[发明专利]在无限制的介质中通过可见光谱进行数字数据的双向通信的系统的设计和配置

说明书

技术领域

在无限制的环境中通过可见光谱的数字数据的双向通信系统属于科技和电信的技术领域。

背景技术

数据、音频、视频和互联网通过光的传输是基于詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)的数学假设，在他的理论中表明了光代表电磁波频谱中的小部分区域(见图2)，这导致了理论上可以使用一种数字系统，它通过能够每秒自己开关数百万次的LED灯将经典的0和1的二进制语言转换成光脉冲(关或开)。

因此，促进高速无线光学系统的理念，解决和克服了当今Wi-Fi(无线保真)无线电频谱，也称为WLAN(无线局域网)的局限性。

Wi-Fi联盟一直是一项宏伟的技术，一直提供多种优势，由于其连接和可用性、实用性，它已经开始替代有线网络，由于没有电缆，并且其对不同特性的多个装置的接入为用户避免了与搜寻和获得适合连接所述装置的电缆相关的问题。然而，这种可用性受到限制，因为用于无线电通信的无线电频谱由于用户的大规模化(也就是说，供不应求)正在逐渐饱和，其威胁到Wi-Fi的可用性，并在其性能上反映出越来越慢的连接，这导致了对于新技术的选择。

Wi-Fi联盟由于其可用带宽高达2.4GHz的频率和高达300兆比特/秒(Mbps)的速度范围而获得国际认可。然而，由于Wi-Fi网络的和诸如蓝牙(也在2.4GHz频率下工作并产生了对Wi-Fi技术的干扰)等新型无线技术的饱和，Wi-Fi的质量已经逐渐受到破坏。

Wi-Fi面临的另一个问题是不安全性，因为这些网络很容易被黑客攻击，使得通过网络传输的信息完全没有被保护。

由于环境可能产生的干扰和信号损耗，与有线连接相比Wi-Fi的速度较低。

类似地，连接的强度受到我们周围的物理因素的影响，例如：电器、墙壁、天花板、树木、溪流、山脉、雨水等的电磁噪声。这就是为什么Wi-Fi是对于距离不超过100米的连接的好的选择，这是限制其活动范围的事实。

此外，最近的研究证实，电磁波影响人类健康，通过暴露在由Wi-Fi装置、天线和网络发射的射频中引起了疾病，尽管这些发现处于早期阶段，但是我们已经开始收到了警告：暴露于Wi-Fi中对健康有害。

因此，为了解决Wi-Fi无法处理的问题，已经开始研究用于传输信息的替代的无线连接的可能性。发现LED发射的光谱对于数据的无线传输来说是一个很好的手段，因为它比无线电频谱大数千倍，允许将数据传输速率提高到千兆比特/秒。

媒体层面的这种技术存在的第一次的迹象出现在2008年，当时波士顿大学工程学院的研究人员对该“想法”的进展情况进行了评论，并且报告说，就在其自己的研究机构中，其他人正在试验这个通过光传送数据的概念。

此外，2011年7月，来自爱丁堡大学的科学家、德国物理学家哈拉德·哈斯(Harald Haas)记录了他自己关于将信号通过由LED灯泡发出的光传输到各种设备而通过电力传输互联网和数据的“可行性”的谈论。

在2011年8月，这项技术的全球推广由爱丁堡的TED(Technology Entertainment and Design(技术、娱乐与设计))发起。

并且在2011年10月，几家公司和工业集团以Li-Fi联盟(Li-Fi Consortium)的名义聚集在一起，目的是加入力量和资金开发Li-Fi。从那时起，中国、美国和墨西哥等几个国家已经开始研究这种信息传输介质，并开始尝试开发具有高速二进制码流的无线光数据传输系统的协议。

附图说明

图1示出了数字信号的传输流。

图2图示化了电磁光谱及其操作频率(Hz)，识别了可见光操作的范围。

图3是根据国际单位制的位的等效表。

图4是视频传输操作的图。

图5是视频信号发射机驱动器的输入为5V时的电压调节步骤的截面图。

图6示出了视频信号发射机驱动器的负电压发电步骤。

图7示出了视频信号发射机驱动器的信号放大步骤。

图8是视频信号接收机驱动器的输入为5V时的电压调节步骤的截面图。该方块由电压调节器7805组成，该电压调节器将电压调节到5V，通过C3和C4(它们是1pf电容器)对信号进行滤波，并且通过指示器，该指示器通过220欧姆的R7及其LED指示器。

图9是视频信号接收机驱动器的负电压发电步骤的截面图。该方块由TC7660IC组成，其将输入电压反相为负电压，C1是相同的电路的参考，C2用于对输出电压进行滤波。