面向可见光通信的硅基InGaN/GaN多量子阱波导定向耦合器光子集成芯片

利用可见光信号作为新型信息载体的光通信技术近些年来得到长足发展,为了开发新一代光子集成芯片作为可见光通信网络的终端器件,满足可见光信号发射、接收、传输与处理的复合需求,该文基于硅基InGaN/GaN多量子阱材料,设计了一种集成可见光波段微型发光二极管(LED)光源、波导定向耦合器、微型光电探测器于一体的光子集成芯片。该芯片利用InGaN/GaN多量子阱材料的发光探测共存现象,实现了上述复合功能。微型LED光源作为发射端,可以发射出蓝色波段的可见光信号,其发光强度受到注入电流的线性调制,可实现调幅可见光通信,适合作为可见光通信的发射端。微型LED光源发射的可见光信号传输进入波导定向耦合器,实现了片内有效传输耦合和光功率平均分配。经过耦合传输的可见光信号进入微型光电探测器,可以监测到与耦合传输的光信号强度相匹配的光电流。最后,可见光通信测试也表明该芯片可实现有效的可见光通信。该研究为发展面向可见光通信网络需求的复合功能光子集成芯片终端提供了更多可能性。     

室内可见光通信光功率分布的实验研究

室内可见光通信技术是基于白光LED（发光二极管）照明光源的无线光通信技术,在机场、医院等严格限制电磁干扰的场合可替代射频通信,应用前景广阔。鉴于室内可见光在传输过程中墙壁反射引起的多径效应对信号传输质量的影响,本文在4.0m×4.0m×2.8m的房间内测量了室内可见光系统光源的光功率分布,结果表明光源的光信号经墙壁反射,会造成严重的多径效应,从而产生码间干扰。本文对室内可见光功率分布的仿真研究进行了实验验证,实验结果与理论仿真研究基本吻合。     

基于LED的可见光短距音频通信系统设计

文章研究了基于LED的可见光短距音频通信系统设计,发射端采用S9014多级放大及调制,接收端采用光电PIN管检测光亮变化,TDA2030前置放大后,RC二阶低通滤波器对信号进行解调,采用LM386设计音频信号放大器,测试结果表明,系统可以实现短距音频可见光传输。     

多光源可见光通信关键技术

可见光通信技术主要基于发光二极管（light emitting diode,LED），依托现有照明网络基础设施完成信息传输与组网。针对室内多灯照明场景，研究了照明约束下的星座图优化与功率资源优化；并结合光学智能反射表面，动态调控反射信道，以提升系统传输数据率与覆盖范围。同时，通过初步研究，揭示了低频调制光信号的频闪效应对人体的影响，意味着LED光生物效应需要在未来的信号设计中全面考虑。     

基于无线可见光通信的双向语音对讲系统

设计并实现了基于无线可见光通信(VLC)的双向语 音对讲系统。上下行链路均使用普通的1W发光二极管(LED)手电筒作为发射端光源, 同时实现语音传输和照明功能。系统采用开关键控-非归零码(OOK-NRZ)调制方式,在测 试LED的光电特性后,设计了LED 驱动电路和接收电路;使用单片机控制音频编解码芯片实现语音信号的采集、处理和传输, 通过异步收发传输接口(UART) 进行数据传输,实现了最远通信距离为40m、最高传输速率为2.5Mbit/s的全双工实时语音 对讲。本文系统实现复杂度低、成 本低和功耗小,并可应用于其他数据传输场合,具有良好的实用性和广泛的适用性。     

脉冲宽度调制的可见光通信系统研究

提高短距离无线通信的速率与精度,设计了基于脉冲宽度调制的可见光通信系统。向系统内输入待传输数据,由系统内发射模块的信号源接收此数据,并向调制单元发射其数字信号,调制单元结合脉冲宽度调制与脉冲振幅调制两部分,对该数字信号实施振幅与宽度调制,并向LED驱动器发送调制后信号,LED驱动器接收此调制信号,并驱动LED阵列以对应可见光信号传输该调制信号;由系统内接收模块的光电探测器检测到此可见光信号,转换成电压信号,并经放大与滤波处理后,传输至模数转换器转换该放大电压信号为数字信号,由解调单元解调该数字信号,得到原始传输数据输出,完成此待传输数据的短距离可见光无线通信。结果表明,该系统可实现不同形式数据信息的通信传输,平均传输比特率可达到67.031 Mbit/s,传输后所得数据几乎与原始数据吻合,数据的传输速率与传输精度均较高,实际应用效果理想,能够保障短距离无线通信的高速率与高精度。     

基于LED可见光的音频通信系统设计

能够实现室内照明与无线通信双重功能的基于LED的可见光通信技术,因其绿色环保的优势而受到越来越多人的关注。文章研究了一套基于STM32单片机的LED可见光通信的音频通信系统。该系统由发射模块和接收模块组成,通过对发送端LED灯与接收端的距离进行调试,从而对LED可见光通信进行验证。测试结果表明,当传输距离为30～50 cm时,能播放出较好的音质。该系统实现了可见光音频通信的功能,具有很好的实用性。     

基于LED可见光的网络通信系统设计

随着信息技术的不断发展,通信技术水平越来越高.近年来不少学者对LED光通信进行研究,实现了基于LED的电光信号转换、光信号传输接收以及光电信号解析,达到了数字信息通信的效果.因此,给出了一种基于LED可见光的网络通信系统设计方法,描述网络通信系统架构,阐述LED光通信网络节点、网络层次结构以及网络传输协议等技术.     

一种抗可见光蜂窝网小区间干扰的光学发射天线设计

本文提出了一种应用于可见光蜂窝网的自由曲面光学发射天线,用于改善整个网络范围内的信号质量以提高系统的通信性能.首先基于能量映射关系和斯涅尔定律,设计了目标光分布区域为矩形的基于自由曲面透镜的光学发射天线,应用该天线能使半导体发光二极管(LED)光源发出的光信号均匀分布在0.8 m×0.8 m的正方形范围内.而后将设计的光学发射天线应用于可见光蜂窝网,并进一步对网络接收区域的光信号质量和系统性能做了分析.结果表明,在一个3m×3m×3m房间中安装有16个LED光源作为接入点,采用所设计的自由曲面光学发射天线,网络覆盖区域的光信号分布均匀度达到了0.8以上,同信道干扰基本消除,平均信干噪比为12.6 dB,系统具有较好的误码率性能,能够有效地保证可见光蜂窝网的通信质量.     

基于可见光通信的停车场泊车自动导航系统

为满足车辆定位需求并实现高效率停车场泊车导航,设计基于可见光通信的停车场泊车自动导航系统,系统的车位信息监测模块通过结合泊车位上方LED照明装置和车位地面的光敏电阻形成光电检测装置,获取停车场车位状态信息后,经STM32单片机产生频率差异显著方波信号;可见光信号调制模块依据可见光通信原理,将方波信号经信号调制电路转换成电信号,驱动停车位的LED灯光源,传输光信号至定位导航模块;定位导航模块利用内置摄像头接收可见光定位信号,经信号解析、定位等步骤获取可见光信号来源位置信息,实现停车场泊车自动导航。实验结果表明,该系统可有效满足车辆定位需求,车辆定位误差控制在0.20 m范围内,且泊车导航所需时间较短,具备较高泊车导航效率。     

LED室内可见光语音通信系统设计及实现

LED灯作为主要的新型照明工具,因其较高的灵敏度,可用于光通信系统中。为了研究与验证LED室内可见光语音通信系统的接收性能与传输距离,参照红外通信的信道模型,融入反射光的影响因素,在使用室内标准照明的光发射功率下,采用多径叠加网格算法,计算桌面各接收点接收信号功率等参量的分布,并设计与实现了LED可见光语音单向通信系统的收发电路。结果表明,当LED灯的发射功率大于2W、信号物理层通信速率不高于1Mbit/s的情况下,系统能够满足信号接收功率与接收信噪比的实际通信要求,并能够实现10m距离内的信号无失真解码与清晰收听。这一结果对LED可见光通信系统进一步的研究与应用有一定的价值。     

基于光子晶体方形谐振器的可调谐光信号分离器

在二维光子晶体结构中通过调节光子晶体方形谐振器PCSRs(Photonic Crystal Square Resonators)与波导的耦合长度、耦合宽度、及其耦合柱半径优化设计了光信号分离器.借助于CMT(Coupled-Mode Theory)理论定性分析了两个PCSRs存在相互作用时,结构中波导与谐振腔之间的电磁波耦合性能,用FDTD方法研究了两信道传输工作特性.表明在设计的参数范围中,基于PCSRs的信号分离器具有高正规化传输率、窄带宽、平稳的信号传输强度,中心波长调谐范围宽的特性.该类结构可用于同一中心波长信号的功率二等均分,也可用于不同中心波长信号的分离.该微型结构在片上的光路设计将是一类有潜力的构筑模块,适于光通信领域波分解复用设计、光路集成设计等方面.     

LED可见光模拟通信实验系统的设计

基于可见光通信原理设计了LED可见光模拟通信实验系统,该系统实现了短距离无线传输模拟信号。系统包括三个主要模块,分别为电源、发射端、接收端。实验系统的发射端采用大功率10W LED灯作为信号源,接收端采用高精度TDA2030音频专用功率放大器和20000HZ低通滤波器,用以提升该实验系统的传输距离和效果,经测试该系统可传输300—15000HZ的模拟信号,传输距离可达5m以上,接收到的信号强度大且无明显失真。     

基于白光LED的无线通信实验研究

对可见光通信系统收发端进行了研究,采用分压限流式调制电路驱动LED,以NJM4556AD运算放大器为核心器件作为接收端,搭建了短距离可见光通信测试系统,实验完成了50Hz~50kHz频率信号的有效传输,通过优化接收端成功实现了语音信号的实时传输。实验表明,随着频率的增加信号质量逐渐变差,随着接收端偏离光源准直程度的增加,接收功率逐渐变小,甚至信号无法恢复,并分析了影响信号恢复的主要因素,优化电路后所传输的语音信号能够比较清晰地还原。实验结果对可见光通信的室内应用具有一定的参考价值。     

LED拓扑结构对可见光通信性能影响的分析

在室内可见光通信的研究中,发光二极管的拓扑结构通常被忽略,大多将其视为一固定参数。针对其拓扑结构问题,提出了对不同的LED拓扑结构进行仿真分析,通过matlab建立了室内可见光通信系统模型,并对室内可见光通信中的发光二极管拓扑结构进行仿真测试,得到了不同发光二极管拓扑结构下的室内接收信噪比分布,进而分析不同的LED拓扑结构对信号传输的影响。仿真结果表明,发光二极管对室内接收信噪比分布的影响主要由其结构分布的均匀程度和发光二极管的照射强度是否均衡决定,且优化后的发光二极管拓扑结构具有更良好的室内信噪比分布,更适合室内可见光通信。     

基于白光LED的可见光通信系统及其实现

研究基于LED新型环保光源,利用OptiSystem软件搭建了一套可见光通信系统,并通过仿真对其进行性能分析,使得可见光系统在提供照明功能的同时,还可以把信号调制到LED可见光光束上进行数据传输,从而实现安全性更高、数据率更高的白光LED可见光通信。     

A flicker-free CMOS LED driver control circuit for visible light communication enabling concurrent data transmission and dimming control

Recent breakthroughs in solid-state lighting technology have opened the door to a variety of applications using light-emitting diodes (LED’s) for not only illumination, but also optical wireless communication. Low-power CMOS technology enables realization of system-on-chip driver circuits integrating multiple functions to control LED device performance, luminance, and data modulation for “intelligent” visible light networking. This paper presents an LED driver circuit architecture, incorporating analog and digital circuit blocks to deliver concurrent dimming control, and data transmission. This is achieved by independent control of output voltage and current using buck converter and current control loops, respectively. This integrated system incorporates the feedback mechanisms to provide uniform light output together with the peak current control, which also prevents flickering. The proposed architecture is flexible enough to take any digital base band modulation format. Designed and implemented in a 180 nm CMOS process, it provides linear 10–90 % dimming control while transmitting data. It also introduces a mechanism which can be applied to the off-the-shelf LED drivers and make them applicable for the visible light communication applications. The power consumption of on-chip circuitry, is negligible compared to the overall power consumption which yields an efficiency of 89 % at 120 mA of load current. The measured bit error rate (BER) varies from 10^?6 at the data rate of 2.5 Mbps to 10^?2 at the data rate of 7 Mbps. All control functions integrated on-chip with the total power consumption of 5 mW.