該可見光信號的頻率的低通濾波電路對第一電壓幅值信號進行濾波處理，得到第二電壓幅值信號，並將該第二電壓幅值信號作為比較電壓與原第一電壓幅值信號一併接入差分放大電路的兩端，這樣，當發光器件11點亮時，未經過相應的濾波處理的原電壓幅值信號(即第一電壓幅值信號)的電壓幅值將高於經過濾波處理的另一路電壓幅值信號(即第二電壓幅值信號)的電壓幅值，當發光器件熄滅時，未經過相應的濾波處理的原電壓幅值信號的電壓幅值將會迅速下降，並在低於經過濾波處理的另一路電壓幅值信號的電壓幅值時，使得差分放大電路的輸出電平實現翻轉，以實現根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，準確穩定地輸出不同的電平，以將該可見光信號轉換為電平信號的效果。
需要說明的是，該信號接收端13(或差分放大電路)既可以在發光器件11點亮時輸出高電平，熄滅時輸出低電平，也可以在發光器件11熄滅時輸出高電平，點亮時輸出低電平，本發明實施例對此不作贅述。
進一步地，為了有效濾除高於可見光信號頻率的高頻噪聲和
/或濾除低於可見光信號頻率的低頻噪聲，提高可見光通信系統的通信質量，該信號接收端13還可用於在根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號之前，對該第一電壓幅值信號進行第二濾波處理，得到高於和/或低於該可見光信號頻率的電壓信號的幅值被抑制的第三電壓幅值信號，以根據該第二電壓幅值信號與經過第二濾波處理所得到的該第三電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
可選地，該信號接收端13具體可用於通過用於抑制高於和/或低於該可見光信號頻率的電壓信號的幅值的第二濾波電路，對該第一電壓幅值信號進行第二濾波處理，得到高於和/或低於該可見光信號頻率的電壓信號的幅值被抑制的第三電壓幅值信號。
其中，以該第二濾波電路為用於抑制高於該可見光信號頻率的電壓信號的幅值的第二濾波電路為例，該第二濾波電路至少可包括：截止頻率高於該可見光信號頻率的低通濾波電路、或者能夠將高於該可見光信號頻率的頻率分量衰減至預設閾值的帶通濾波電路等。
另外，需要說明的是，該第二濾波電路可以是任何形式的濾波電路，包括但不限於各種典型的RC、LC濾波電路和數字濾波電路等，只要保證經過第二濾波處理後的第一電壓幅值信號與第二電壓幅值信號比較，能夠產生準確的電平信號即可。
下面，將以採用兩路光電轉換器件將可見光信號轉換為第一電壓幅值信號為例，對可設置在信號接收端13表面的光信號接收電路的可能的結構進行簡要說明。
採用兩路光電轉換器件的光信號接收電路的一種可能的結構可如圖2(a)所示：包括第一、第二光電轉換器件，第一濾波電路(如無特殊說明，該第一濾波電路指的是用於抑制該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值的第一濾波電路，如截止頻率低於該可見光信號頻率的低通濾波電路等)以及差分放大電路，其中，第一光電轉換器件的輸出端與差分放大電路的一輸入端相連，第二光電轉換器件的輸出端與第一濾波電路的輸入端相連，第一濾波電路的輸出端與差分放大電路的另一輸入端相連。
也就是說，此時，一路光電轉換器件輸出的第一電壓幅值信號會直接接入差分放大電路的一輸入端，另一路光電轉換器件輸出的第一電壓幅值信號會經過第一濾波電路的處理後接入差分放大電路的另一輸入端。
進一步地，以第一、第二光電轉換器件為光敏二極體，第一濾波電路為RC濾波電路、差分放大電路為比較器為例，圖2(a)所示的光信號接收電路的一種可能的電路連接關係可如圖2(b)所示，其中：光電轉換器件D01的負極與電源VCC相連、正極通過電阻R01與地相連，另外，通過電阻R03，將電阻R01上的分壓接入到差分放大電路UA的負向端；光電轉換器件D02的負極與電源VCC相連、正極通過電阻R02與地相連，另外，通過電阻R04和電容C01構成的RC低通濾波電路，將濾波後的電壓值接入差分放大電路UA的正向端。當可見光信號以高於R04和C01構成的低通濾波電路的截止頻率的頻率輸入到光電轉換器件D01和D02時，在發光器件點亮時，UA負向輸入端的電壓將高於
UA正向輸入端的電壓，在發光器件熄滅時，UA負向輸入端的電壓將低於UA正向輸入端的電壓，使得UA的輸出端將準確地實現電平翻轉，從而將可見光信號轉換為電平信號。
優選地，為了更好地保證電平翻轉的穩定性，在光電轉換器件D01和D02的性能參數相同時，電阻R02的取值可以略高於電阻R01的取值。
進一步地，採用兩路光電轉換器件的光信號接收電路的另一種可能的結構可如圖3(a)所示：包括第一、第二光電轉換器件，第一、第二濾波電路(如無特殊說明，該第二濾波電路指的是用於抑制高於和/或低於該可見光信號頻率的電壓信號的幅值的第二濾波電路，如截止頻率高於該可見光信號頻率的低通濾波電路等)以及差分放大電路，其中，第一光電轉換器件的輸出端與第二濾波電路的輸入端相連，第二濾波電路的輸出端與差分放大電路的一輸入端相連，第二光電轉換器件的輸出端與第一濾波電路的輸入端相連，第一濾波電路的輸出端與差分放大電路的另一輸入端相連。
也就是說，此時，一路光電轉換器件輸出的第一電壓幅值信號會經過第二濾波電路的處理後接入差分放大電路的一輸入端，另一路光電轉換器件輸出的第一電壓幅值信號會經過第一濾波電路的處理後接入差分放大電路的另一輸入端。
進一步地，以第一、第二光電轉換器件為光敏二極體，第一、第二濾波電路為RC濾波電路、差分放大電路為比較器為例，圖3(a)所示的該光信號接收電路的一種可能的電路連接關係可如圖3(b)所示，其
中：光電轉換器件D01的負極與電源VCC相連、正極通過電阻R01與地相連，另外，通過電阻R03和電容C01構成的RC低通濾波電路，將濾波後的電容C01的分壓接入到差分放大電路UA的負向端；光電轉換器件D02的負極與電源VCC相連、正極通過電阻R02與地相連，另外，通過電阻R04和電容C02構成的RC低通濾波電路，將濾波後的電壓值接入差分放大電路UA的正向端。當可見光信號以高於R04和C02構成的低通濾波電路的截止頻率並低於R03和C01構成的低通濾波電路的截止頻率的工作頻率輸入到光電轉換器件D01和D02時，在發光器件點亮時，UA負向輸入端的電壓將高於UA正向輸入端的電壓，在發光器件熄滅時，UA負向輸入端的電壓將低於UA正向輸入端的電壓，使得UA的輸出端將準確地實現電平翻轉，從而將可見光信號轉換為電平信號。
優選地，為了更好地保證電平翻轉的穩定性，在光電轉換器件D01和D02的性能參數相同時，電阻R02的取值可以略高於電阻R01的取值。
進一步地，下面將以採用一路光電轉換器件將可見光信號轉換為第一電壓幅值信號為例，對可設置在信號接收端13表面的光信號接收電路的可能的結構進行簡要說明。
採用一路光電轉換器件的光信號接收電路的一種可能的結構可如圖4(a)所示：包括第一光電轉換器件、第一濾波電路以及差分放大電路，其中，第一光電轉換器件的輸出端與差分放大電路的一輸入端相連，同時，第一光電轉換器件的輸出端還可與第一濾波電路的輸入端相連，
第一濾波電路的輸出端與差分放大電路的另一輸入端相連。
也就是說，此時，光電轉換器件輸出的一路第一電壓幅值信號會直接接入差分放大電路的一輸入端，另一路第一電壓幅值信號會經過第一濾波電路的處理後接入差分放大電路的另一輸入端。
進一步地，採用一路光電轉換器件的光信號接收電路的第二種可能的結構可如圖4(b)所示：包括第一光電轉換器件，第一、第二濾波電路，以及差分放大電路，其中，第一光電轉換器件的輸出端可與第二濾波電路的輸入端相連，第二濾波電路的輸出端與差分放大電路的一輸入端相連；同時，第一光電轉換器件的輸出端還可與第一濾波電路的輸入端相連，第一濾波電路的輸出端與差分放大電路的另一輸入端相連。
也就是說，此時，光電轉換器件輸出的一路第一電壓幅值信號會經過第二濾波電路的處理後接入差分放大電路的一輸入端，另一路第一電壓幅值信號會經過第一濾波電路的處理後接入差分放大電路的另一輸入端。
進一步地，採用一路光電轉換器件的光信號接收電路的第三種可能的結構可如圖4(c)所示：包括第一光電轉換器件、第一功率放大電路、第一濾波電路以及差分放大電路，其中，第一光電轉換器件的輸出端與第一功率放大電路輸入端相連，第一功率放大電路的輸出端與差分放大電路的一輸入端相連，同時，第一功率放大電路的輸出端還可與第一濾波電路的輸入端相連，第一濾波電路的輸出端與差分放大電路的另一輸入端相連。
也就是說，此時，光電轉換器件輸出的第一電壓幅值信號會
首先經過功率放大電路進行功率放大，放大後的一路第一電壓幅值信號會直接接入差分放大電路的一輸入端，放大後的另一路第一電壓幅值信號會經過第一濾波電路的處理後接入差分放大電路的另一輸入端。
另外，當光信號接收電路包括第一光電轉換器件、第一功率放大電路、第一濾波電路以及差分放大電路時，其還可具備如圖4(d)所示的第四種可能的結構：其中，第一光電轉換器件的輸出端可直接與差分放大電路的一輸入端相連，同時，第一光電轉換器件的輸出端還與第一功率放大電路的輸入端相連，第一功率放大電路的輸出端與第一濾波電路的輸入端相連，第一濾波電路的輸出端與差分放大電路的另一輸入端相連。
即，此時，光電轉換器件輸出的一路第一電壓幅值信號可直接接入差分放大電路的一輸入端，另一路第一電壓幅值信號會首先經過功率放大電路進行功率放大，並經過第一濾波電路的處理後接入差分放大電路的另一端。
進一步地，採用一路光電轉換器件的光信號接收電路的第五種可能的結構可如圖4(e)所示：包括第一光電轉換器件，第一功率放大電路，第一、第二濾波電路，以及差分放大電路，其中，第一光電轉換器件的輸出端與第一功率放大電路的輸入端相連，第一功率放大電路的輸出端可與第二濾波電路的輸入端相連，第二濾波電路的輸出端與差分放大電路的一輸入端相連；同時，第一功率放大電路的輸出端還可與第一濾波電路的輸入端相連，第一濾波電路的輸出端與差分放大電路的另一輸入端相連。
也就是說，此時，光電轉換器件輸出的第一電壓幅值信號會
首先經過功率放大電路進行功率放大，放大後的一路第一電壓幅值信號會經過第二濾波電路的處理後接入差分放大電路的一輸入端，放大後的另一路第一電壓幅值信號會經過第一濾波電路的處理後接入差分放大電路的另一輸入端。
進一步地，當光信號接收電路包括第一光電轉換器件，第一功率放大電路，第一、第二濾波電路以及差分放大電路時，其還可具備如圖4(f)所示的第六種可能的結構：其中，第一光電轉換器件的輸出端可與第二濾波電路的輸入端相連，第二濾波電路的輸出端與差分放大電路的一輸入端相連；同時，第一光電轉換器件的輸出端還與第一功率放大電路的輸入端相連，第一功率放大電路的輸出端與第一濾波電路的輸入端相連，第一濾波電路的輸出端與差分放大電路的另一輸入端相連。
即，此時，光電轉換器件輸出的一路第一電壓幅值信號可經過第二濾波電路的處理後接入差分放大電路的一輸入端，另一路第一電壓幅值信號會首先經過功率放大電路進行功率放大，並經過第一濾波電路的處理後接入差分放大電路的另一輸入端。
進一步地，採用一路光電轉換器件的光信號接收電路的第七種可能的結構可如圖4(g)所示：包括第一光電轉換器件，第一、第二功率放大電路，第一濾波電路以及差分放大電路，其中，第一光電轉換器件的輸出端可與第二功率放大電路的輸入端相連，第二功率放大電路的輸出端可與差分放大電路的一輸入端相連；同時，第一光電轉換器件的輸出端還可與第一功率放大電路的輸入端相連，第一功率放大電路的輸出端與第一濾波電路的輸入端相連，第一濾波電路的輸出端與差分放大電路的另一
輸入端相連。
也就是說，此時，光電轉換器件輸出的一路第一電壓幅值信號會首先經過一功率放大電路進行功率放大，放大後的該路第一電壓幅值信號會直接接入差分放大電路的一輸入端，光電轉換器件輸出的另一路第一電壓幅值信號會首先經過另一功率放大電路進行功率放大，並經過第一濾波電路的處理後接入差分放大電路的另一輸入端。
進一步地，採用一路光電轉換器件的光信號接收電路的第八種可能的結構可如圖4(h)所示：包括第一光電轉換器件，第一、第二功率放大電路，第一、第二濾波電路以及差分放大電路，其中，第一光電轉換器件的輸出端可與第二功率放大電路的輸入端相連，第二功率放大電路的輸出端可第二濾波電路的輸入端相連，第二濾波電路的輸出端可與差分放大電路的一輸入端相連；同時，第一光電轉換器件的輸出端還可與第一功率放大電路的輸入端相連，第一功率放大電路的輸出端與第一濾波電路的輸入端相連，第一濾波電路的輸出端與差分放大電路的另一輸入端相連。
也就是說，此時，光電轉換器件輸出的一路第一電壓幅值信號會首先經過一功率放大電路進行功率放大，並經過第二濾波電路的處理後接入差分放大電路的一輸入端，光電轉換器件輸出的另一路第一電壓幅值信號會首先經過另一功率放大電路進行功率放大，並經過第一濾波電路的處理後接入差分放大電路的另一輸入端。
進一步地，以第一光電轉換器件為光敏二極體，第一濾波電路為RC濾波電路、第一功率放大電路為由比較器和電阻組成的二級比例放
大電路、差分放大電路為比較器為例，圖4(c)所示的該光信號接收電路的一種可能的電路連接關係可如圖5所示，其中：光電轉換器件D01的負極與電源VCC相連、正極通過電阻R01與地相連。通過運算放大器U0A、電阻R02、電阻R03構成的比例放大電路和運算放大器U1A、電阻R4、電阻R5構成的比例放大電路，對電阻R01的分壓進行功率放大，並經過兩次反向，將電壓方向(即U1A的輸出電壓的方向)調整為與R01的分壓的方向一致，U1A的電壓值通過電阻R06接入到差分放大電路U2A的負向輸入端，U1A的電壓值通過電阻R7、電容C01構成的低通濾波電路，將濾波後的電壓值接入到差分放大電路U2A的正向輸入端，在R06、R07阻值選擇適當的情況下，經過了功率放大的U1A的電壓輸出值受到電阻R06以及電阻R07與電容C01構成的低通濾波電路的影響不明顯，實現了通過一路光電轉換器件，近似達到了兩路光電轉換器件所能夠達到的信號轉換效果的目的。
需要說明的是，對於本發明實施例所述的可見光通信系統來說，以進行第一濾波處理的電路為低通濾波電路為例，由於經過低通濾波處理所得到的第二電壓幅值信號可以隨環境光線的變化而變化，即環境光線較亮時，第二電壓幅值信號會升高，環境光線較暗時，第二電壓幅值信號會降低，因而，只要環境光線的明暗變化頻率低於相應的低通濾波電路的截止頻率，差分放大電路就能夠實現正確的電平翻轉，從而正確地將可見光信號轉變為電平信號，從而使得本發明實施例所述的可見光通信系統可以在寬範圍的環境光線下以及低於低通濾波電路截止頻率的閃爍環境光線下均可以正常工作，不受低於低通濾波電路截止頻率的閃爍光噪聲信號
干擾，從而大幅度提高了可見光通信系統對工作環境的亮度的適應能力以及對閃爍光噪聲的抗干擾能力，降低了可見光通信的誤碼率，進而提高了可見光通信的通信質量。
另外，由於在本發明實施例該技術方案中，在根據第二電壓幅值信號與第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將可見光信號轉換為電平信號之前，還可對該第一電壓幅值信號進行第二濾波處理，得到高於和/或低於該可見光信號頻率的電壓信號的幅值被抑制的第三電壓幅值信號，以根據該第二電壓幅值信號與經過第二濾波處理所得到的該第三電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號，因而，還可達到較大程度地抑制與可見光通信頻率有差異的光噪聲干擾的效果，從而進一步提高可見光通信的通信質量。
實施例二：
基於同一發明構思，本發明實施例二提供了一種可見光通信方法，如圖6所示，其為本發明實施例二該可見光通信方法的流程示意圖，該可見光通信方法可包括以下步驟：
步驟601：接收發光器件發射的可見光信號，並將該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號；其中，基於實施例一的相關描述可知，該可見光信號可以是信號發射端將源信號數據轉換為二進制碼流，並根據該二進制碼流控制該發光器件點亮或熄滅所形成的。
步驟602：對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，並根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該
可見光信號轉換為電平信號。
可選地，將該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號，可包括：通過一路或兩路光電轉換器件，將該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號；其中，當所採用的光電轉換器件為兩路時，所採用的兩路光電轉換器件之間的距離不大於設定的距離閾值。
進一步地，當所採用的光電轉換器件為一路時，該方法還可包括：在對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理之前，通過一路或兩路功率放大電路，對該第一電壓幅值信號進行功率放大。
進一步地，對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，並根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號，可包括：通過用於抑制該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值的第一濾波電路，對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，並通過差分放大電路來根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
進一步地，在根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號之前，該方法還可包括：
對該第一電壓幅值信號進行第二濾波處理，得到高於和/或低於該可見光信號頻率的電壓信號的幅值被抑制的第三電壓幅值信號，以根據該第二電壓幅值信號與經過第二濾波處理所得到的該第三電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
另外，需要說明的是，上述各步驟的具體實施可參見實施例一中的相關描述，重複之處不再贅述。
實施例三：
基於同一發明構思，本發明實施例三提供了一種信號接收設備(即信號接收端)，該信號接收設備的具體實施可參見實施例一、二中的相關描述，重複之處不再贅述，如圖7所示，其為本發明實施例三該信號接收設備的結構示意圖，該信號接收設備可包括：信號轉換單元71可用於接收發光器件發射的可見光信號，並將該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號；其中，該可見光信號可以是信號發射端將源信號數據轉換為二進制碼流，並根據該二進制碼流控制該發光器件點亮或熄滅所形成的；信號處理單元72可用於對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，並根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
可選地，該信號轉換單元71具體可用於通過一路或兩路光電轉換器件，將該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號；其中，當該信號處理單元所採用的光電轉換器件為兩路時，所採用的兩路光電轉換器件之
間的距離不大於設定的距離閾值。
進一步地，該信號處理單元72還可用於當該信號處理單元72所採用的光電轉換器件為一路時，在對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理之前，通過一路或兩路功率放大電路，對該第一電壓幅值信號進行功率放大。
進一步地，該信號處理單元72具體可用於通過用於抑制該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值的第一濾波電路，對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，並通過差分放大電路來根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
進一步地，該信號處理單元72還可用於在根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，對該第一電壓幅值信號進行第二濾波處理，得到高於和/或低於該可見光信號頻率的電壓信號的幅值被抑制的第三電壓幅值信號，以根據該第二電壓幅值信號與經過第二濾波處理所得到的該第三電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
本領域技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、裝置(設備)、或計算機程序產品。因此，本發明可採用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發明可採用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限於磁盤存儲器、CD-ROM、光學存儲器等)上實施的計算機
程序產品的形式。
本發明是參照根據本發明實施例的方法、裝置(設備)和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
儘管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附申請專利範圍意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明範圍
的所有變更和修改。
601-602‧‧‧步驟
Claims (16)
- 一種可見光通信系統，其特徵在於，包括發光器件、信號發射端以及信號接收端，其中：該信號發射端，用於將源信號數據轉換為二進制碼流，並根據該二進制碼流控制該發光器件點亮或熄滅，形成可見光信號；該信號接收端，用於將該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號，並對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，以及，根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
- 如請求項1所述的可見光通信系統，其中，該信號接收端，具體用於通過一路或兩路光電轉換器件，將該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號；其中，當該信號接收端所採用的光電轉換器件為兩路時，所採用的兩路光電轉換器件之間的距離不大於設定的距離閾值。
- 如請求項2所述的可見光通信系統，其中，該信號接收端，還用於當該信號接收端所採用的光電轉換器件為一路時，在對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理之前，通過一路或兩路功率放大電路，對該第一電壓幅值信號進行功率放大。
- 如請求項1所述的可見光通信系統，其中，該信號接收端，具體用於通過用於抑制該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值的第一濾波電路，對該第一電壓幅值信號進行第一 濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，並通過差分放大電路來根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
- 如請求項4所述的可見光通信系統，其中，該第一濾波電路至少包括：截止頻率低於該可見光信號頻率的低通濾波電路、或者能夠將該可見光信號頻率範圍附近的頻率分量衰減至預設閾值的帶阻濾波電路。
- 如請求項1所述的可見光通信系統，其中，該信號接收端，還用於在根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號之前，對該第一電壓幅值信號進行第二濾波處理，得到高於和/或低於該可見光信號頻率的電壓信號的幅值被抑制的第三電壓幅值信號，以根據該第二電壓幅值信號與經過第二濾波處理所得到的該第三電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
- 一種可見光通信方法，其特徵在於，包括：接收發光器件發射的可見光信號，並將該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號；對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，並根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
- 如請求項7所述的可見光通信方法，其中，將該可見光信號轉換為第 一電壓幅值信號，包括：通過一路或兩路光電轉換器件，將該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號；其中，當所採用的光電轉換器件為兩路時，所採用的兩路光電轉換器件之間的距離不大於設定的距離閾值。
- 如請求項8所述的可見光通信方法，其中，當所採用的光電轉換器件為一路時，該方法還包括：在對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理之前，通過一路或兩路功率放大電路，對該第一電壓幅值信號進行功率放大。
- 如請求項7所述的可見光通信方法，其中，對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，並根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號，包括：通過用於抑制該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值的第一濾波電路，對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，並通過差分放大電路來根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
- 如請求項7所述的可見光通信方法，其中，在根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號之前，該方法還包括：對該第一電壓幅值信號進行第二濾波處理，得到高於和/或低於該可見光信號頻率的電壓信號的幅值被抑制的第三電壓幅值信號，以根據 該第二電壓幅值信號與經過第二濾波處理所得到的該第三電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
- 一種信號接收設備，其特徵在於，包括：信號轉換單元，用於接收發光器件發射的可見光信號，並將該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號；信號處理單元，用於對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑制的第二電壓幅值信號，並根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
- 如請求項12所述的信號接收設備，其中，該信號轉換單元，具體用於通過一路或兩路光電轉換器件，將該可見光信號轉換為第一電壓幅值信號；其中，當該信號處理單元所採用的光電轉換器件為兩路時，所採用的兩路光電轉換器件之間的距離不大於設定的距離閾值。
- 如請求項13所述的信號接收設備，其中，該信號處理單元，還用於當該信號處理單元所採用的光電轉換器件為一路時，在對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理之前，通過一路或兩路功率放大電路，對該第一電壓幅值信號進行功率放大。
- 如請求項12所述的信號接收設備，其中，該信號處理單元，具體用於通過用於抑制該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值的第一濾波電路，對該第一電壓幅值信號進行第一濾波處理，得到該可見光信號頻率範圍附近的電壓信號的幅值被抑 制的第二電壓幅值信號，並通過差分放大電路來根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
- 如請求項12所述的信號接收設備，其中，該信號處理單元，還用於在根據該第二電壓幅值信號與該第一電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號之前，對該第一電壓幅值信號進行第二濾波處理，得到高於和/或低於該可見光信號頻率的電壓信號的幅值被抑制的第三電壓幅值信號，以根據該第二電壓幅值信號與經過第二濾波處理所得到的該第三電壓幅值信號之間的電壓差值，將該可見光信號轉換為電平信號。
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