一种基于LED的可见光通信系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于LED的可见光通信系统和方法，其由发射装置、光学天线和接收装置组成。光学天线包括光学发射天线和光学接收天线。发射装置包括发射主控模块、N‑nDPAPM编码调制模块、N个LED恒流驱动模块和N个LED光源。接收装置包括光电检测模块、跨阻放大模块、模数转换模块、N‑nDPAPM解码解调模块和接收主控模块。本发明专利技术采用N‑nDPAPM调制技术，将脉冲幅度调制(MPAM)和n维脉冲位置调制(nDPPM)这两者相结合，既降低了系统对带宽的要求，提高了信息传输速率，又增强了系统可靠性。相对于单输入单输出(SISO)系统而言，该系统可增大信道容量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，具体涉及一种基于LED的可见光通信系统和方法。
技术介绍
与传统的照明设备相比，白光LED具有功耗低、使用寿命长、尺寸小、易驱动、绿色环保等优点，被视为第四代节能环保型照明产品。由于照明LED的一般工作功率都大于10W，因而为可见光通信提供了很好的保障条件。可见光通信(VLC)以LED为光源，以可见光为信息载体，大气为信道，光电检测模块(PD)为接收机，实现了LED照明兼通信双重功能。VLC的安全性高，保密性好，尤其适合应用在射频(RF)敏感区域，是对现有RF通信系统的有效补充。采用何种调制方法将待传送信息加载到可见光上，以及何种解调方法将待传送信息从可见光中分离出来，对于可见光通信的性能产生至关重要的影响。典型的强度调制/直接检测(IM-DD)技术较为简单，易实现，但抗噪声性能差。脉冲幅度调制(PAM)可有效利用带宽，但增加了系统对接收机的要求。传统脉冲位置调制(PPM)技术有较高的功率利用率，但增加了系统对带宽的要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是现有调制解调方法无法保证可见光的可靠性和有效性的问题，提供一种基于LED的可见光通信系统和方法。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于LED的可见光通信系统，由发射装置、光学天线和接收装置组成。上述光学天线包括光学发射天线和光学接收天线。上述发射装置包括发射主控模块、N-nDPAPM编码调制模块、N个LED恒流驱动模块和N个LED光源；发射主控模块的输出端连接N-nDPAPM编码调制模块的输入端，N-nDPAPM编码调制模块的N个输出端各与一个LED恒流驱动模块的输入端连接，N个LED恒流驱动模块的输出端分别连接N个LED光源的输入端，LED光源的输出端连接光学发射天线的输入端。上述接收装置包括光电检测模块、跨阻放大模块、模数转换模块、N-nDPAPM解码解调模块和接收主控模块；光学接收天线的输出端连接光电检测模块，光电检测模块的输出端连接跨阻放大模块的输入端，跨阻放大模块的输出端连接模数转换模块的输入端，模数转换模块的输出端连接N-nDPAPM解码解调模块的输入端，N-nDPAPM解码解调模块的输出端连接接收主控模块的输入端。上述N和n均为大于1的正整数。上述方案中，N-nDPAPM编码调制模块包括信道编码模块、N个n维PPM映射模块、N个n维PPM调制模块、N个MPAM映射模块和N个MPAM调制模块。信道编码模块的输入端构成N-nDPAPM编码调制模块的输入端；信道编码模块的输出端分为N路，每一路依次连接1个n维PPM映射模块、1个n维PPM调制模块、1个MPAM映射模块和1个MPAM调制模块；N个MPAM调制模块的输出端构成N-nDPAPM编码调制模块的N个输出端；上述M为大于1的正整数。上述方案中，N-nDPAPM解码解调模块包括MPAM解调模块、n维PPM解调模块、n维PPM解映射模块、对数最大似然估计模块和信道解码模块。MPAM解调模块的输入端构成N-nDPAPM解码解调模块的输入端；MPAM解调模块的输出端连接n维PPM解调模块的输入端，n维PPM解调模块的n个输出端连接n维PPM解映射模块的n个输入端，n维PPM解映射模块的输出端连接对数最大似然估计模块的输入端，对数最大似然估计模块的输出端连接信道解码模块的输入端；信道解码模块的输出端构成N-nDPAPM解码解调模块的输出端；上述M为大于1的正整数。上述方案中，LED光源为白光LED。上述方案中，光学发射天线为扩束光学透镜，光学接收天线为滤光片组和聚光透镜。一种基于LED的可见光通信方法，包括如下步骤：步骤1，发射主控模块将外网信息处理为二进制码元输入到N-nDPAPM编码调制模块；步骤2，N-nDPAPM编码调制模块完成对信息的n维PPM调制和MPAM调制；步骤3，LED恒流驱动模块完成对LED光源的恒流驱动；步骤4，LED光源向外发出可见光；步骤5，光电检测模块完成N路并行光信号的接收和光电转换；步骤6，跨阻放大模块完成对光电检测模块输出的微弱电信号的放大；步骤7，模数转换模块完成对上级输出信号的模数转换；步骤8，N-nDPAPM解码解调模块完成MPAM解调和n维PPM信号解调；步骤9，接收主控模块将解码出的信息进行显示；上述N和n均为大于1的正整数。上述步骤2具体包括如下步骤：步骤2.1，信道编码后分帧；步骤2.2，对每路信号进行n维脉冲位置映射；步骤2.3，对n维PPM映射信息进行n维PPM调制；步骤2.4，调制后信号进行脉冲幅度调制映射；步骤2.5，对映射信息进行MPAM调制；MPAM调制模块为LED光源提供M个不同的驱动电压级；上述M为大于1的正整数。上述步骤2.1中，发送主控模块送来的源数据经信道编码后，每N×n个二进制码划分为一帧，每一帧数据分为N组，每一组数据有n位源数据。上述步骤2.2中，n维脉冲位置映射规则为：每路串行输入的n位数据分别映射为1组并行的n维PPM映射信息；上述步骤8具体包括如下步骤：步骤8.1，解调MPAM信号；步骤8.2，解调n维PPM信号；步骤8.3，对数最大似然估计解码；步骤8.4，解码信号后进行信道解码。与现有技术相比，本专利技术采用N-nDPAPM调制技术，将脉冲幅度调制(MPAM)和n维脉冲位置调制(nDPPM)这两者相结合，既降低了系统对带宽的要求，提高了信息传输速率，又增强了系统可靠性。相对于单输入单输出(SISO)系统而言，该系统可增大信道容量。附图说明图1为一种基于LED的可见光通信系统框图。图2为2-4DPAPM编码调制方法图。图3为4维PPM调制的基函数。图4为2路4DPAPM信号。图5为4维PPM解调方法图。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合实例和附图对本专利技术做进一步的描述。一种基于LED的可见光通信系统，如图1所示，由发射装置、光学天线和接收装置组成。上述光学天线包括光学发射天线和光学接收天线。光学发射天线为扩束光学透镜(expanding telescope)，能有效减少发射光束的发散角。光学接收天线为滤光片组和聚光透镜，能增强照射到光电检测模块表面的光强。上述发射装置包括发射主控模块、N-nDPAPM编码调制模块、N个LED恒流驱动模块和N个LED光源。发射主控模块的输出端连接N-nDPAPM编码调制模块的输入端，N-nDPAPM编码调制模块的N个输出端各与一个LED恒流驱动模块的输入端连接，N个LED恒流驱动模块的输出端分别连接N个LED光源的输入端，LED光源的输出端连接光学发射天线的输入端。LED光源为白光LED。发射主控模块将外网信息处理为二进制码元输入到N-nDPAPM编码调制模块；N-nDPAPM编码调制模块完成对数据的n维PPM调制和MPAM调制；LED恒流驱动模块完成对LED光源的恒流驱动；LED光源经由光学发射天线向外发出可见光。N-nDPAPM编码调制模块包括信道编码模块、N个n维PPM映射模块、N个n维PPM调制模块、N个MPAM映射模块和N个MPAM调制模块。信道编码模块的输入端构成N-nDPAPM编码调制模块的输入端。信道编码模块的输出端分为N路，每一路依次连接1个n维PPM映射模块、1个n维PPM调制模块、1个MPAM映射模块和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LED的可见光通信系统，由发射装置、光学天线和接收装置组成；其特征在于：上述光学天线包括光学发射天线和光学接收天线；上述发射装置包括发射主控模块、N‑nDPAPM编码调制模块、N个LED恒流驱动模块和N个LED光源；发射主控模块的输出端连接N‑nDPAPM编码调制模块的输入端，N‑nDPAPM编码调制模块的N个输出端各与一个LED恒流驱动模块的输入端连接，N个LED恒流驱动模块的输出端分别连接N个LED光源的输入端，LED光源的输出端连接光学发射天线的输入端；上述接收装置包括光电检测模块、跨阻放大模块、模数转换模块、N‑nDPAPM解码解调模块和接收主控模块；光学接收天线的输出端连接光电检测模块，光电检测模块的输出端连接跨阻放大模块的输入端，跨阻放大模块的输出端连接模数转换模块的输入端，模数转换模块的输出端连接N‑nDPAPM解码解调模块的输入端，N‑nDPAPM解码解调模块的输出端连接接收主控模块的输入端；上述N和n均为大于1的正整数。

【技术特征摘要】
1.一种基于LED的可见光通信系统，由发射装置、光学天线和接收装置组成；其特征在于：上述光学天线包括光学发射天线和光学接收天线；上述发射装置包括发射主控模块、N-nDPAPM编码调制模块、N个LED恒流驱动模块和N个LED光源；发射主控模块的输出端连接N-nDPAPM编码调制模块的输入端，N-nDPAPM编码调制模块的N个输出端各与一个LED恒流驱动模块的输入端连接，N个LED恒流驱动模块的输出端分别连接N个LED光源的输入端，LED光源的输出端连接光学发射天线的输入端；上述接收装置包括光电检测模块、跨阻放大模块、模数转换模块、N-nDPAPM解码解调模块和接收主控模块；光学接收天线的输出端连接光电检测模块，光电检测模块的输出端连接跨阻放大模块的输入端，跨阻放大模块的输出端连接模数转换模块的输入端，模数转换模块的输出端连接N-nDPAPM解码解调模块的输入端，N-nDPAPM解码解调模块的输出端连接接收主控模块的输入端；上述N和n均为大于1的正整数。2.根据权利要求1所述的一种基于LED的可见光通信系统，其特征在于：N-nDPAPM编码调制模块包括信道编码模块、N个n维PPM映射模块、N个n维PPM调制模块、N个MPAM映射模块和N个MPAM调制模块；信道编码模块的输入端构成N-nDPAPM编码调制模块的输入端；信道编码模块的输出端分为N路，每一路依次连接1个n维PPM映射模块、1个n维PPM调制模块、1个MPAM映射模块和1个MPAM调制模块；N个MPAM调制模块的输出端构成N-nDPAPM编码调制模块的N个输出端；上述M为大于1的正整数。3.根据权利要求1所述的一种基于LED的可见光通信系统，其特征在于：N-nDPAPM解码解调模块包括MPAM解调模块、n维PPM解调模块、n维PPM解映射模块、对数最大似然估计模块和信道解码模块；MPAM解调模块的输入端构成N-nDPAPM解码解调模块的输入端；MPAM解调模块的输出端连接n维PPM解调模块的输入端，n维PPM解调模块的n个输出端连接n维PPM解映射模块的n个输入端，n维PPM解映射模块的输出端连接对数最大似然估计模块的输入端，对数最大似然估计模块的输出端连接信道解码模块的输入端；信道解码模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈名松，王策，黄增盛，郭洁，周信玲，王伟光，董适，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45