[发明专利]一种可见光通信系统中信息与能量共同传输的方法

说明书

本申请实施例公开了一种可见光通信系统中信息与能量共同传输的方法。包括：建立点对点SLIPT VLC系统，点对点发射端将点对点传输信号通过一个发光二极管转换为可见光发送给点对点接收端；点对点接收端将可见光通过光电二极管进行点对点信息接收，或通过太阳能电池板进行点对点能量收集。采用前述方法，能够实现同时对SLIPT VLC系统的三个关键性能指标：照明、信息传输和能量收集进行分析。

技术领域

本申请涉及可见光通信领域，尤其涉及一种可见光通信(visible lightCommunication， VLC)系统中信息与能量共同传输(simultaneous lightwaveinformation and power transfer， SLIPT)的方法。

背景技术

无线设备的爆炸式增多和对高速数据服务的需求的日益增长给传统无线通信网络带来了巨大的压力，包括但不限于射频频谱(radio frequency，RF)危机和电池的快速损耗。为解决这一问题，可见光通信(visible light Communication，VLC)系统中信息与能量共同传输(simultaneous lightwave information and power transfer，SLIPT)的技术以其巨大的免授权频谱、无电磁干扰、固有安全性好等特点成为室内无线网络的一项有前途的技术。从应用的角度来看，采用SLIPT技术的VLC系统即SLIPT VLC系统，具有同时提供照明、信息传输和能量收集的优点。更具体地说，SLIPT VLC系统的发射端采用低成本的发光二极管(light emitting diodes，LEDs)，在一定的光照要求下以可见光的形式进行广播传输， SLIPT VLC系统的接收端采用光电二极管(photo diode，光电二极管)进行接收。此外，为了延长电池寿命，接收器可以从光波中收集能量。因此，SLIPT VLC系统可以在办公室、购物中心、机场、医院、飞机机舱等多种场景下与各种室内物联网(Internet of things，IoT)协同工作。

近年来，人们对SLIPT VLC系统进行了研究。第一方面，人们使用太阳能电池板进行同步信息接收和能量收集，设计了一种光无线通信系统，该系统提供了太阳能电池板的直流模型和交流模型。以及，利用直流偏置、视场(field-of-view，FOV)和能量获取时间，提出了利用一种SLIPT策略来分析收集的能量和服务质量(quality of service，QoS)之间的平衡。或者，研究了不同光照条件下的能量采集VLC系统。另一方面，人们使用光电二极管进行信息接收和能量收集。例如，研究混合甚低频射频网络的保密中断概率。以及在双跳(dual-hop)VLC/RF网络的速率最大化方案中，中继通过光电二极管从VLC 链路获取能量，然后将数据重新传输到RF链路。

尽管SLIPT在射频通信系统中的信号处理得到了广泛的分析，但由于其具有明显的特点，其结果不能直接应用于SLIPT VLC系统。其中一个主要制约因素是VLC系统的平均光功率和峰值光功率必须保证在合理的能量消耗下的实际照明。此外，通过强度调制和直接检测调制技术，VLC系统的信号是非负的实信号。在有限的点集上VLC信道的容量实现分布是离散的，而真实容量不是封闭表达式。此外，经典的具有高斯输入分布的射频香农(Shannon)容量无法准确评价VLC系统的吞吐量性能，因此，现有技术采用了仅考虑平均光功率约束的VLC信道容量的下界。总的来说，目前对SLIPT VLC系统的研究还没有得到很好的讨论，无法同时分析三个关键性能指标：照明、信息传输和能量收集。

参考文献：

[1]“Silicon PIN photodiode SFH 206K,” http://pdf1.alldatasheetcn.com/datasheet-pdf/view/45619/SIEMENS/SFH206K.html.

[2]“Luxeontx extreme efficacy and best performance,” http://www.mouser.com/ds/2/602/DS133-542348.pdf.