一種長距離光子LIFI節能通信系統技術方案

本發明專利技術公開了一種長距離光子LIFI節能通信系統，包括信號調制控制設備、一定發射功率和束散角的LED探照燈、接收天線、光探測器、信號處理電路、顯示終端、中央處理器、現場可編程門陣列電路、電源電路；所述電源電路分別連接中央處理器和現場可編程門陣列電路；所述電源電路內設置有太陽能電池板、穩壓電路、電源控制器及直流供電電路；用于視頻電信號的處理，以及確定接收光斑的形狀、大小和平均接收光功率；所述探照燈和所述接收天線之間是大氣信道，光源發出的光通過大氣信道進行傳輸。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及無線通信
，尤其是一種長距離光子LIFI節能通信系統。
技術介紹
可見光通信技術，是利用熒光燈或發光二極管等發出的肉眼看不到的高速明暗閃爍信號來傳輸信息的，將高速因特網的電線裝置連接在照明裝置上，插入電源插頭即可使用。利用這種技術做成的系統能夠覆蓋室內燈光達到的范圍，電腦不需要電線連接，因而具有廣泛的開發前景。可見光通信技術可以分為室內可見光通信(IndoorVisibleLightCommunication)和室外可見光通信(OutdoorVisibleLightCommunication)。室內可見光通信一般在辦公室、公共場所等室內條件下，而研究的重點在高速近距離傳輸，傳輸距離近，易于定位、發射、接收，目前日本研究機構已經完成室內1Gbps速率傳輸；室外可見光通信一般用于智能交通系統中，用來傳遞道路狀況信息以及機動車信息辨別等。這些年，道路交通智能通信系統的應用領域得到不斷的拓展和延伸，出現了道路交通信號燈、若干個機動車的LED燈所組成的道路交通信號燈與機動車和機動車前燈至機動車尾燈這兩類系統。在室外可見光通信系統當中，可見光通信是以大氣為信道進行傳輸的，所以它的傳輸特性會受到各種不同的天氣條件的影響，其中由雨、雪、霧霾等引起的大氣衰減效應是影響可見光通信性能的關鍵因素。大氣衰減主要表現為光能量在傳輸過程中的損耗減少，造成大氣衰減的原因有很多，其中影響比較大的包括大氣中的分子與氣溶膠的吸收和散射效應。天氣情況、光源波長、傳輸距離、光通過的空氣的密度、以及大氣層厚度影響著大氣衰減的程度。
技術實現思路
本專利技術的專利技術目的是，克服現有技術方法的不足，提供了一種將基帶信號調制在LED發出的可見光上，以大氣為信道傳輸，接收端使用CCD進行接收的遠距離可見光通信系統。為實現上述專利技術目的，提出了如下技術方案：一種長距離光子LIFI節能通信系統，包括信號調制控制設備、一定發射功率和束散角的LED探照燈、接收天線(鏡頭)、光探測器、信號處理電路和示波器、中央處理器、現場可編程門陣列電路、電源電路；所述電源電路分別連接中央處理器和現場可編程門陣列電路；所述電源電路內設置有太陽能電池板、穩壓電路、電源控制器及直流供電電路、其他顯示終端；所述信號調制設備負責調制生成原始的電信號；所述LED探照燈是白光LED，也可以是其他單色的LED；所述光探測器采用可見光波段響應較好的CCD光電轉換器件；所述接收天線是可變倍數的光學鏡頭；所述信號處理電路與光探測器相適應，例如CCD光探測器，所述信號處理電路用于視頻電信號的處理，以及確定接收光斑的形狀、大小和平均接收光功率(接收信號強度指示RSSI的變化；所述探照燈和所述接收天線之間是大氣信道，光源發出的光通過大氣信道進行傳輸；由于RSSI電平與接收光功率(信號功率加噪聲功率)存在一定的映射關系，通過示波器對RSSI電平的采集和顯示，可以得到接收光功率隨時間的變化(包括慢變化和快變化)情況。所述CCD感光器件有參數灰度值，用來表示光強度的大小，通過相機配套軟件，可以通過電腦等終端采集數據，得到光強度的變化。為更好的實現本專利技術，能夠滿足在光照度不夠使太陽能進行發電或夜間時候依然滿足對整個系統進行供電；在使用時，多余的電能將被存儲在蓄電池組內，而出現太陽能光照不夠或陰雨天氣或夜間時，蓄電池組將進行釋電，并通過電源控制器的輸出電路輸送至直流供電電路內，對中央處理器及現場可編程門陣列電路進行供電，達到24小時全天候的使整個系統工作。所述遠距離可見光通信系統設備主要包括發射端和接收端；發射端可使用OOK、PPM等調制方式，光源將調制好的光信號以高速、明暗變化的規律進行發射，采用大功率低束散角陣列LED作為光源，由于調制速率在一百比特量級，可以采用單片機配合C++軟件編程進行發射端的軟硬件設計，實現字符串的發送；接收端，采用CCD作為光探測器，硬件設備使用高幀頻(100fps以上)、高靈敏度、高響應度CCD相機。相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD相機進行數據的采集和處理，將調制信號的規律呈現出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現字符串的接收。所述調制方式是OOK調制方式；OOK帶寬需求低，而且硬件實現最為簡單，解碼時候只需要通過直接檢測的方法，通過判斷光的有無來確定接收到的信息時0或者1。其中，″亮″狀態用″1″表示，″滅″狀態用″0″表示，所述的現場可編程門陣列電路，內部包括可配置邏輯模塊CLB、輸入輸出模塊IOB和內部連線三個部分；FPGA利用小型查找表(16×1RAM)來實現組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發器的輸入端，觸發器再來驅動其他邏輯電路或驅動I/O，由此構成了既可實現組合邏輯功能又可實現時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊；FPGA的邏輯是通過向內部靜態存儲單元加載編程數據來實現的，存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯接方式，并最終決定了FPGA所能實現的功能，FPGA允許無限次的編程。所述發射模塊采用白光LED，為了增大發射功率，使用LED陣列，具體為3*4的LED陣列，每個LED功率能夠達到4W，束散角為5.3°。所述接收端采用CCD相機接收，以100fps為例，相機在1秒鐘之內等間距拍攝100張圖像，光信息被接收下之后，存儲在圖像當中。所述光接收天線是一組光學鏡頭，與CCD相機相互配合，配置電動變焦鏡頭和編碼器，可以實現計算機控制自動變焦。所述遠距離可見光通信系統還包括光信號數據采集處理模塊，用于通過編寫的程序完成對LED發來的信號光的采集處理。該程序以MFC為框架編寫，完成對從相機發送過來的圖片信息的分析和處理。當光源和相機的頻率同步時，相機能夠準確捕捉到光源發送的信息。所述遠距離可見光通信系統還包括可見光通信數據傳輸模塊，用于完成數據傳輸時的同步，與自適應傳輸模塊配合，完成速率可變自適應信息傳輸。包括數據傳輸準備過程，數據速率識別過程，數據同步過程，數據傳輸過程。按次序依次為數據傳輸建立，持續時間為1T，保護間隔2T；速率識別碼發送時間3T；保護間隔4T；數據同步時間；最后進行數據傳輸。所述遠距離可見光通信系統具體包括：調制器，用本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種長距離光子LIFI節能通信系統，其特征在于，包括信號調制控制設備、一定發射功率和束散角的LED探照燈、接收天線、光探測器、信號處理電路、顯示終端、中央處理器、現場可編程門陣列電路、電源電路；所述電源電路分別連接中央處理器和現場可編程門陣列電路；所述電源電路內設置有太陽能電池板、穩壓電路、電源控制器及直流供電電路；所述信號調制設備負責調制生成原始的電信號；所述LED探照燈是單色的LED；所述光探測器是可見光波段響應較好的CCD光電轉換器件；所述接收天線是可變倍數的光學鏡頭；所述信號處理電路與光探測器相適應，用于視頻電信號的處理，以及確定接收光斑的形狀、大小和平均接收光功率；所述探照燈和所述接收天線之間是大氣信道，光源發出的光通過大氣信道進行傳輸。

【技術特征摘要】
1.一種長距離光子LIFI節能通信系統，其特征在于，包括信
號調制控制設備、一定發射功率和束散角的LED探照燈、接收天線、
光探測器、信號處理電路、顯示終端、中央處理器、現場可編程門
陣列電路、電源電路；所述電源電路分別連接中央處理器和現場可
編程門陣列電路；所述電源電路內設置有太陽能電池板、穩壓電路、
電源控制器及直流供電電路；所述信號調制設備負責調制生成原始
的電信號；所述LED探照燈是單色的LED；所述光探測器是可見光
波段響應較好的CCD光電轉換器件；所述接收天線是可變倍數的光
學鏡頭；所述信號處理電路與光探測器相適應，用于視頻電信號的
處理，以及確定接收光斑的形狀、大小和平均接收光功率；所述探
照燈和所述接收天線之間是大氣信道，光源發出的光通過大氣信道
進行傳輸。
2.根據權利要求1所述的一種長距離光子LIFI節能通信系統，
其特征在于，所述遠距離可見光通信系統設備分為發射端和接收端；
所述發射端是OOK或PPM調制方式，光源將調制好的光信號以高
速、明暗變化的規律進行發射，所述光源是大功率低束散角陣列
LED；采用單片機控制所述發射端，實現字符串的發送；所述接收
端，采用CCD作為光探測器，相機以與光源相同幀頻進行拍攝，且

\tCCD相機進行數據的采集和處理，將調制信號的規律呈現出來，得
到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現字符串的接收。
3.根據權利要求1所述的一種長距離光子LIFI節能通信系統，
其特征在于，所述的現場可編程門陣列電路，內部包括可配置邏輯
模塊CLB、輸入輸出模塊IOB和內部連線三個部分；FPGA利用小型
查找表(16×1RAM)來實現組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸
發器的輸入端，觸發器再來驅動其他邏輯電路或驅動I/O，由此構
成了既可實現組合邏輯功能又可實現時序邏輯功能的基本邏輯單元
模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊；FPGA
的邏輯是通過向內部靜態存儲單元加載編程數據來實現的，存儲在
存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模
塊與I/O間的聯接方式，并最終決定了FPGA所能實現的功能，FPGA
允許無限次的編程。
4.根據權利要求1所述的一種長距離光子LIFI節能通信系統，
其特征在于，所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李群星，周午賢，
申請(專利權)人：文成縣刀鋒科技有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33