[发明专利]双电平脉冲宽度编码的数据传输方法及LED可见光通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，具体涉及一种双电平脉冲宽度编码的数据传输方法及LED可见光通信系统。

背景技术

可见光通信是基于LED的无线通信新技术，它是利用LED比荧光灯和白炽灯切换得快的优点，通过LED光源的高频闪烁来进行通信，有光代表1，无光代表0，发出高速的光信号，再经过光电转换而获取信息。由于可见光通信照明的深度兼容，随着新型节能照明灯LED的日益普及，可见光通信技术发展前景不可限量。与传统的射频通信及其它无线通信系统相比较，可见光通信技术具有发射功率高、不占用无线电频谱、无电磁干扰、无电磁辐射、节约能源等优点。目前可见光通信技术已经成为多个国家研究热点，但大多数处于试验阶段，虽然整体系统已有实现，但离实用阶段还有一定距离，系统的各项性能指标有待进一步提高，实现方案也需要进一步完善。

目前存在的问题之一是LED可见光通信系统的信道编码设计问题：

可见光通信属于无线通信领域，以大气空间为通信信道，不可避免地受到大气特性的影响，这种影响称之为大气障碍。大气杂质和湍流造成的大气障碍使可见光通信系统的信噪比下降，误码率提高，通信性能大为下降。要降低大气障碍对可见光通信造成的影响，除了在搭建通信系统的时候，需要选择大气恶劣程度较低、环境条件相对良好的地方，还应该采用高效的信道编码技术，至少应该满足以下几点：1、定时信息要丰富，2、基线漂移要小或直流电平漂移量要小，3、要有一定的规律。如果线路码型或码流不满足这些要求，将会发生以下问题：1、引起不良的抖动特性，时定时提取发生困难，2、直流不平衡的码流将会使信号脉冲的直流电平发生漂移，降低通信系统的传输质量，3、数字序列没有一定的规律，通信期间无法监测线路的误码率。由于可见光通信中可能会受到诸多噪音干扰，信道编码作为重要的通信纠错手段，得到了广泛重视。目前的可见光通信研究，大都采用OOK或VPPM调制方式，结合RZ码或NRZ码对白光LED直接进行强度调制从而进行信号传输。这样的做法易于实现，但是频谱资源利用率太低，资源浪费严重，而且信号的码流直流不平衡严重，编码的效率很低，导致整个通信的传输时长较短。

此外目前存在的问题之二是LED结电容引起的额外功率消耗问题：

可见光通信的传输介质为自由空间，用于照明的LED发光二极管的发散角比较大，因此信号传输的几何损耗较大，最终到达接收器的信号远远小于发射端。虽然已报道了传输速率大于1Gbt/s的实验系统，但是实现高速传输的的距离只有几厘米。

当通信距离变大时，信号损耗严重，误码率上升，就不能达到信号传输的要求了。要提高传输的距离需要增加发射信号的功率，即增加LED的光功率输出，这就需要增大LED的发光面积，而面积的增大，导致器件的结电容增大，频率响应特性下降，最大通信速率又受到限制。不单是LED器件，所有半导体器件的功率特性和频率特性在器件设计上的矛盾，是长久以来所有半导体器件设计者所共同面临的问题。目前国内外的报道还没有能兼顾两方面性能的，预期在短时间内也不能解决，只能在一定程度上改善。

在现有LED器件的基础上，通过外部驱动电路来改善系统的响应速度，实现高速通信，通常的方案是采用预加重或均衡。但是，由于照明用LED的结电容通常较大，在nF的量级，高速驱动信号对这一电容的充放电将产生较大的功率消耗，从而降低照明系统的发光效率。目前还没有一个可以较好地解决LED结电容引起的额外功率消耗问题的方案。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，获得没有基线漂移的通信信号和LED光照的高照明效率，本发明提出一种双电平脉冲宽度编码的数据传输方法及LED可见光通信系统，既可以达到传输码流的DC平衡，又能提高频带的利用率，从而控制信号传输的时长，保证通信和照明功能皆不受影响。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种双电平脉冲宽度编码的数据传输方法，包括：

发送端采用双电平脉冲宽度编码：利用高、低电平的宽度来进行编码，高、低电平的跳变作为时间参考点，将待传输数据分为n位一组，根据每组数据的值，输出不同宽度的高电平或低电平脉冲信号，每组数据的码值对应不同的脉冲电平发生跳变的位置；

接收端采用双电平脉冲宽度解码：通过数据位有无电平的跳变来识别码元传输的宽度和一个数据位传输的结束，以收到的脉冲电平的上升或下降沿跳变作为时间参考点，根据下一个电平跳变沿时刻，判断高电平或低电平脉冲的宽度，恢复出待传输数据对应的码值，完成数据传输。