可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)、數(shù)據發(fā)送和接收方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及可見光通信領域，公開了一種可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)、數(shù)據發(fā)送和接收方法。本發(fā)明中，可見光通信系統(tǒng)采用多個起偏器，以及與起偏器相同數(shù)目的檢偏器，檢偏器與起偏器一一對應；在發(fā)送端，LED燈與起偏器一一對應，不同LED燈發(fā)出的可見光通過對應的起偏器，得到不同偏振方向的線偏振光，并發(fā)送出去；在接收端，檢偏器與對應的起偏器之間的透振方向成預設角度，并且每一個檢偏器檢測出經對應的起偏器發(fā)送的可見光，根據不同探測器檢測到的光強，經過數(shù)字信號處理算法，可以恢復多路發(fā)射信號，從而可以成倍地提高可見光通信系統(tǒng)的數(shù)據傳輸速率。
【專利說明】可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)、數(shù)據發(fā)送和接收方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及可見光通信領域，特別涉及可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)的、數(shù)據發(fā)送和接收方法。
【背景技術】
[0002]LED (Light-Emitting Diode，發(fā)光二極管)作為一種固態(tài)光源具有發(fā)光效率高、尺寸小、壽命長等優(yōu)點，將取代傳統(tǒng)的照明設備成為下一代環(huán)保照明光源。作為一種半導體光子器件，LED的快速響應特性使其具有高速調制的特點，可以將信號以人眼無法感知的速度調制到LED光源上進行數(shù)據傳輸?；贚ED的上述特點，產生了一種深度耦合照明與數(shù)據傳輸?shù)男录夹g，即可見光通信技術(Visible Light Communication,簡稱VLC)。VLC技術作為一種光無線通信技術具有發(fā)射功率高、無需頻譜申請、帶寬高、無電磁干擾并且安全可靠等優(yōu)點，可以作為頻譜日益緊張的無線射頻通信技術的補充。
[0003]實現(xiàn)可見光LED通信的基本原理是以傳送數(shù)據對所發(fā)光進行某種調制，比如脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation,簡稱為PWM)、脈沖位置調制(Pulse PositionModulation,簡稱為PPM),或者脈沖幅度調制(Pulse Amplitude Modulation,簡稱為PAM)。這種調制的光能量通過空間信道傳輸并被目標裝置上的光電探測器(傳感器)接收，光電探測器將光信號轉換為電信號后經過后續(xù)處理再解調出所發(fā)送的數(shù)據?？梢允窃谠O計上附加有這種功能的普通便攜設備，如手機、數(shù)碼相機、筆記本電腦等。但是，可見光通信中的可見光傳輸信道中存在散射、漫射等，使得在利用可見光進行通信時存在由多徑傳播造成的碼間串擾、光強衰弱等影響，而且也存在環(huán)境光(背景噪聲)的影響，上述調制方式不能克服碼間串擾，其頻譜利用率也不高，很難實現(xiàn)高速(比如，大于每秒100兆比特的信息傳輸速率)通信。
[0004]光波是橫電磁波，具有偏振特性。如圖1所示，自然光通過偏振片P之后，只有振動方向與偏振片的透振方向一致的光才能順利通過，也就是說，通過偏振片P的光波，在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個特定的方向振動，這種光叫偏振光。通過偏振片P的偏振光，再通過偏振片Q，如果兩個偏振片的透振方向平行，則可以通過；如果兩個偏振片的透振方向垂直，則不能透過Q。根據偏振光的這個特性，在實際中有很多用途。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)的、數(shù)據發(fā)送和接收方法，使得可見光通信系統(tǒng)的傳輸速率成倍提高。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)，包含發(fā)送端和接收端，采用LED燈發(fā)出的可見光攜帶需傳送的信息；
[0007]所述發(fā)送端具有至少2個起偏器；所述LED燈與所述起偏器一一對應；不同LED燈發(fā)出的可見光通過對應的起偏器，得到不同偏振方向的線偏振光，并發(fā)送至所述接收端；
[0008]所述接收端具有與所述起偏器相同數(shù)目的檢偏器，所述檢偏器與所述起偏器一一對應；所述檢偏器與對應的起偏器之間的透振方向成預設角度，并且每一個檢偏器檢測出經對應的起偏器發(fā)送的可見光。
[0009]本發(fā)明的實施方式還提供了一種可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)的數(shù)據發(fā)送方法，包含以下步驟:
[0010]將信號分成至少2路；
[0011]對每一路信號分別進行低通濾波和放大，并加直流偏置，驅動LED燈發(fā)出可見光；
[0012]每一路LED燈發(fā)出的可見光通過對應的起偏器發(fā)送出去。
[0013]本發(fā)明的實施方式還提供了一種可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)的數(shù)據接收方法，包含以下步驟:
[0014]接收端的各檢偏器檢測發(fā)送端發(fā)送的可見光；
[0015]對每一路檢偏器檢測到的可見光，通過光電轉換器轉成電信號；
[0016]對每一路電信號分別放大和低通濾波處理后，進行采樣；
[0017]對采樣的信號進行離線信號處理，分別估計發(fā)送端每一路的發(fā)送信號。
[0018]本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術而言，可見光通信系統(tǒng)采用多個起偏器，以及與起偏器相同數(shù)目的檢偏器，檢偏器與起偏器一一對應，該系統(tǒng)采用LED燈發(fā)出的可見光攜帶需傳送的信息，LED燈與起偏器一一對應，不同LED燈發(fā)出的可見光通過對應的起偏器，得到不同偏振方向的線偏振光，并發(fā)送至接收端；在接收端，檢偏器與對應的起偏器之間的透振方向成預設角度，并且每一個檢偏器檢測出經對應的起偏器發(fā)送的可見光，根據不同探測器檢測到的光強，經過數(shù)字信號處理算法，可以恢復多路發(fā)射信號，從而可以成倍地提高可見光通信系統(tǒng)的數(shù)據傳輸速率。
[0019]另外，所述預設角度為0度，使檢偏器與對應的起偏器之間的透振方向平行，可以使接收端檢測到的可見光信號盡可能強。
[0020]另外，所述發(fā)送端具有2個起偏器，分別為第一起偏器和第二起偏器，所述接收端對應的檢偏器分別為第一檢偏器和第二檢偏器；
[0021]所述第一檢偏器與所述第一起偏器之間的透振方向成第一角度a n，所述第二檢偏器與所述第二起偏器之間的透振方向成第二角度a 22，所述第一檢偏器與所述第二起偏器之間的透振方向成第三角度a 12，所述第二檢偏器與所述第一起偏器之間的透振方向成第四角度 a 21，并且 cos2 a ncos2 a 22 =cos2 a 12cos2 a 21。
[0022]采用2個起偏器和相應的檢偏器進行可見光通信，實現(xiàn)兩路復用，從而可以成倍地提高可見光通信系統(tǒng)的傳輸速率。
[0023]另外,所述a n、a 22的值為0度,所述a 12、a 21的值為90度。兩路起偏器的透振方向正交，并且檢偏器的透振方向與起偏器的透振方向平行，可以簡化計算，從而提高可見光通信系統(tǒng)的信息處理速度，為高速可見光通信奠定基礎。
[0024]另外，所述起偏器和所述檢偏器均為偏振片，無需復雜的分光器等器件即可實現(xiàn)光的分離，從而為高速可見光通信系統(tǒng)的商用打下基礎。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是根據現(xiàn)有技術的光的偏振特性說明示意圖；
[0026]圖2是根據本發(fā)明第一實施方式的可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)的示意圖；[0027]圖3是檢偏器的透振方向與起偏器的透振方向之間的偏離角度α與歸一化透射強度之間的關系示意圖；
[0028]圖4是根據本發(fā)明第二實施方式的可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)的示意圖；
[0029]圖5是兩路可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節(jié)。但是，即使沒有這些技術細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權利要求所要求保護的技術方案。
[0031]本發(fā)明的第一實施方式涉及一種可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)，包含發(fā)送端和接收端，采用LED燈發(fā)出的可見光攜帶需傳送的信息；如圖2所示，發(fā)送端具有至少2個起偏器；LED燈與起偏器一一對應；不同LED燈發(fā)出的可見光通過對應的起偏器，得到不同偏振方向的線偏振光，并發(fā)送至接收端。接收端具有與起偏器相同數(shù)目的檢偏器，檢偏器與起偏器對應；檢偏器與對應的起偏器之間的透振方向成預設角度，并且每一個檢偏器檢測出經對應的起偏器發(fā)送的可見光。通過起偏器，可以使每一個LED燈發(fā)出的可見光攜帶的信息不同，并且在接收端通過檢偏器可以很容易將不同LED燈發(fā)出的可見光進行區(qū)分，從而實現(xiàn)偏振復用，成倍提高可見光通信系統(tǒng)的傳輸速率。
[0032]根據馬呂斯定律(1809)，如果LED燈發(fā)出的可見光的強度為Itl,檢偏器與對應的起偏器之間的透振方向成α角(也就是，檢偏器的透振方向偏離起偏器的透振方向的角度)，在檢偏器之后檢測出的偏振光的強度為I，那么I與Itl之間的關系可用下式表示:
[0033]
【權利要求】
1.一種可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)，包含發(fā)送端和接收端，采用LED燈發(fā)出的可見光攜帶需傳送的信息，其特征在于， 所述發(fā)送端具有至少2個起偏器；所述LED燈與所述起偏器一一對應；不同LED燈發(fā)出的可見光通過對應的起偏器，得到不同偏振方向的線偏振光，并發(fā)送至所述接收端； 所述接收端具有與所述起偏器相同數(shù)目的檢偏器，所述檢偏器與所述起偏器一一對應；所述檢偏器與對應的起偏器之間的透振方向成預設角度，并且每一個檢偏器檢測出經對應的起偏器發(fā)送的可見光。
2.根據權利要求1所述的可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)，其特征在于，所述預設角度為O度。
3.根據權利要求1所述的可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)送端具有2個起偏器，分別為第一起偏器和第二起偏器，所述接收端對應的檢偏器分別為第一檢偏器和第二檢偏器； 所述第一檢偏器與所述第一起偏器之間的透振方向成第一角度a n，所述第二檢偏器與所述第二起偏器之間的透振方向成第二角度a 22，所述第一檢偏器與所述第二起偏器之間的透振方向成第三角度a 12，所述第二檢偏器與所述第一起偏器之間的透振方向成第四角度 a 21,并且 cos2 a ncos2 a 22 ^ cos2 a 12cos2 a 21?
4.根據權利要求3所述的可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)，其特征在于，所述an、Q22的值為0度,所述a 12、a 21的值為90度。
5.根據權利要求1至4任一項所述的可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)，其特征在于，所述起偏器和所述檢偏器均為偏振片。
6.一種可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)的數(shù)據發(fā)送方法，其特征在于，包含以下步驟: 將信號分成至少2路； 對每一路信號分別進行低通濾波和放大，并加直流偏置，驅動LED燈發(fā)出可見光； 每一路LED燈發(fā)出的可見光通過對應的起偏器發(fā)送出去。
7.—種可見光通信中的偏振復用系統(tǒng)的數(shù)據接收方法，其特征在于，包含以下步驟: 接收端的各檢偏器檢測 發(fā)送端發(fā)送的可見光； 對每一路檢偏器檢測到的可見光，通過光電轉換器轉成電信號； 對每一路電信號分別放大和低通濾波處理后，進行采樣； 對采樣的信號進行離線信號處理，分別估計發(fā)送端每一路的發(fā)送信號。
【文檔編號】H04J14/06GK103763029SQ201410005418
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權日:2014年1月6日
【發(fā)明者】遲楠, 王源泉 申請人:南京復實通訊科技有限公司