一种基于反射的可见光通信系统和方法
【专利摘要】一种基于反射的可见光通信系统和方法，涉及基于LED的光通信领域，包括进行双向通信的移动端和接入端，接入端包括第一接收单元和第一发送单元，第一发送单元用于将待发送数据转换为下行光信号发送至移动端，第一接收单元用于接收来自移动端的上行光信号，并转换为相应的电信号；移动端包括第二发送单元、波分复用器、第二接收单元、准直透镜，准直透镜用于聚焦和准直上下行光信号，波分复用器用于滤出下行光信号并透射上行光信号，第二发送单元用于将数据调制到上行波道波长的光上，并利用反射的方式传输至波分复用器，第二接收单元用于将波分复用器滤出的下行光信号转换为电信号。
【专利说明】一种基于反射的可见光通信系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于LED的光通信领域，具体来讲涉及一种基于反射的可见光通信系统和方法。
【背景技术】
[0002]LED (Lighting Emitting D1de)被称为第四代照明光源或绿色光源,在提供室内照明的同时还可应用于无线光通信系统中。
[0003]在兼顾照明和数据通信的条件下，LED同时作为信源和光源，数据从固定布置的LED处向用户广播传输(下行方向)。但在用户数据回传到LED时(上行方向上)，由于收发两端难以准确对准，若移动端上行数据通过LED向上发射，设备会产生大量眩光，固定接入点接收到的上行信号强度低且存在大量的串扰。因此，可见光通信一直缺乏合理实用的上行信道解决方案，限制了其可靠的双向通信。
[0004]为解决这个问题，已有提出多种上行信道方案。例如上行采用红外传输，虽然红外光束有较好的方向性，但仍需要手动或自动对准以保证上行的红外光束对准接收端，这种混合的上下行传输方案仍然复杂且成本高。另一种方案采用wifi等无线技术上行传输，但由于使用了无线技术，这种混合的通信系统失去了可见光通信的信号保密、频谱干扰小的优点。因此，可见光通信的双向传输尤其是上行传输方案是目前实现的难点。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于反射的可见光通信系统和方法，简化了用户终端的硬件设计，减少能源消耗，降低成本，节省接收端光源同时简化信号发射对准机制。
[0006]为达到以上目的，本发明提供一种基于反射的可见光通信系统，包括进行双向通信的移动端和接入端，接入端包括第一接收单元和第一发送单元，第一发送单元用于将待发送数据转换为下行光信号发送至移动端，第一接收单元用于接收来自移动端的上行光信号，并转换为相应的电信号；移动端包括第二发送单元、波分复用器、第二接收单元、准直透镜，准直透镜用于聚焦和准直上下行光信号，波分复用器用于滤出下行光信号并透射上行光信号，第二发送单元用于将数据调制到上行波道波长的光上，并利用反射的方式传输至波分复用器，第二接收单元用于将波分复用器滤出的下行光信号转换为电信号。
[0007]在上述技术方案的基础上，所述移动端位于用户侧的移动设备中，接入端位于建筑中的照明光源处，作为固定接入点。
[0008]在上述技术方案的基础上，所述第一接收单元包括光接收单元和第一数据接收单元，光接收单元用于接收来自移动端的上行光信号，并转换成电信号；第一数据接收单元用于解调电信号，并将解调出的数据送入网络。
[0009]在上述技术方案的基础上，所述第一发送单元包括光发送单元和第一数据发送单元，第一数据发送单元接收来自网络的数据，光发送单元包括LED及其驱动电路，用于将所述数据转换为下行光信号发出。
[0010]在上述技术方案的基础上，所述第二接收单元包括第二数据接收单元和光探测器，光探测器用于探测波分复用器滤出的下行光信号，并转换为电信号输出至第二数据接收单元。
[0011]在上述技术方案的基础上，所述第二发送单元包括第二数据发送单元、反射型光调制器和角反射器，且反射型光调制器位于角反射器的反射面；第二数据发送单元用于发送数据，反射型光调制器用于将第二数据发送单元的数据调制到上行波道波长的光上，角反射器将上行光信号平行反射给波分复用器。
[0012]在上述技术方案的基础上，所述第二发送单元包括第二数据发送单元、透射型光调制器和角反射器，透射型光调制器位于角反射器和波分复用器之间，第二数据发送单元用于发送数据给透射型光调制器，角反射器将波分复用器滤出的上行波道波长的光反射回去，透射型光调制器将数据调制到上行波道波长的光后，形成上行光信号发送给波分复用器。
[0013]在上述技术方案的基础上，所述第二发送单元包括第二数据发送单元、反射型光调制器和聚焦器件，聚焦器件位于反射型光调制器和波分复用器之间，聚焦器件用于将波分复用器滤出的上行波道波长的光聚焦到反射型光调制器，第二数据发送单元用于发送数据给反射型光调制器，反射型光调制器将数据调制到上行波道波长的光后，形成上行光信号经聚焦器件发送给波分复用器。
[0014]本发明还提供一种基于反射的可见光通信方法，下行方向，第一发送单元将待发送数据转换为下行光信号发送至移动端，通过准直透镜传入波分复用器，波分复用器滤出未被调制的上行波道波长的光以及下行光信号，下行光信号发送至第二接收单元，第二接收单元对下行光信号进行光电转换；上行方向，第二发送单元将待传输的数据加载到上行波道波长的光调制成上行光信号，并利用反射的方式传输至波分复用器，波分复用器透射待发送的上行光信号，并通过准直透镜发送至接入端的第一接收单元，第一接收单元对上行光信号进行光电转换后，送入网络。
[0015]本发明的有益效果在于:基于反射的可见光通信系统和方法，仅使用接入端具有单光源，移动端不具有光源，移动端通过将接收光反射并调制上行数据，与接入端之间实现简单可靠的上行通信链路，简化了用户终端的硬件设计，基于波分技术实现了双向不同波长的数据传输；节省接收端光源，减少能源消耗，降低成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明基于反射的可见光通信系统第一实施例的框图；
[0017]图2为本发明可见光光谱的分布示意图；
[0018]图3为本发明移动端第一实施例的结构示意图；
[0019]图4为本发明移动端第二实施例的结构示意图；
[0020]图5为本发明移动端第三实施例的结构示意图。
[0021]附图标记:
[0022]1-接入端，11-第一接收单元，111-光接收单元，112-第一数据接收单元，12-第一发送单元，121-光发送单元，122-第一数据发送单元；
[0023]2-移动端，21-第二发送单元，211-第二数据发送单元，212-光调制器，213-角反射器，214-聚焦器件，22-第二接收单元，221-第二数据接收单元，222-光探测器，23-波分复用器，24-准直透镜；
[0024]100-下行光信号，200-上行光信号。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0026]如图1和图3所示，本发明基于反射的可见光通信系统第一实施例，包括进行双向通信的移动端2和接入端1，移动端2通常位于用户侧的移动设备中，接入端I通常位于建筑中的照明光源等位置，作为固定接入点，且该照明光源可以为LED。
[0027]接入端I包括第一接收单元11和第一发送单元12，第一发送单元12用于将待发送数据转换为下行光信号发送至移动端2，第一接收单元11用于接收来自移动端2的上行光信号200，并转换为相应的电信号。具体的，第一接收单元11包括光接收单元111和第一数据接收单元112，光接收单元111包括光电转换电路，用于接收所述上行光信号200，进行光电转换后成为电信号；第一数据接收单元112用于解调转换后的电信号，并将解调出的数据送入网络。所述第一发送单元12包括相连的光发送单元121和第一数据发送单元122，第一数据发送单元122连接到网络，接收来自网络的数据，光发送单元121包括LED及其驱动电路，用于将所述数据转换为下行光信号100发出。
[0028]移动端2包括第二发送单元21、第二接收单元22、波分复用器23、准直透镜24，准直透镜24用于聚焦和准直上下行光信号，波分复用器用于滤出下行光信号100，并透射上行光信号200，即滤出上行波道波长的光；第二发送单元21用于将数据调制成上行光信号200，并利用反射的方式传输至波分复用器23，第二接收单22元用于将波分复用器23滤出的下行光信号100进行光电转换，转换为电信号。具体的，本实施例中，所述第二发送单元21包括第二数据发送单元211、光调制器212和角反射器213，且光调制器212为反射型光调制器，位于角反射器213的反射面；第二数据发送单元211用于发送数据，反射型光调制器用于控制光路通断，将第二数据发送单元211的数据调制到上行波道光上变成上行光信号200，角反射器213将上行光信号200平行反射到波分复用器23。所述第二接收单元22包括第二数据接收单元221和光探测器222，光探测器222用于探测波分复用器23滤出的下行光信号100，并转换为电信号输出至第二数据接收单元221。
[0029]上述系统中，基于反射的可见光通信方法如下:
[0030]下行方向，第一发送单元12将待发送数据转换为下行光信号100发送至移动端2，通过准直透镜24传入波分复用器23，波分复用器23滤出未被调制的上行波道波长的光以及下行光信号100，并发送至第二接收单元22，第二接收单元22对下行光信号100进行光电转换；
[0031]上行方向，第二发送单元21将待传输的数据加载到上行波道波长的光上，调制成上行光信号200，并利用反射的方式传输至波分复用器23，波分复用器23透射待发送的上行光信号200，并通过准直透镜24发送至接入端I的第一接收单元11，第一接收单元11对上行光信号200进行光电转换后，将转换后的数据送入网络。
[0032]如图2所示，本发明基于LED的可见光光谱分布，具体原理为:可见光光谱分为下行波道和上行波道，上、下行数据分别占用不同的波道，两者之间互不干扰。从接入端发送的下行光信号100，仅在下行波道调制下行数据，上行波道未加调制。波分复用器23对下行光信号100进行滤波，使加载下行数据的下行波道分离到光探测器222，而未被调制的上行波道透射，经角反射器213反射、反射型光调制器调制后，加载上行数据，变成了上行光信号200，再透射经过波分复用器23和准直透镜24后，传入接入端I。
[0033]第二实施例:
[0034]本实施例中基于反射的可见光通信系统与第一实施例大致相同，区别之处在于移动端2的结构设置。如图4所示，本实施例中所述第二发送单元21包括第二数据发送单元211、光调制器212和角反射器213，并且光调制器212为透射型光调制器，位于角反射器213和波分复用器23之间。第二数据发送单元21发送数据给透射型光调制器，角反射器213将波分复用器23滤出的上行波道波长的光反射回去，透射型光调制器将数据调制到上行波道波长的光后，形成上行光信号200发送给波分复用器23 ;本实施例中其他方式与第一实施例相同，此处不再赘述。
[0035]第三实施例:
[0036]本实施例中基于反射的可见光通信系统与前两个实施例大致相同，区别之处在于移动端2的结构设置。如图5所示，所述第二发送单元21包括第二数据发送单元211、光调制器212和聚焦器件214，并且光调制器212为反射型光调制器，聚焦器件214位于反射型光调制器和波分复用器23之间，聚焦器件214将波分复用器23滤出的上行波道波长的光聚焦到反射型光调制器，第二数据发送单元21发送数据给反射型光调制器，反射型光调制器将数据调制到上行波道波长的光后，形成上行光信号200经聚焦器件214发送给波分复用器23 ;其余方式与第一实施例相同，此处不再赘述。
[0037]本发明不局限于上述实施方式，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种基于反射的可见光通信系统，包括进行双向通信的移动端和接入端，其特征在于: 接入端包括第一接收单元和第一发送单元，第一发送单元用于将待发送数据转换为下行光信号发送至移动端，第一接收单元用于接收来自移动端的上行光信号，并转换为相应的电信号； 移动端包括第二发送单元、波分复用器、第二接收单元、准直透镜，准直透镜用于聚焦和准直上下行光信号，波分复用器用于滤出下行光信号并透射上行光信号，第二发送单元用于将数据调制到上行波道波长的光上，并利用反射的方式传输至波分复用器，第二接收单元用于将波分复用器滤出的下行光信号转换为电信号。
2.如权利要求1所述基于反射的可见光通信系统，其特征在于:所述移动端位于用户侧的移动设备中，接入端位于建筑中的照明光源处，作为固定接入点。
3.如权利要求1所述基于反射的可见光通信系统，其特征在于:所述第一接收单元包括光接收单元和第一数据接收单元，光接收单元用于接收来自移动端的上行光信号，并转换成电信号；第一数据接收单元用于解调电信号，并将解调出的数据送入网络。
4.如权利要求1所述基于反射的可见光通信系统，其特征在于:所述第一发送单元包括光发送单元和第一数据发送单元，第一数据发送单元接收来自网络的数据，光发送单元包括LED及其驱动电路，用于将所述数据转换为下行光信号发出。
5.如权利要求1所述基于反射的可见光通信系统，其特征在于:所述第二接收单元包括第二数据接收单元和光探测器，光探测器用于探测波分复用器滤出的下行光信号，并转换为电信号输出至第二数据接收单元。
6.如权利要求1所述基于反射的可见光通信系统，其特征在于:所述第二发送单元包括第二数据发送单元、反射型光调制器和角反射器，且反射型光调制器位于角反射器的反射面；第二数据发送单元用于发送数据，反射型光调制器用于将第二数据发送单元的数据调制到上行波道波长的光上，角反射器将上行光信号平行反射给波分复用器。
7.如权利要求1所述基于反射的可见光通信系统，其特征在于:所述第二发送单元包括第二数据发送单元、透射型光调制器和角反射器，透射型光调制器位于角反射器和波分复用器之间，第二数据发送单元用于发送数据给透射型光调制器，角反射器将波分复用器滤出的上行波道波长的光反射回去，透射型光调制器将数据调制到上行波道波长的光后，形成上行光信号发送给波分复用器。
8.如权利要求1所述基于反射的可见光通信系统，其特征在于:所述第二发送单元包括第二数据发送单元、反射型光调制器和聚焦器件，聚焦器件位于反射型光调制器和波分复用器之间，聚焦器件用于将波分复用器滤出的上行波道波长的光聚焦到反射型光调制器，第二数据发送单元用于发送数据给反射型光调制器，反射型光调制器将数据调制到上行波道波长的光后，形成上行光信号经聚焦器件发送给波分复用器。
9.一种基于权利要求1所述系统的基于反射的可见光通信方法，其特征在于: 下行方向，第一发送单元将待发送数据转换为下行光信号发送至移动端，通过准直透镜传入波分复用器，波分复用器滤出未被调制的上行波道波长的光以及下行光信号，下行光信号发送至第二接收单元，第二接收单元对下行光信号进行光电转换； 上行方向，第二发送单元将待传输的数据加载到上行波道波长的光调制成上行光信号，并利用反射的方式传输至波分复用器，波分复用器透射待发送的上行光信号，并通过准直透镜发送至接入端的第一接收单元，第一接收单元对上行光信号进行光电转换后，送入网络。
【文档编号】H04B10/116GK104270196SQ201410582633
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】刘武, 杨超, 杨奇 申请人:武汉邮电科学研究院