基于LED高照明效率的通信照明共用系統(tǒng)的實現(xiàn)方法及裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術公開了一種基于LED的高照明效率的通信照明共用系統(tǒng)的實現(xiàn)方法及裝置。其實現(xiàn)方法是采用多元脈沖下降沿編碼的通信方案，減少了LED結電容的充放電次數(shù)，從而減少了因為充放電消耗的功率，提高了照明效率；采用可變長碼元寬度，縮短了驅(qū)動信號低電平持續(xù)時間，提高了驅(qū)動信號的占空比，從而提高了照明亮度。發(fā)送端采用多元編碼，將待傳輸數(shù)據(jù)分為n位一組，每組數(shù)據(jù)的碼值對應不同的脈沖下降沿位置，信號脈沖下降之后，立即以系統(tǒng)最快可能的速度上升，進行下一個碼元的傳輸；接收端以收到的脈沖上升沿作為時間參考點，根據(jù)下降沿的位置，恢復出對應的碼值，完成數(shù)據(jù)傳輸。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及基于LED的可見光通信和照明領域，更具體地，涉及一種基于LED的高照明效率的通信照明共用系統(tǒng)的實現(xiàn)方法及裝置。
技術介紹
白光LED作為一種半導體光源具有綠色節(jié)能環(huán)保高效等優(yōu)點，已經(jīng)逐漸替代傳統(tǒng)白熾燈、熒光燈，高壓氣體放電燈，成為21世紀最具前景的光源。白光LED一方面具有發(fā)射效率高、對人眼安全等特點；另一方面，具有反應速度快、調(diào)制性好等優(yōu)點。隨著白光LED照明推廣，人們開始關注基于白光LED的可見光通信，白光LED燈不僅可用室內(nèi)照明，而且可利用LED發(fā)出的白光，形成了一種短距離無線光通信鏈路。很多學者提出了基于照明用的白光LED的室內(nèi)可見光通信(VLC visible-light communication)系統(tǒng)。控制器對白光LED進行調(diào)制將傳輸信息的電信號轉(zhuǎn)換為光信號，利用白光LED燈光照射的方式實現(xiàn)室內(nèi)無線傳輸，同時在白光LED燈光照射范圍內(nèi)安裝光接收設備，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，建立可見光無線通信系統(tǒng)，實現(xiàn)信息的傳輸。與傳統(tǒng)的射頻通信及其它無線通信系統(tǒng)相比較，可見光通信技術具有發(fā)射功率高，不占用無線電頻譜，無電磁干擾和無電磁輻射，節(jié)約能源等優(yōu)點。目前可見光通信技術已經(jīng)成為多個國家研究熱點，但大多數(shù)處于試驗階段，雖然整體系統(tǒng)已有實現(xiàn)，但離實用階段還有一定距離，系統(tǒng)的各項性能指標有待進一步提高，實現(xiàn)方案也需要進一步完善。目前存在的問題之一是LED結電容引起的額外功率消耗問題：可見光通信的傳輸介質(zhì)為自由空間，用于照明的LED發(fā)光二極管的發(fā)散角比較大，因此信號傳輸?shù)膸缀螕p耗較大，最終到達接收器的信號遠遠小于發(fā)射端。雖然已報道了傳輸速率大于1Gbt/s的實驗系統(tǒng)，但是實現(xiàn)高速傳輸?shù)木嚯x只有幾厘米。當通信距離變大時，信號損耗嚴重，誤碼率上升，就不能達到信號傳輸?shù)囊罅恕Ｒ岣邆鬏數(shù)木嚯x需要增加發(fā)射信號的功率，即增加LED的光功率輸出， 這就需要增大LED的發(fā)光面積，而面積的增大，導致器件的結電容增大，頻率響應特性下降，最大通信速率又受到限制。不單是LED器件，所有半導體器件的功率特性和頻率特性在器件設計上的矛盾，是長久以來所有半導體器件設計者所共同面臨的問題。目前國內(nèi)外的報道還沒有能兼顧兩方面性能的，預期在短時間內(nèi)也不能解決，只能在一定程度上改善。在現(xiàn)有LED器件的基礎上，通過外部驅(qū)動電路來改善系統(tǒng)的響應速度，實現(xiàn)高速通信，通常的方案是采用預加重或均衡。但是，由于照明用LED的結電容通常較大，在nF的量級，高速驅(qū)動信號對這一電容的充放電將產(chǎn)生較大的功率消耗，從而降低照明系統(tǒng)的發(fā)光效率。目前還沒有一個可以較好地解決LED結電容引起的額外功率消耗問題的方案。此外，采用脈沖驅(qū)動信號，如果保持信號最大峰值在LED的額定電流范圍內(nèi)，那么，平均電流必然低于LED的額定工作電流，導致照明亮度下降；如果要保持照明亮度不變，則需保持平均電流等于額定工作電流，即峰值電流遠大于LED的額定電流。由于LED在大電流時，發(fā)光功率會趨近飽和，導致發(fā)光效率下降，并且過大的峰值電流，可能引起LED壽命的降低。
技術實現(xiàn)思路
為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本專利技術首先提出一種基于LED高照明效率的通信照明共用系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。本專利技術還提出一種基于LED高照明效率的通信照明共用系統(tǒng)的實現(xiàn)裝置。為解決上述技術問題，本專利技術的技術方案如下：一種基于LED高照明效率的通信照明共用系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，在發(fā)送端，將待傳輸數(shù)據(jù)通過n位合并編碼器分成n位一組的數(shù)據(jù)組，碼型發(fā)生器將數(shù)據(jù)組轉(zhuǎn)化為多元下降沿編碼信號，多元下降沿編碼信號經(jīng)過功率驅(qū)動器放大后，驅(qū)動LED發(fā)射產(chǎn)生光通信信號；在接收端，光電轉(zhuǎn)換器接收光通信信號，經(jīng)過比較器的判決，恢復出多元下降沿編碼信號，再經(jīng)過解碼器解碼，得到n位數(shù)據(jù)組，再由數(shù)據(jù)恢復電路恢復出待傳輸數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，在發(fā)送端，每次數(shù)據(jù)傳輸開始時，待傳輸數(shù)據(jù)信號從低電平上升到高電平，上升沿作為時間參考點，n位合并編碼器把待傳輸信號每n位分為一組，根據(jù)每組數(shù)據(jù)的值，輸出不同寬度的脈沖信號，脈沖信號下降沿時刻與待傳輸數(shù) 據(jù)的值對應：設脈沖的最小時隙間隔為τ，n位數(shù)據(jù)的值為x，則脈沖的寬度為(x+1)·τ。優(yōu)選地，n位合并編碼器輸出低電平之后，立即上升，進行下一個碼元的傳輸，所以每個碼元的長度是變化的。一種基于LED高照明效率的通信照明共用系統(tǒng)的實現(xiàn)裝置，包括n位合并編碼器、碼型發(fā)生器、功率驅(qū)動器、LED、光電轉(zhuǎn)換器、比較器、解碼器和數(shù)據(jù)恢復電路，將待傳輸數(shù)據(jù)通過n位合并編碼器分成n位一組的數(shù)據(jù)組，碼型發(fā)生器將數(shù)據(jù)組轉(zhuǎn)化為多元下降沿編碼信號，多元下降沿編碼信號經(jīng)過功率驅(qū)動器放大后，驅(qū)動LED發(fā)射產(chǎn)生光通信信號；光電轉(zhuǎn)換器接收光通信信號，經(jīng)過比較器的判決，恢復出多元下降沿編碼信號，再經(jīng)過解碼器解碼，得到n位數(shù)據(jù)組，再由數(shù)據(jù)恢復電路恢復出待傳輸數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有技術相比，本專利技術的有益效果是：1、采用多元脈沖下降沿編碼的通信方案，減少了LED結電容的充放電次數(shù)，從而減少了因為充放電消耗的功率，提高了照明效率；2、采用低電平時間固定的方案，提高了驅(qū)動信號的占空比，提高了照明亮度和LED的壽命。附圖說明圖1是多元脈沖下降沿編碼方案的信號波形示意圖。圖2是多元脈沖下降沿編碼系統(tǒng)的通信過程示意圖。圖3是常用的LED驅(qū)動示意圖。圖4是當LED的驅(qū)動信號分別是高、低電平時，電流的流動方向示意圖。圖5是通信照明系統(tǒng)的實現(xiàn)裝置示意圖。具體實施方式附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。下面結合附圖和實施例對本專利技術的技術方案做進一步的說明。本專利技術的基本原理是通過采用多元脈沖下降沿編碼方案，減少LED的驅(qū)動電壓的跳變次數(shù)，降低因為LED結電容引起的額外功率消耗。同時采用可變長碼元寬度，盡可能縮短低電平持續(xù)時間，提高信號的占空比，在保證照明亮度不 變的前提下，減小峰值電流。圖1是多元脈沖下降沿編碼方案的信號波形示意圖，上方的曲線是其編碼原理：在每個碼元開始時，信號從低電平上升到高電平，上升沿作為時間參考點。編碼器把待傳輸數(shù)據(jù)每n位分為一組，根據(jù)每組數(shù)據(jù)的值，輸出不同寬度的脈沖信號。設脈沖的最小時隙間隔為τ，則脈沖的最大寬度為2n·τ。其下降沿時刻與待傳輸數(shù)據(jù)組的值對應。接收端根據(jù)信號的下降沿時刻，恢復出待傳輸數(shù)據(jù)的值，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。圖1下方的曲線為編碼示例，第1組待傳輸數(shù)據(jù)的值為“0”，所以脈沖只占用1個單位的時隙寬度；第2組待傳輸數(shù)據(jù)的值為“5”，所以脈沖占用6個單位的時隙寬度；第3組待傳輸數(shù)據(jù)的值為“4”，所以脈沖占用5個單位的時隙寬度。這種波形看起來像是模擬電源中常用的脈沖寬度調(diào)制和脈沖頻率調(diào)制方案的結合，但是有著本質(zhì)的區(qū)別：脈沖寬度調(diào)制和脈沖頻率調(diào)制技術是用數(shù)字信號表示模擬信號，是對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法，而本專利技術是用脈沖下降沿或脈沖寬度表征二進制數(shù)據(jù)組的值，屬于一種多元編碼方式。其通信過程如圖2所示：待傳輸數(shù)據(jù)通過n位合并電路，被分成n位一組的數(shù)據(jù)組。碼型發(fā)生器接收待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組，轉(zhuǎn)化成多元下降沿編碼信號。例如，要實現(xiàn)n位的多元下降沿編碼，可以采用n位計數(shù)器來實現(xiàn)：設計數(shù)器的計數(shù)周期為τ，n位本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種基于LED高照明效率的通信照明共用系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，在發(fā)送端，將待傳輸數(shù)據(jù)通過n位合并編碼器分成n位一組的數(shù)據(jù)組，碼型發(fā)生器將數(shù)據(jù)組轉(zhuǎn)化為多元下降沿編碼信號，多元下降沿編碼信號經(jīng)過功率驅(qū)動器放大后，驅(qū)動LED發(fā)射產(chǎn)生光通信信號；在接收端，光電轉(zhuǎn)換器接收光通信信號，經(jīng)過比較器的判決，恢復出多元下降沿編碼信號，再經(jīng)過解碼器解碼，得到n位數(shù)據(jù)組，再由數(shù)據(jù)恢復電路恢復出待傳輸數(shù)據(jù)。

【技術特征摘要】
1.一種基于LED高照明效率的通信照明共用系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，在發(fā)送端，將待傳輸數(shù)據(jù)通過n位合并編碼器分成n位一組的數(shù)據(jù)組，碼型發(fā)生器將數(shù)據(jù)組轉(zhuǎn)化為多元下降沿編碼信號，多元下降沿編碼信號經(jīng)過功率驅(qū)動器放大后，驅(qū)動LED發(fā)射產(chǎn)生光通信信號；在接收端，光電轉(zhuǎn)換器接收光通信信號，經(jīng)過比較器的判決，恢復出多元下降沿編碼信號，再經(jīng)過解碼器解碼，得到n位數(shù)據(jù)組，再由數(shù)據(jù)恢復電路恢復出待傳輸數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權利要求1所述的實現(xiàn)方法，其特征在于，在發(fā)送端，每次數(shù)據(jù)傳輸開始時，待傳輸數(shù)據(jù)信號從低電平上升到高電平，上升沿作為時間參考點，n位合并編碼器把待傳輸信號每n位分為一組，根據(jù)每組數(shù)據(jù)的值，輸出不同寬度的脈沖信號，脈沖信號下降沿時刻與待傳輸數(shù)據(jù)的值對應：設脈沖的最小...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：魏正軍，郭夢月，單秀蓮，陳章杰，章俊超，王金東，
申請(專利權)人：華南師范大學，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44