一种基于极化码纠错的可见光通信装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于极化码纠错的可见光通信装置，包括发射子系统和接收子系统；所述发射子系统包括依次连接的极化码纠错编码单元、OOK信号调制单元、LED电路驱动单元和LED灯具单元；所述接收子系统包括依次连接的光电探测/转换单元、OOK信号解调单元和极化码纠错译码单元；本实用新型专利技术中，所述发射子系统实现对输入信息进行极化码编码及信号调制以后，输出连续的调制波形，驱动LED光源发光并传输信号；所述接收模块实现对光电探测元件接收的光信号转换成与入射能量成比例的光电流，光电流经过调理电路调理成适合数字解调器电路的信号输入到数字解调器中，经过数字解调器解调和极化码译码，最终恢复出原始信息。

A visible light communication device based on polarization code correction

The utility model discloses a visible light communication device based on polarization error correction code, including transmitting subsystem and receiving subsystem; the transmitting subsystem includes a polarization code error correction encoding unit, OOK unit, LED signal modulation circuit of the drive unit and the LED lighting unit; the receiving subsystem includes a photoelectric detection / sequentially connected conversion unit, OOK signal demodulation unit and polarization code decoding unit; the utility model, after the emission subsystem to achieve polarization encoding and modulation of the input information, output modulation waveform, LED light source and drive transmission signal; the receiving module of photoelectric detecting element the received optical signals into light current ratio and the incident energy, light current through the conditioning circuit as input signal conditioning for digital demodulator circuit In the digital demodulator, the original information is restored by digital demodulator, demodulation and polarization code decoding.

【技术实现步骤摘要】
一种基于极化码纠错的可见光通信装置
本技术涉及光通信领域，更具体地，涉及一种基于极化码纠错的可见光通信装置。
技术介绍
可见光通信(VisibleLightCommunication,VLC)具有可同时用于照明和通信的优势，随着LED在照明、通信和传感技术等各个领域的广泛应用，被认为是极具发展潜力和应用前景的技术。与现有的射频通信技术相比，可见光通信以其绿色高能效、免疫电磁干扰、光谱资源丰富和保密性高等优势，逐渐成为室内/外短距离通信的热点技术。可见光通信最常用的调制方式是开关键控(OOK)调制。由于通信线路中的1/0码元控制了照明LED的开/关，可能对照明造成影响，故此可见光通信系统在提供通信功能的同时，还需要满足照明的要求：亮度稳定以及无闪烁，即通信的码元必须具有直流均衡和短游程的性质。但是，当前可见光通信系统为了提高通信可靠性所采用的信道编码并不能满足这两个条件，故此常常还需引入线路编码、随机加扰、比特凿孔及交织等辅助单元，系统结构非常复杂。例如，典型的可见光通信系统包括发送子系统和接收子系统，其中发送子系统主要包括信源编码、信道编码、随机加扰、比特凿孔、线路编码、交织、数字调制、驱动电路等模块和LED光源；接收子系统主要包括光电探测/转换、时钟恢复/数据提取、数字解调、去交织、线路解码、消加扰、信道解码等模块。
技术实现思路
本技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于极化码纠错的可见光通信装置，采用简单的系统结构即可满足通信与照明的要求，并且编码效率可达到香农极限。为了达到上述目的，本技术采用以下技术方案：本技术公开了一种基于极化码的可见光通信装置，包括用于发射可见光信号的发射子系统和用于接收可见光信号的接收子系统，所述发射子系统包括用于信道编码提高传输可靠性的极化码纠错编码单元，所述接收子系统包括用于纠正可见光通信过程中信号的错误并恢复出信息的极化码纠错译码单元，所述发射子系统还包括OOK信号调制单元、用于驱动LED进行照明和可见光通信的LED电路驱动单元，以及用于照明和发送可见光通信信号的LED灯具单元，所述极化码纠错编码单元、OOK信号调制单元、LED电路驱动单元和LED灯具单元顺序连接；所述接收子系统还包括用于可见光信号的接收以及将光信号转换为电信号并进行放大、滤波和限幅处理的光电探测/转换单元和OOK信号解调单元，所述光电探测/转换单元、OOK信号解调单元和极化码纠错译码单元顺序连接。作为优选的技术方案，所述极化码纠错编码单元核心为4比特极化码纠错编码单元，长度为N的极化码纠错编码单元可由多级4比特极化码纠错编码单元依照模-2均匀洗牌置换移位层叠构成，在4比特极化码纠错编码单元中：PolarEnc_G2:S1[0]、PolarEnc_G2:S1[1]、PolarEnc_G2:S2n[0]、PolarEnc_G2:S2n[1]均为二输入异或电路模块；其中4比特信息dataIn[0],dataIn[1],dataIn[2],dataIn[3]经过4个异或门电路运算后，输出编码后信息dataOut[0],dataOut[1],dataOut[2],dataOut[3]。作为优选的技术方案，所述OOK信号调制单元由DC-DC稳压器电路和OOK信号调制电路组成，所述DC-DC稳压电路将电源输入的高压稳压至OOK调制电路所需电压，再由OOK信号调制电路对可见光通信系统信号进行强度调制。作为优选的技术方案，所述LED电路驱动单元采用高调光比的LED恒流驱动芯片PT4115。作为优选的技术方案，所述光电探测/转换单元包括：光电传感器、双通道运算放大器U4、第一电源、第二电源以及电容，所述双通道运算放大器U4包括放大器U4-A和放大器U4-B，其中光电传感器检测到LED电路驱动LED灯具所发出的LED灯光，通过放大器U4-A将接收到的LED光信号转换成电压信号，电压信号通过电容进行隔直流处理，产生交变电压信号，并经过运算放大器U4-B进行两级放大后，输出到OOK信号解调单元，其中第一电源一直持续供电，第二电源通过电阻和第一电源给放大器U4-B提供虚地电压。作为优选的技术方案，所述OOK信号解调单元包括：运算放大器U5、二极管、和第三电源，其中第三电源一直提供元器件正常工作电压运算放大器U5接收到光电检测模块中产生的交变电压信号，其中将运算放大器U5的一个通道输入交变电压，实现电压跟随输出功能，而运算放大器U5另一通道进行滞回比较后将接收到的调制信号输出到两个二极管形成的钳位电路，并最后输出到极化码纠错译码单元。作为优选的技术方案，所述极化码纠错译码单元包括：F电路运算模块与G电路运算模块，其中极化码纠错译码单元将接收到的OOK解调单元中的信号，计算成似然值信息，按照与编码器相反的规则进行n＝log2(N)层的模-2均匀洗牌置换移位再输入到F与G电路运算模块；F电路运算单元包括第一加法器、比较器、以及第一数据选择器，首先通过F电路运算单元将接收到的似然值信息通过第一加法器后，输出到比较器和第一数据选择器，最终输出计算后的似然值信息；G电路运算单元包括第二加法器与第二数据选择器，G电路运算单元将接收到的似然值信息，通过第二加法器后，输出计算结果，在通过接收到的Z信息，第二数据选择器将根据Z信息输出计算结果。本技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：(1)本技术系统结构简单，无需额外的线路编码、随机加扰、比特凿孔等单元模块；(2)本技术的极化码纠错单元编译码复杂度低，编码效率高，理论上可以达到香农极限；(3)本技术极化码纠错单元可支持调光比自适应，满足均匀照明无闪烁的要求，无需增加额外的编码平衡技术；(4)本技术支持从编码上实现物理层安全。附图说明图1是本技术可见光通信装置的结构方框图；图2是本技术可见光通信装置中N(本例中N＝4)比特极化码纠错编码单元模块连接图；图3是本技术可见光通信装置中极化码纠错编码单元中N(本例中N＝4)比特移位异或运算电路的原理图；图4是本技术可见光通信装置中极化码纠错编码单元中N(本例中N＝4)比特异或运算硬件电路图；图5是本技术可见光通信装置中集成OOK信号调制单元与LED电路驱动单元的LED恒流调制驱动电路原理图；图6是本技术可见光通信装置中集成了光电探测/转换单元与OOK信号解调单元的光电集成传感器放大滤波比较电路原理图；图7是本技术可见光通信装置中N(本例中N＝4)比特极化码纠错译码单元的原理图；图8是本技术可见光通信装置中极化码纠错译码单元中F函数计算模块电路原理图；图9是本技术可见光通信装置中极化码纠错译码单元中G函数计算模块电路原理图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本技术作进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本技术可见光通信装置包括发射可见光信号的发射子系统和用于接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于极化码的可见光通信装置，包括用于发射可见光信号的发射子系统和用于接收可见光信号的接收子系统，所述发射子系统包括用于信道编码提高传输可靠性的极化码纠错编码单元，所述接收子系统包括用于纠正可见光通信过程中信号的错误并恢复出信息的极化码纠错译码单元，其特征在于，所述发射子系统还包括OOK信号调制单元、用于驱动LED进行照明和可见光通信的LED电路驱动单元，以及用于照明和发送可见光通信信号的LED灯具单元，所述极化码纠错编码单元、OOK信号调制单元、LED电路驱动单元和LED灯具单元顺序连接；所述接收子系统还包括用于可见光信号的接收以及将光信号转换为电信号并进行放大、滤波和限幅处理的光电探测/转换单元和OOK信号解调单元，所述光电探测/转换单元、OOK信号解调单元和极化码纠错译码单元顺序连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于极化码的可见光通信装置，包括用于发射可见光信号的发射子系统和用于接收可见光信号的接收子系统，所述发射子系统包括用于信道编码提高传输可靠性的极化码纠错编码单元，所述接收子系统包括用于纠正可见光通信过程中信号的错误并恢复出信息的极化码纠错译码单元，其特征在于，所述发射子系统还包括OOK信号调制单元、用于驱动LED进行照明和可见光通信的LED电路驱动单元，以及用于照明和发送可见光通信信号的LED灯具单元，所述极化码纠错编码单元、OOK信号调制单元、LED电路驱动单元和LED灯具单元顺序连接；所述接收子系统还包括用于可见光信号的接收以及将光信号转换为电信号并进行放大、滤波和限幅处理的光电探测/转换单元和OOK信号解调单元，所述光电探测/转换单元、OOK信号解调单元和极化码纠错译码单元顺序连接。2.根据权利要求1所述基于极化码的可见光通信装置，其特征在于，所述极化码纠错编码单元核心为4比特极化码纠错编码单元，长度为N的极化码纠错编码单元可由多级4比特极化码纠错编码单元依照n＝log2(N)层的模-2均匀洗牌置换移位层叠构成，在4比特极化码纠错编码单元中：PolarEnc_G2:S1[0]、PolarEnc_G2:S1[1]、PolarEnc_G2:S2n[0]、PolarEnc_G2:S2n[1]均为二输入异或电路模块；其中4比特信息dataIn[0],dataIn[1],dataIn[2],dataIn[3]经过4个异或门电路运算后，输出编码后信息dataOut[0],dataOut[1],dataOut[2],dataOut[3]。3.根据权利要求1所述基于极化码的可见光通信装置，其特征在于，所述OOK信号调制单元由DC-DC稳压器电路和OOK信号调制电路组成，所述DC-DC稳压电路将电源输入的高压稳压至OOK调制电路所需电压，再由OOK信号调制电路对可见光通信系统信号进行强度调制。4.根据权利要求1所述基于极化码的可见光通信装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：方俊彬，车振，蒋琳，余小龙，陈哲，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：新型
国别省市：广东,44