[发明专利]一种光学天线及LED可见光通信系统

说明书

本发明公开了一种光学天线及LED可见光通信系统，该光学天线包括多个光纤光锥，每个光纤光锥具有独立的单通道，多个朝向不同的光纤光锥组成球形。本发明在球体上分布多个朝向不同的光纤光锥作为光学接收天线的结构，体积小、灵敏度高，可见光信号经由接收天线进入探测器，这样可以缩减探测器面积，进而增强探测光强，显著提高通信速率，即使光学接收天线同光源的相对位置发生改变，因为总有一部分光纤光锥满足全反射条件，光学接收天线仍能接收来自不同方向的光信号，有效扩大接收天线的视场角，实现仅利用小尺寸探测器便可接收较大范围光信号的构想，若使用具有球形光敏面的探测器或多个探测器组合，甚至可以实现360度视场角。

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，具体涉及一种光学天线及LED可见光通信系统。

背景技术

可见光无线通信因其无电磁干扰、节能、绿色等优点引起了人们的广泛关注和研究。随着可见光无线通信技术的发展，光学天线是可见光无线通信非常重要的组成部分。针对不同的无线通信需求，研制出合适的光学天线系统，最大限度的提高系统通信性能，是目前备受关注且亟待解决的问题之一。

2000年以来，基于LED的可见光通信技术得到了广泛研究，市场中也出现了许多可见光通信产品。传统的移动通信解决方案主要是对发射端或者接收端进行改进。发射端的改进方案主要包括采用目标跟踪技术和角度空间分集发射器等。接收端的改进方案主要包括采用信号搜索技术和角度空间分集接收器等。

根据调研，目前室内可见光通信的接收天线多为传统的定焦天线或是多个定焦天线，角度空间分集发射器和信号搜索等技术也有出现。若采用传统的定焦天线或是多个定焦天线组合而成的空间分集天线，在实际通信过程中，当通信距离和位置变化时，会使探测到的信号光斑产生变化，将较大的影响接收效率，从而影响系统的通信性能；此外，若采用角度空间分集接收器，该天线的视场角为120度，并没有解决大视场角的问题；信号搜索技术则需要将接收器的位置反馈回光源处，光源再将光线转向接收器处，结构会比较复杂。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种光学天线及LED可见光通信系统。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种光学天线，包括多个光纤光锥，每个光纤光锥具有独立的单通道，多个朝向不同的光纤光锥组成球形。

进一步地，所述光学天线接收来自光源处B点的最大半角为

式中R是以锥角顶O为圆心、与多个光纤光锥出射端相切的圆的半径，l是光纤光锥长度，D₁和D₂分别是光纤光锥出射端和入射端的直径，n₀为空气介质中的折射率，n₁为光纤光锥内纤芯的折射率，n₂光纤光锥包层的折射率，BD为光源到光学天线之间的距离。

进一步地，2φ＝2×φ，当l一定时，D₂越大，2φ越小。

进一步地，2φ＝2×φ，当D₂一定时，l越大，2φ越大。

进一步地，AC的大小为

AC＝(R+l)cosx＝(R+l)cos(φ-α+90°)

式中φ为光学天线接收来自光源处B点的最大半角，R是以锥角顶O为圆心、与多个光纤光锥出射端相切的圆的半径，l是光纤光锥长度，AC为入射端可将光线全反射出光纤光锥的最大入射角α的入射点与BO的垂直距离，x为∠OAC。

进一步地，2AC＝2×AC，当l一定时，D₂越大，2AC越小。

进一步地，2AC＝2×AC，当D₂一定时，l越大，2AC越大。