[发明专利]一种长距离光子LIFI节能通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其是一种长距离光子LIFI节能 通信系统。

背景技术

可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看 不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将高速因特网的电线装置 连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。利用这种技术做成的 系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接，因而具 有广泛的开发前景。可见光通信技术可以分为室内可见光通信 (IndoorVisibleLightCommunication)和室外可见光通信(Outdoor VisibleLightCommunication)。室内可见光通信一般在办公室、公 共场所等室内条件下，而研究的重点在高速近距离传输，传输距离 近，易于定位、发射、接收，目前日本研究机构已经完成室内 1Gbps速率传输；室外可见光通信一般用于智能交通系统中，用来 传递道路状况信息以及机动车信息辨别等。这些年，道路交通智能 通信系统的应用领域得到不断的拓展和延伸，出现了道路交通信号 灯、若干个机动车的LED灯所组成的道路交通信号灯与机动车和机 动车前灯至机动车尾灯这两类系统。

在室外可见光通信系统当中，可见光通信是以大气为信道进行 传输的，所以它的传输特性会受到各种不同的天气条件的影响，其 中由雨、雪、雾霾等引起的大气衰减效应是影响可见光通信性能的 关键因素。大气衰减主要表现为光能量在传输过程中的损耗减少， 造成大气衰减的原因有很多，其中影响比较大的包括大气中的分子 与气溶胶的吸收和散射效应。天气情况、光源波长、传输距离、光 通过的空气的密度、以及大气层厚度影响着大气衰减的程度。

发明内容

本发明的发明目的是，克服现有技术方法的不足，提供了一种 将基带信号调制在LED发出的可见光上，以大气为信道传输，接收 端使用CCD进行接收的远距离可见光通信系统。

为实现上述发明目的，提出了如下技术方案：

一种长距离光子LIFI节能通信系统，包括信号调制控制设备、 一定发射功率和束散角的LED探照灯、接收天线(镜头)、光探测 器、信号处理电路和示波器、中央处理器、现场可编程门阵列电路、 电源电路；所述电源电路分别连接中央处理器和现场可编程门阵列 电路；所述电源电路内设置有太阳能电池板、稳压电路、电源控制 器及直流供电电路、其他显示终端；所述信号调制设备负责调制生 成原始的电信号；所述LED探照灯是白光LED，也可以是其他单色 的LED；所述光探测器采用可见光波段响应较好的CCD光电转换器 件；所述接收天线是可变倍数的光学镜头；所述信号处理电路与光 探测器相适应，例如CCD光探测器，所述信号处理电路用于视频电 信号的处理，以及确定接收光斑的形状、大小和平均接收光功率 (接收信号强度指示RSSI的变化；所述探照灯和所述接收天线之间 是大气信道，光源发出的光通过大气信道进行传输；由于RSSI电 平与接收光功率(信号功率加噪声功率)存在一定的映射关系，通 过示波器对RSSI电平的采集和显示，可以得到接收光功率随时间 的变化(包括慢变化和快变化)情况。所述CCD感光器件有参数灰 度值，用来表示光强度的大小，通过相机配套软件，可以通过电脑 等终端采集数据，得到光强度的变化。

为更好的实现本发明，能够满足在光照度不够使太阳能进行发 电或夜间时候依然满足对整个系统进行供电；

在使用时，多余的电能将被存储在蓄电池组内，而出现太阳能 光照不够或阴雨天气或夜间时，蓄电池组将进行释电，并通过电源 控制器的输出电路输送至直流供电电路内，对中央处理器及现场可 编程门阵列电路进行供电，达到24小时全天候的使整个系统工作。

所述远距离可见光通信系统设备主要包括发射端和接收端；发 射端可使用OOK、PPM等调制方式，光源将调制好的光信号以高速、 明暗变化的规律进行发射，采用大功率低束散角阵列LED作为光源， 由于调制速率在一百比特量级，可以采用单片机配合C++软件编程 进行发射端的软硬件设计，实现字符串的发送；接收端，采用CCD 作为光探测器，硬件设备使用高帧频(100fps以上)、高灵敏度、 高响应度CCD相机。相机以与光源相同帧频进行拍摄，并且设计软 件对CCD相机进行数据的采集和处理，将调制信号的规律呈现出来， 得到相应的灰度值，从而完成信息的传递过程，实现字符串的接收。