可見光通信系統(tǒng)及l(fā)ed非線性對(duì)其性能影響分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及可見光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于頻率調(diào)制的可見光通信系統(tǒng) 及LED非線性對(duì)其性能影響分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，被譽(yù)為"綠色照明"的半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展迅猛，尤其白光LED吸引了人 們?cè)絹?lái)越多的注意，他們被譽(yù)為下一代照明光源。可見光通信技術(shù)就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起 來(lái)新興無(wú)線通信技術(shù)。白光LED具有使用壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保、安全、不受頻譜限制等優(yōu)點(diǎn)，調(diào) 制速率高等優(yōu)點(diǎn)?？梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)是利用發(fā)光二極管的快速調(diào)制特性，將信號(hào)調(diào)制到LED 上進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。LED的光強(qiáng)度會(huì)隨著信號(hào)的改變而改變，在接收端利用光電探測(cè)器 將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在實(shí)現(xiàn)照明的同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息的通信。可見光通信分為室 內(nèi)可見光通信和室外可見光通信。在可見光通信研究中，為了提高系統(tǒng)的傳輸性能，引入了 很多調(diào)制技術(shù)到可見光通信系統(tǒng)中。
[0003] 可見光通信系統(tǒng)大多采用光強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)系統(tǒng)。目前提出的可見光調(diào)制方 式有開關(guān)鍵控（00K)、脈沖位置調(diào)制（PPM)、脈沖寬度調(diào)制（PWM)、正交頻分復(fù)用（0FDM)等方 式，大部分是數(shù)字調(diào)制方式，還有少數(shù)研究的幅度調(diào)制，頻率調(diào)制等模擬調(diào)制方式。對(duì)比模 擬調(diào)制系統(tǒng)，數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制方式復(fù)雜，設(shè)備昂貴，在模擬和數(shù)字調(diào)制都可以滿足通信速 率需求的情況下，模擬通信系統(tǒng)是更好的選擇。頻率調(diào)制（Frequency Modulation，F(xiàn)M) - 種以載波的瞬時(shí)頻率變化來(lái)表示信息的調(diào)制方式，抗噪性能好，被人們廣泛應(yīng)用。
[0004] 在可見光通信的研究中，很多因素都可以影響通信系統(tǒng)的性能，LED的非線性是 其中的一個(gè)重要因素，即輸出光功率和輸入調(diào)制電流的關(guān)系不是線性的，這就會(huì)造成接收 端信號(hào)的失真，包括互調(diào)失真和諧波失真。非線性對(duì)數(shù)字調(diào)制方式比如0FDM調(diào)制方式和 DMT調(diào)制方式的影響已經(jīng)有很多研究。在基于可見光通信的語(yǔ)音廣播通信系統(tǒng)中，頻率調(diào) 制（FM)方式已被人們提及和應(yīng)用，但是基于FM調(diào)制方式的可見光通信系統(tǒng)的性能還未被 深入研究，目前尚無(wú)針對(duì)LED非線性對(duì)FM調(diào)制方式影響的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理 解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān) 鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念， 以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0006] 本發(fā)明提供一種用于分析LED非線性對(duì)基于頻率調(diào)制的可見光通信系統(tǒng)性能影 響的可見光通信系統(tǒng)及LED非線性對(duì)其性能影響分析方法。
[0007] 本發(fā)明提供一種基于頻率調(diào)制的可見光通信系統(tǒng)，包括：
[0008] FM調(diào)制模塊，用于將接收的第一模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為調(diào)頻信號(hào)并輸出；
[0009] 驅(qū)動(dòng)模塊，與所述FM調(diào)制模塊通信連接、與LED光源連接，用于接收所述調(diào)頻信號(hào) 并加載至所述LED光源；
[0010] LED光源，用于接收所述調(diào)頻信號(hào)，發(fā)出光信號(hào)；
[0011] 光電探測(cè)器，用于檢測(cè)接收所述LED光源發(fā)出的光信號(hào)，并將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)換為 電信號(hào)并輸出；
[0012] FM解調(diào)模塊，與所述光電探測(cè)器連接，用于將所述光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行 放大、濾波和解調(diào)，得到第二模擬信號(hào)并輸出。
[0013] 本發(fā)明還提供一種LED非線性對(duì)所述可見光通信系統(tǒng)的性能影響分析方法，包 括：
[0014] 根據(jù)所述LED光源的驅(qū)動(dòng)電流和輸出光功率之間的非線性關(guān)系計(jì)算出所述可見 光通信系統(tǒng)的第一載噪比和第一信噪比；
[0015] 根據(jù)所述LED光源的驅(qū)動(dòng)電流和輸出光功率之間的理論線性關(guān)系計(jì)算出所述可 見光通信系統(tǒng)的第二載噪比和第二信噪比；
[0016] 對(duì)比所述第一載噪比和所述第二載噪比、所述第一信噪比和所述第二信噪比，得 到LED非線性對(duì)所述可見光通信系統(tǒng)的性能影響分析結(jié)果。
[0017] 本發(fā)明提供的可見光通信系統(tǒng)及LED非線性對(duì)其性能影響分析方法分別通過LED 光源的驅(qū)動(dòng)電流和輸出光功率之間的非線性關(guān)系和理論線性關(guān)系計(jì)算出基于頻率調(diào)制的 可見光通信系統(tǒng)中非線性的第一載噪比、第一信噪比和理論線性的第二載噪比和第二信噪 比，并分別對(duì)比第一載噪比和第二載噪比、第一信噪比和第二信噪比，從而得到LED非線性 對(duì)基于頻率調(diào)制的可見光通信系統(tǒng)的性能影響分析結(jié)果。本發(fā)明提供的可見光通信系統(tǒng)采 用頻率調(diào)制方式，相比較于數(shù)字調(diào)制方式，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、節(jié)省資源等優(yōu)點(diǎn)，且頻 率調(diào)制方式受LED非線性影響小，從而提高了可見光通信系統(tǒng)性能；本發(fā)明提供的LED非線 性對(duì)所述可見光通信系統(tǒng)的性能影響分析方法首次提出了 LED非線性對(duì)基于頻率調(diào)制的 可見光通信系統(tǒng)的影響分析方法，使得頻率調(diào)制應(yīng)用在可見光通信系統(tǒng)短距離傳輸有了理 論依據(jù)和具體性能評(píng)價(jià)。
【附圖說明】
[0018] 參照下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的說明，會(huì)更加容易地理解本發(fā)明的以上和其 它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。附圖中的部件只是為了示出本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的或類似 的技術(shù)特征或部件將采用相同或類似的附圖標(biāo)記來(lái)表示。
[0019] 圖1為本發(fā)明基于頻率調(diào)制的可見光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2為所述可見光通信系統(tǒng)中LED光源的驅(qū)動(dòng)電流和輸出光功率之間的非線性關(guān) 系和理論線性關(guān)系示意圖。
[0021] 圖3為本發(fā)明LED非線性對(duì)可見光通信系統(tǒng)的性能影響分析方法的流程圖。
[0022] 圖4為本發(fā)明LED非線性對(duì)可見光通信系統(tǒng)的性能影響分析方法步驟S30的流程 圖。
[0023] 圖5為本發(fā)明LED非線性對(duì)可見光通信系統(tǒng)的性能影響分析方法步驟S50的流程 圖。
[0024] 圖6為本發(fā)明LED非線性對(duì)可見光通信系統(tǒng)的性能影響分析方法步驟S70中，第 一載噪比和第二載噪比、第一信噪比和第二信噪比的對(duì)比示意圖。
[0025] 附圖標(biāo)記說明：
[0026] 10 FM調(diào)制模塊
[0027] 20驅(qū)動(dòng)模塊
[0028] 30 LED 光源
[0029] 40光電探測(cè)器
[0030] 50 FM解調(diào)模塊
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面參照附圖來(lái)說明本發(fā)明的實(shí)施例。在本發(fā)明的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描 述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng) 當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無(wú)關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知 的部件和處理的表示和描述。
[0032] 圖1為本發(fā)明基于頻率調(diào)制的可見光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 如圖1所示，在本實(shí)施例中，本發(fā)明基于頻率調(diào)制的可見光通信系統(tǒng)包括：
[0034] FM調(diào)制模塊10,用于將接收的第一模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為調(diào)頻信號(hào)并輸出；
[0035] 驅(qū)動(dòng)模塊20,與FM調(diào)制模塊10通信連接、與LED光源30連接，用于接收所述調(diào)頻 信號(hào)并加載至LED光源30;
[0036] LED光源30,用于接收所述調(diào)頻信號(hào)，發(fā)出光信號(hào)；
[0037] 光電探測(cè)器40,用于檢測(cè)接收LED光源30發(fā)出的光信號(hào)，并將所述光信號(hào)轉(zhuǎn)換為 電信號(hào)并輸出；
[0038] FM解調(diào)模塊50,與光電探測(cè)器40連接，用于將光電探測(cè)器40輸出的電信號(hào)進(jìn)行 放大、濾波和解調(diào)，得到第二模擬信號(hào)并輸出。
[0039] 優(yōu)選地，F(xiàn)M解調(diào)模塊50包括：
[0040] 放大電路單元501，與光電探測(cè)器40連接，用于對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行放大；
[0041] 濾波電路單元503,與放大電路單元501連接，用于對(duì)放大后的電信號(hào)進(jìn)行濾波；
[0042] FM解調(diào)單元505,與濾波電路單元503連接，用于對(duì)濾波后的電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得 到第二模擬信號(hào)并輸出。
[0043] 圖2為所述可見光通信系統(tǒng)中LED光源的驅(qū)動(dòng)電流和輸出光功率之間的非線性關(guān) 系和理論線性關(guān)系示意圖。
[0044] 如圖2所示，曲線6為L(zhǎng)ED光源30的驅(qū)動(dòng)電流和輸出光功率的理論線性關(guān)系，曲 線7為根據(jù)實(shí)際測(cè)量的LED光源30的驅(qū)動(dòng)電流和輸出光功率擬合得到的非線性關(guān)系。
[0045] 根據(jù)相關(guān)的研究，LED光源30的驅(qū)動(dòng)電流和輸出光功率之間的非線性關(guān)系可用多 項(xiàng)式表達(dá)：
[0046]
⑴
[0047] 其中，⑴為輸出光功率，I⑴為驅(qū)動(dòng)電流，IDC為直流偏置信號(hào)，b n為第n次諧 波的系數(shù)。
[0048]圖3為本發(fā)明LED非線性對(duì)可見光通信系統(tǒng)的性能影響分析方法的流程圖。
[0049] 如圖3所示，在本實(shí)施例中，本發(fā)明LED非線性對(duì)可見光通信系統(tǒng)的性能影響分析 方法包括：
[0050] S30 :根據(jù)所述LED光源的驅(qū)動(dòng)電流和輸出光功率之間的非線性關(guān)系計(jì)算出所述 可見光通信系統(tǒng)的第一載噪比和第一信噪比；
[0051] S50:根據(jù)所述LED光源的驅(qū)動(dòng)電流和輸出光功率之間的理論線性關(guān)系計(jì)算出所 述可見光通信系統(tǒng)的第二載噪比和第二信噪比；
[0052] S70:對(duì)比所述第一載噪比和所述第二載噪比、所述第一信噪比和所述第二信噪 比，得到LED非線性對(duì)所述可見光通信系統(tǒng)的性能影響分析結(jié)果。
[0053] 圖4為本發(fā)明LED非線性對(duì)可見光通信系統(tǒng)的性能影響分析方法步驟S30的流程 圖。
[0054] 如圖4所示，優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，步驟S30包括：
[0055] S301 :根據(jù)所述LED光源的驅(qū)動(dòng)電流和輸出光功率之間的非線性關(guān)系和驅(qū)動(dòng)電流 計(jì)算出第一輸出光功率；
[0056] S303 :根據(jù)所述第一輸出光功率計(jì)算出所述光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的第一電信號(hào)；
[0057] S305:計(jì)算出第一熱噪聲，并根據(jù)所述第一輸出光功率計(jì)算出第一散粒噪聲；
[0058] S307:根據(jù)所述第一電信號(hào)和所述第一散粒噪聲計(jì)算出所述第一載噪比和所述第 一信噪比。
[0059] 優(yōu)選地，