[发明专利]一种LED可见光点对点通信的LED响应均衡方法和系统

说明书

技术领域

本发明专利涉及可见光通信领域，涉及一种提升LED可见光通信系统调制带宽的均衡方法。

背景技术

LED由于具有效率高、价格低和寿命长等优点正在取代白炽灯和日光灯，广泛应用于照明、显示等领域。LED能够同时用于照明与通信，使得可见光通信VLC成为近年来电子通信领域理论研究与产品研发的热点。相比于其他的无线通信技术，VLC具有如下的优点：频谱无需授权即可使用；具有更大的数据传输速率；无电磁污染，绿色环保，且安全性好、保密性高。

一般LED的重要指标-调制带宽为3MHz，LED可见光通信系统的信号传输速率受限于LED的低调制带宽。在低带宽基带通信信道中，采用多进制调制等复杂的调制方式可以改善系统的传输速率。相比于多进制调制等复杂的调制方式，非归零开关键控调制(OOK-NRZ)和曼彻斯特编码调制(Manchester Encoding)可以使信号的发送与接收更简单，因为复杂的调制方式在发送端和接收端都需要精度更高与时延更长的信号处理。然而测试结果表明，LED可见光通信系统的信号传输速率受限于LED调制带宽。LED调制带宽窄的缺点严重限制了信号的传输速率，这也成为制约可见光通信系统信息传输速率提升的瓶颈。

在LED通信低速率实验电路系统的构建中，大多采用均衡器进行电路均衡，均衡器分为频域均衡器和时域均衡器，由电路或代码实现。频域均衡器是从校正系统的频率特性出发，时域均衡器则是直接对响应波形进行校正。目前传统的数字均衡器，大部分只能改善码间串扰与信道衰落的影响，不能提高通信系统的传输带宽与信息的传输速率。另外，均衡器虽然在一定程度上提高了系统的调制带宽，但是电路设计比较复杂，缺乏灵活性，抗干扰能力弱，不适用于高速率点对点可见光信号的传输。常用的VLC系统的电路均衡如图3所示，采用RC元件和宽带运算放大器，由两个无源均衡器(passive equalizer)PEQ1与PEQ2、一个有源均衡器(active equalizer)AEQ三部分组成。其中，PEQ1与PEQ2用来衰减低频信号的幅度，而AEQ用来补偿高频信号的幅度。该均衡方法最高能将系统的3dB调制带宽由原先的3MHz提升到了20MHz,但信号的幅度整体下降了约10dB，使接收端的信噪比有所下降。现有电路均衡方法虽然能够在一定程度上增加了系统的调制带宽，但是仍然存在很大的局限性：1)电路存在时间抖动、抗干扰能力弱、带宽受限等缺点，不适用于高速率信号的传输；2)缺乏灵活性，电路参数的调整需要更换元件，使得调试与改进很不灵活。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明专利提出了一种LED可见光点对点通信的LED响应均衡方法和系统，本发明的方法和系统能够扩展与提高LED可见光通信系统的调制带宽，提升VLC系统的基带信息传输速率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种LED可见光点对点通信的LED响应均衡方法，光接收端处理步骤包括：

接收可见光信号并进行光电转换；

对光电转换获取的电信号采用频域均衡器进行信号均衡补偿；

通过频域放大器将经均衡补偿处理过的信号进行放大；

将信号解调，获取数据。

其中，所述频域均衡器频域响应为：

其中ω_c为LED的3dB截止频率，并且T_r是LED响应上升时间，T_f是LED响应下降时间，p是角频率与绝对频率的转换参数；

所述频域放大器频域响应为：

其中ω_l为频域放大器3dB截止频率。

作为本发明的进一步改进，光发射端的处理步骤包括：对信源数据进行编码调制，然后经放大器放大，再经LED驱动电路发出光信号，调制了信息的光信号在自由空间传播。

作为本发明的进一步改进，所述频域均衡器基于FPGA设计。通过FPGA芯片实现频域均衡器的频域响应，相比于电路均衡更简单，而且可以极大程度地提高系统的调制带宽，获得加倍的传输速率。

作为本发明的进一步改进，可见光通信信道的通信距离为1cm—10cm。

本发明的另一目的在于提供一种LED可见光点对点通信的LED响应均衡系统。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种LED可见光点对点通信的LED响应均衡系统，光接收端包括：

PD元件，用于接收可见光信号；

PD接收电路，用于将可见光信号进行光电转换；