一種可見光通信雙向語音對(duì)講系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種可見光通信雙向語音對(duì)講系統(tǒng)，其包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端包括依次連接的音頻編碼模塊、功分器、調(diào)制模塊、第一LED驅(qū)動(dòng)模塊和LED陣列；接收端包括依次連接的PD陣列、第二LED驅(qū)動(dòng)模塊、RSSI指示電路、解調(diào)模塊和音頻解碼模塊。本實(shí)用新型中，LED陣列中的各LED燈和PD陣列中的各PD均分別等角度分開并在水平面上均勻分布，可彌補(bǔ)可見光通信繞射能力差的不足。使用時(shí)，將通信A端的LED陣列與通信B端的PD陣列相對(duì)，通信A端的PD陣列與通信B端的LED陣列相對(duì)，這樣，通過通信A、B兩端的PD陣列和LED陣列能實(shí)現(xiàn)收發(fā)兩端在非視距場景下的正常通信，滿足通信雙方非視距場景下語音對(duì)講功能。
【專利說明】
一種可見光通信雙向語音對(duì)講系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及可見光通信技術(shù)，特別涉及一種可見光語音通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，各種新內(nèi)容新應(yīng)用噴泉式涌現(xiàn)，智能移動(dòng)終端風(fēng)靡全球，移動(dòng)用戶數(shù)量與數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆炸式增長。射頻通信將面臨嚴(yán)重的頻譜緊缺，因而急需開拓新頻譜以從根本上解決超大容量通信需求與頻譜危機(jī)的矛盾。可見光通信相對(duì)于射頻通信具有獨(dú)特的優(yōu)勢，首先，可見光信號(hào)的區(qū)域覆蓋和定向傳輸可允許相鄰光束交叉通過而互不影響，從而最小化互干擾，但相鄰射頻信號(hào)之間互干擾會(huì)嚴(yán)重制約通信系統(tǒng)的性能;其次，可見光不能穿透墻壁，保障了通信的安全性和私密性，而RF信號(hào)易被截獲和監(jiān)聽；另外，與傳統(tǒng)射頻通信及自由空間激光通信相比，可見光可結(jié)合廣泛普及密集覆蓋的LED照明設(shè)施場所，實(shí)現(xiàn)泛在覆蓋綠色通信，提供百M(fèi)bps甚至Gbps的無線光通信速率，且無需布設(shè)射頻基站，消除對(duì)用戶健康隱患、電磁干擾等方面的困擾，因此在對(duì)電磁信號(hào)敏感的醫(yī)院或飛機(jī)上可以自由使用該系統(tǒng)?？梢姽馔ㄐ啪哂械吞肌h(huán)保、無害等特點(diǎn)，可開拓豐富的光譜資源，為新一代大容量移動(dòng)通信系統(tǒng)提供解決方案。
[0003]可見光通信在一些特殊對(duì)于電磁敏感的場合有廣泛的應(yīng)用，如礦井下，機(jī)艙，醫(yī)院等。其抗干擾能力強(qiáng)，保密性能好等優(yōu)點(diǎn)?；贚ED可見光通信具有轉(zhuǎn)化效率高、節(jié)能省電、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)LED作為半導(dǎo)體器件具有高速調(diào)制特性，其發(fā)光強(qiáng)度能夠隨著輸入電流的變化和高速變化，兼具照明和通信的功能。在頻譜日益緊張的當(dāng)下，可見光通信成為補(bǔ)充射頻通信有效的手段之一。
[0004]多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output，ΜΙΜ0)技術(shù)在射頻通信系統(tǒng)中，能在不增加帶寬和發(fā)射功率的情況下大幅提高信道容量，能通過分集提高傳輸可靠性和復(fù)用技術(shù)提高傳輸速率。將MIMO技術(shù)應(yīng)用與可見光通信系統(tǒng)中，充分利用LED陣列多光源的特點(diǎn)，復(fù)用空間維度，獲得更大的系統(tǒng)容量，如果發(fā)射端LED陣列發(fā)送相同光信號(hào)，可以明顯提尚系統(tǒng)可靠性。
[0005]但是，可見光通信通信無法替代射頻通信，其存在以下缺點(diǎn):首先，可見光沿直線傳播，其繞射能力很差，大部分只能在視距場景下通信，在非視距場景下無法正常通信。此外，電磁波在自由空間中衰減速率與其頻率的二次方成反比，可見光由于頻率高，衰減速度快，無法實(shí)現(xiàn)較長距離的通信，這些大大限制了其應(yīng)用。目前大部分基于可見光通信的成果為下行鏈路的單向通信，少有雙向的可見光通信設(shè)備，而在大部分通信場景中，雙向通信是必不可少的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]為了解決以上問題，本實(shí)用新型提供一種可在非視距場景下正常通信的可見光雙向語首對(duì)講系統(tǒng)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采用下述的技術(shù)方案:
[0008]—種可見光通信雙向語音對(duì)講系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端包括依次連接的音頻編碼模塊、功分器、調(diào)制模塊、第一LED驅(qū)動(dòng)模塊和LED陣列;接收端包括依次連接的PD陣列、第二 LED驅(qū)動(dòng)模塊、RSSI指示電路、解調(diào)模塊和音頻解碼模塊;所述LED陣列中的各LED燈之間等角度分開并在水平面上均勻分布，所述H)陣列中的各PD之間也等角度分開并在水平面上均勻分布。
[0009]所述各LED燈外均安裝有LED聚光杯，所述各H)的前端均加有非球面準(zhǔn)直透鏡。
[0010]所述LED陣列中的LED燈有三個(gè);所述功分器的輸出分為三條支路，每條支路依次連接有FM調(diào)制模塊、跨導(dǎo)放大模塊、T型偏置器和一個(gè)所述LED燈。
[0011]采用上述方案后，本實(shí)用新型的一種可見光通信雙向語音對(duì)講系統(tǒng)，LED陣列中的各LED燈之間等角度分開并在水平面上均勻分布，使得LED燈光能覆蓋更大空間范圍，同時(shí)又保證通信距離;PD陣列中的各PD之間也等角度分開并在水平面上均勻分布，可以接收不同角度過來的LED燈光，彌補(bǔ)可見光通信繞射能力差的不足。使用時(shí)，將通信A端的LED陣列與通信B端的PD陣列相對(duì)，通信A端的H)陣列與通信B端的LED陣列相對(duì)，這樣，通過通信A、B兩端的PD陣列和LED陣列能實(shí)現(xiàn)收發(fā)兩端在非視距場景下的正常通信，滿足通信雙方非視距場景下語音對(duì)講功能。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖。
[0013]圖2為本實(shí)用新型中LED陣列和H)陣列的排列方式示意圖。
[0014]圖3為本實(shí)用新型的使用狀態(tài)示意圖。
[0015]圖4為本實(shí)用新型中發(fā)射端的結(jié)構(gòu)示意框圖(省略音頻編碼模塊)。
[0016]圖5為本實(shí)用新型中接收端的結(jié)構(gòu)示意框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。
[0018]本實(shí)用新型的一種可見光通信雙向語音對(duì)講系統(tǒng)，如I所示，包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端包括依次連接的音頻編碼模塊11、功分器12、調(diào)制模塊13、第一LED驅(qū)動(dòng)模塊14和LED陣列15;接收端包括依次連接的H)陣列21、第二 LED驅(qū)動(dòng)模塊22、RSSI指示電路23、解調(diào)模塊24和音頻解碼模塊25。
[0019]音頻編碼模塊11采用WM8960，包括放大模塊、麥克風(fēng)和耳機(jī)接口；麥克風(fēng)輸入模擬語音信息經(jīng)過放大器ADC采樣后進(jìn)行音頻編碼。
[0020]結(jié)合圖2所示，LED陣列15具有三個(gè)LED燈，此三個(gè)LED燈外分別安裝有LED聚光杯(圖中未示出)，用以增加系統(tǒng)通信距離，且LED陣列15的三個(gè)LED燈之間的等角度分開，并在水平面上均勻分布，使得LED燈光能覆蓋更大空間范圍，同時(shí)又保證通信距離。
[0021]ro陣列21由3個(gè)PD(光電二極管)構(gòu)成，每個(gè)ro等角度在水平面內(nèi)均勻分布，可以接收不同角度過來的LED燈光，彌補(bǔ)可見光通信繞射能力差的不足，為了增大接收功率，可在每個(gè)ro前端加上非球面準(zhǔn)直透鏡。
[0022]結(jié)合圖4所示，輸入的語音信號(hào)經(jīng)過音頻編解碼模塊11進(jìn)行非失真放大，成為數(shù)字基帶信號(hào)后通過功分器12分為三條支路，每條支路的語音信號(hào)分別通過FM調(diào)制模塊131獨(dú)立進(jìn)行FM調(diào)制，將載頻調(diào)制到高于20kHz，經(jīng)過調(diào)制后的信號(hào)分別通過各自的驅(qū)動(dòng)電路(跨導(dǎo)放大模塊141和T型偏置器142)將電信號(hào)分別加載在LED燈151中，實(shí)現(xiàn)將語音信號(hào)加載到光信號(hào)上面。
[0023]結(jié)合圖5所示，光信號(hào)進(jìn)入接收端的PD陣列21，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，由于PD陣列21中各個(gè)ro 211的接收方向不同，每個(gè)PD 211接收的光強(qiáng)不一致，各個(gè)PD 211轉(zhuǎn)化的電信號(hào)通過LED驅(qū)動(dòng)模塊22進(jìn)行放大處理后，再通過RSSI (Received Signal StrengthIndicator，接收信號(hào)強(qiáng)度指示器)指示電路23判斷接收端信號(hào)強(qiáng)度，將多個(gè)H) 211接收到的多路信號(hào)通過RSSI指示電路23，獲取每個(gè)H)獲得信號(hào)的強(qiáng)度。此時(shí)的接收信號(hào)較弱，在進(jìn)入解調(diào)模塊24之前先通過放大模塊26對(duì)獲取的信號(hào)進(jìn)行放大，最后通過音頻解碼模塊25進(jìn)行解碼和放大將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為語音信號(hào)輸出，最后通過耳機(jī)播放音頻信號(hào)。
[0024]如圖3所示，通信A端和通信B端兩個(gè)通信終端分別封裝在相同規(guī)格的長方體盒子中，由3.5V蓄電池為其供電，系統(tǒng)在滿足非視距場景通信下，LED陣列15和H)陣列21中LED燈的個(gè)數(shù)和H)的個(gè)數(shù)均為3個(gè)，LED陣列15中每個(gè)LED燈都安裝有聚光杯，H)陣列21中每個(gè)H)的前端都加上非球面準(zhǔn)直透鏡，大大提高通信距離。
[0025]由于可見光繞射能力弱，基本無法實(shí)現(xiàn)非視距場景下通信，本實(shí)用新型采用MMO技術(shù)，收發(fā)雙方的多個(gè)LED燈和H)采用如圖2所示的排列方式，將LED燈與H)在水平面內(nèi)按一定的角度均勻分開排列，在發(fā)射端可以發(fā)射更大角度的光信號(hào)，接收端能夠接受更大角度的信號(hào)，這樣即使在通信A端和通過B端在非視距場景下仍然能滿足正常通信，克服了可見光通信的主要缺陷。
[0026]本實(shí)用新型將射頻通信MMO技術(shù)應(yīng)用在可見光通信中，通信A端和通信B端均由多個(gè)LED燈和多個(gè)PD構(gòu)成，多個(gè)LED燈和PD分別構(gòu)成通信兩端的收發(fā)陣列，實(shí)現(xiàn)基于MMO技術(shù)可見光語音通信系統(tǒng)。在本實(shí)用新型中，每個(gè)支路，每個(gè)LED燈發(fā)射相同的語音信號(hào)。
[0027]本實(shí)用新型中，音頻編碼模塊11和音頻解碼模塊25可采用一個(gè)共用的音頻編解碼模塊，此音頻編解碼模塊中的話筒和耳機(jī)為系統(tǒng)輸入輸出端口，其余為信號(hào)處理模塊。本實(shí)用新型將發(fā)射端和接收端的信號(hào)處理部分集成在相同規(guī)格的PCB板上，由3.5V蓄電池分布為其供電，裝置便于攜帶。
[0028]如圖3所示，信號(hào)處理模塊封裝在長方體盒子3中，長方體盒子3的側(cè)邊沿留有控制LED陣列和H)陣列的兩個(gè)開關(guān)41、42，兩個(gè)開關(guān)41、42由黑色和紅色顏色加以區(qū)別。本實(shí)用新型中，兩個(gè)開關(guān)41、42分別控制LED陣列和PD陣列的工作狀態(tài)，當(dāng)只需要單向通信時(shí)可將通信A端和將通信B端各自關(guān)閉一個(gè)不同的開關(guān)，即，一個(gè)僅開通發(fā)射功能，另一個(gè)僅開通接收功能，以達(dá)到節(jié)能的目的。例如，當(dāng)通信A端和通信B端各打開一個(gè)顏色不同的開關(guān)時(shí)(一個(gè)開通僅發(fā)射功能，另一個(gè)僅開通接收功能)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單向語音通信，用于教學(xué)，演示等；當(dāng)通信A端和通信B端黑色和紅色兩個(gè)開關(guān)同時(shí)打開，則通信A端和通信B端的發(fā)射和接收功能均開通，能實(shí)現(xiàn)語音對(duì)講通信。
[0029]本實(shí)用新型通過FM調(diào)制將語音信號(hào)調(diào)制到20kHz，由于其它光源，自然光，不可見光等背景光源的干擾，需要對(duì)這部分光源產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行去除。由于背景光的光強(qiáng)變化緩慢，相對(duì)于快速變化的調(diào)制光信號(hào)而言，大部分干擾屬于低頻干擾，其范圍在O?12kHz之間，通過FM調(diào)制，將其頻率調(diào)制到高頻20kHz，在接收端，由一個(gè)高通濾波器進(jìn)行濾波，便可將背景噪聲濾除。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可見光通信雙向語音對(duì)講系統(tǒng)，其特征在于:包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端包括依次連接的音頻編碼模塊、功分器、調(diào)制模塊、第一LED驅(qū)動(dòng)模塊和LED陣列;接收端包括依次連接的PD陣列、第二 LED驅(qū)動(dòng)模塊、RSSI指示電路、解調(diào)模塊和音頻解碼模塊;所述LED陣列中的各LED燈之間等角度分開并在水平面上均勻分布，所述PD陣列中的各H)之間也等角度分開并在水平面上均勻分布。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可見光通信雙向語音對(duì)講系統(tǒng)，其特征在于:所述各LED燈外均安裝有LED聚光杯，所述各H)的前端均加有非球面準(zhǔn)直透鏡。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種可見光通信雙向語音對(duì)講系統(tǒng)，其特征在于:所述LED陣列中的LED燈有三個(gè);所述功分器的輸出分為三條支路，每條支路依次連接有FM調(diào)制模塊、跨導(dǎo)放大模塊、T型偏置器和一個(gè)所述LED燈。
【文檔編號(hào)】H04B10/112GK205430245SQ201620105194
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年2月2日
【發(fā)明人】李藝偉, 湯璇, 林邦姜, 張士灝
【申請(qǐng)人】泉州裝備制造研究所