一種基于預加重電路的可見光通信系統(tǒng)與方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于可見光通信技術領域，尤其涉及一種基于預加重電路的可見光通信系 統(tǒng)與方法。
【背景技術】
[0002] 可見光通信技術是指利用可見光波段的光作為信息載體，不使用光纖等有線信道 的傳輸介質(zhì)，而在空氣中傳輸光信號的通信方式。LED燈作為室內(nèi)照明設備，具有使用壽命 長、調(diào)制性能好、相應靈敏度高、發(fā)射功率大等優(yōu)點。作為可見光通信系統(tǒng)的光源，LED燈的 迅速普及大大推動了可見光通信技術的發(fā)展。
[0003] 由于越來越多移動數(shù)字終端的使用，尤其是用戶對視頻服務需求的不斷增長，使 得無線頻譜資源日趨緊張，而可見光通信的引入是對通信頻譜的一次巨大擴展?？梢姽饩?有380nm-780nm的巨大帶寬（相當于405THz)，可以緩解無線頻譜資源即將耗盡的燃眉之 急。同時，可見光通信技術利用LED燈可以高速調(diào)制的特性，在實現(xiàn)照明和上網(wǎng)通信的同 時，還可以實現(xiàn)對家用電器以及安全防范設備等終端的智能控制。此外，由于可見光通信無 電磁污染，因此可以作為現(xiàn)有無線通信的有效補充，具有廣闊的應用場景?？梢詰糜跈C 關、醫(yī)院、工業(yè)控制等射頻敏感領域；也可以用于智能家居、智能交通等領域。
[0004] 然而，LED具有較強的低通頻率選擇特性，典型LED燈在1MHz處的響應要比 100MHz處的響應高了 20dB左右，這種特性導致了可見光通信系統(tǒng)的低頻部分和高頻部分 信道相應差異較大，使得系統(tǒng)的帶寬較小，很大程度上限制了可見光通信系統(tǒng)的通信速率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于預加重電路的可見光通信系統(tǒng)與 方法。本發(fā)明通過提升高頻分量信號的幅度，擴展了系統(tǒng)的帶寬，改善了可見光通信系統(tǒng)的 性能。
[0006] 本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)：一種基于預加重電路的可見光通信系 統(tǒng)，包括RGB-LED發(fā)光器件、信號發(fā)射端和信號接收端，
[0007] 所述RGB-LED發(fā)光器件的組數(shù)為N，每組RGB-LED發(fā)光器件包括紅色LED、綠色LED 和藍色LED，所述的N為自然數(shù)，且N根據(jù)RGB-LED發(fā)光器件中光電轉換模塊的性能以及調(diào) 制與解調(diào)復雜程度所確定；
[0008] 所述信號發(fā)射端用于產(chǎn)生偽隨機序列，并將偽隨機序列經(jīng)過串并轉換得到3N路 并行的數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)D/A變換和預加重后均分為三組預加重信號，將屬于同一組 不同路的預加重信號進行不同級別的放大后分別驅動N組RGB-LED發(fā)光器件產(chǎn)生混合光信 號；
[0009] 所述信號接收端用于將混合光信號通過三種相應波長的濾光片后進行光電轉換 分為獨立的三路PAM信號，對三路PAM信號分別進行A/D變換和解調(diào)得到3N路并行的數(shù)字 信號，將3N路數(shù)字信號經(jīng)并串轉換后輸出偽隨機序列。
[0010] 其中，所述信號發(fā)射端包括：
[0011] 控制模塊，發(fā)送使能信號和復位信號到信號產(chǎn)生模塊；
[0012] 信號產(chǎn)生模塊，用于在使能信號的控制下產(chǎn)生偽隨機序列，并將偽隨機序列輸出 至串并變換模塊；所述的偽隨機序列的序列周期為2n_l，其中，η為線性移位寄存器的級 數(shù)；
[0013] 串并變換模塊，用于將偽隨機序列變?yōu)?Ν路并行數(shù)字信號后輸出到D/A變換模 塊；
[0014] D/A變換模塊，用于將3Ν路并行數(shù)字信號進行數(shù)模變換，得到3Ν路模擬信號并輸 出到預加重電路；
[0015] 預加重電路，用于將3Ν路模擬信號中的高頻分量幅度進行提升，得到3Ν路預加重 信號，均分成三組后分別輸出至第一至第三放大電路；
[0016] 第一至第三放大電路，用于將接收到的同組不同路的預加重信號進行不同級數(shù)的 放大，并將放大后的信號 對應輸出至RGB-LED發(fā)光器件。
[0017] 其中，所述信號的接收端包括：
[0018] 第一至第三濾光片，用于將三種不同波長的混合光信號進行分離，得到三種不同 波長的獨立光信號并一一對應輸出至第一至第三光電轉換模塊；
[0019] 第一至第三光電轉換模塊，用于獲取獨立光信號，并將所述獨立光信號轉換為PAM 信號后一一對應輸出至第一至第三A/D模塊；
[0020] 第一至第三A/D模塊，用于將PAM信號進行模數(shù)變換，得到三路數(shù)字PAM信號并 一一對應輸出至第一至第三解調(diào)模塊；
[0021] 第一至第三解調(diào)模塊，用于設定（2N-1)種不同的門限值，對所述三路數(shù)字PAM信 號的幅值大小與門限值進行比較輸出3N路并行的數(shù)字信號，并輸出至并串變換模塊；
[0022] 并串變換模塊，所述并串轉換模塊用于將所述3N路并行的數(shù)字
[0023] 信號轉換為偽隨機序列后輸出。
[0024] 其中，所述光電轉換模塊為光電倍增管。
[0025] 其中，所述RGB-LED發(fā)光器件的組數(shù)為2。
[0026] 其中，所述的預加重電路包括第一級放大電路、第二級放大電路和第三級射極跟 隨器，模擬信號經(jīng)第一級放大電路和第二級放大電路進行電壓放大后輸出至第三級射極跟 隨器，放大后的信號經(jīng)第三級射極跟隨器進行電流放大后輸出至放大電路。
[0027] -種基于預加重電路的可見光通信方法，包括以下步驟：
[0028] 信號發(fā)射端：
[0029] (1)信號產(chǎn)生模塊在使能信號的控制下產(chǎn)生序列周期為2n_l的偽隨機序列；其 中，η為線性移位寄存器的級數(shù)；
[0030] (2)將產(chǎn)生的偽隨機序列經(jīng)串并變換和D/A變換后轉換為3Ν路并行模擬信號；其 中，Ν為自然數(shù)；
[0031 ] (3)將所述的3Ν路并行模擬信號中的高頻分量幅度進行提升，得到3Ν路預加重信 號；
[0032] (4)將3Ν路預加重信號均分為三組，將屬于一組的每路預加重信號經(jīng)不同級別放 大后分別驅動Ν組RGB-LED發(fā)光器件，形成三組不同波長的混合光信號；
[0033] 信號接收端：
[0034] (5)三組不同波長的混合光信號一一對應透過三種不同波長的濾光片后經(jīng)光電倍 增管，將光信號轉為電信號，從而獲得三路PAM信號；
[0035] (6)解調(diào)模塊通過設置（2N-1)種不同的門限值，對所述三路數(shù)字PAM信號的幅值 大小與門限值進行比較判決，輸出3N路并行的數(shù)字信號；
[0036] (7) 3N路并行的數(shù)字信號經(jīng)過并串變換后得到偽隨機序列。
[0037] 本發(fā)明相比【背景技術】的有益效果在于：
[0038] (1)本發(fā)明使用了預加重電路，通過對高頻分量的幅度進行人為的提升，擴展了系 統(tǒng)的帶寬，從而改善了可見光通信系統(tǒng)的性能；
[0039] (2)本發(fā)明使用了RGB三色LED燈，等效于三條互不干擾的信道，在不使用復雜調(diào) 制方式的基礎上，提升了可見光系統(tǒng)的傳輸速率。
[0040] (3)本發(fā)明中通過在發(fā)射端添加放大電路，實現(xiàn)了三路并行PAM調(diào)制，成倍提升了 可見光通信系統(tǒng)的傳輸速率。
【附圖說明】
[0041] 圖1是本發(fā)明信號發(fā)射端的結構示意圖。
[0042] 圖2是本發(fā)明的預加重電路的原理圖。
[0043] 圖3是本發(fā)明的基于放大電路PAM實現(xiàn)的原理圖。
[0044] 圖4是本發(fā)明信號接收端的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0045] 下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整的描述。以下實例用于說明本 發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0046] 本發(fā)明提供了一種基于預加重電路的可見光通信系統(tǒng)，包括兩個RGB-LED燈組， 包括兩個紅色LED、兩個綠色LED和兩個藍色LED，信號發(fā)射端和信號接收端。
[0047] 圖1所示為信號發(fā)射端的結構示意圖。信號發(fā)射端包括控制模塊，用于控制信號 發(fā)送的開始以及發(fā)射端各模塊的復位；信號產(chǎn)生模塊，利用FPGA產(chǎn)生偽隨機序列，序列周 期為2η-1，η為線性移位寄存器的級數(shù)；串并變換模塊，將一路串行信號變?yōu)?路并行00K 信號，然后經(jīng)過預加重電路。
[0050] 幅頻特性為：
[0048] 圖2所示為預加重電路的電路原理圖。預加重電路采用兩級放大電路和一級射極 跟隨器。第一級放大電路，Q的作用是濾除交流信號中的直流分量，RJPR2的作用是通過 分壓設置仏的靜態(tài)工作點，R3、R4、R#PC2的作用是設置第一級放大的增益，頻率響應可記 為：
[0049]
[0051]
[0052] 設計預加重電路的目的是增大高頻分量的幅度，因此R5要遠比R/j、，可計算3dB 帶寬為：
[0053]
[0054] 可通過設置&和C2的值來確定3dB帶寬的值。
[0055] 第二級放大電路，C3