可见光通信 调制解调技术 家庭机器人 可见光通信应用 原理及硬件方案

可见光通信原理及硬件方案

在正常照明的前提下，可见光通信的基本原理将信息调制到LED在灯发出的可见光中，接收端使用光电检测器（PD）将可见光转换为电信号，并解调相应的调制信息。

太速硬件基于可见光通信，高速AD，FPGADA提供完美的解决方案。室内LED可见光高速数字通信系统的硬件框图如图所示。数字信号部分标记在左实线框上，主要包括PC数据源、数据接口、基带处理DAC／ADC后三种模块设计集成在基带处理板上。图4.1中右侧虚线框标记为模拟信号部分，主要包括LED驱动电路、LED、光信道、透镜、蓝色滤光片、光电二极管和光电处理电路。

方案一：125Msps的AD，DA XC7K325TFPGA处理平台

板卡包括：两路AD,AD采用ADS62P45芯片集成了两个14位的高速公路ADC，采样速率高达125MSPS，输入信号幅值1V，50欧姆阻抗，物理界面SMA；两路DA，DA采用AD9777芯片，芯片分辨率为16位，最大输入数据速率为160Msps，插值后最大DAC转换速率400MSPS，该系列设备具有可选插值率(2)x/4x/8x)以及能够以Fs/2、Fs/4或Fs/8混频复合调制器，两个信号可以I、Q重量信号输出。所有配置均为易于使用的三线或四线SPI接口完成。所有配置均为易于使用的三线或四线SPI接口完成。输出信号幅值为1V，50欧姆阻抗，物理界面SMA。

方案二：1Gsps的AD，DA XC7V690TFPGA处理平台

1通道1GSPS模数转换，ADC采用TI公司的ADS5400，12位单通道1G采样率；1通道2.5GSPS数模转换，DAC采用ADI公司的AD9739，14位2.5G射频数模转换器；FPGA采用一片Xilinx公司的XC7VX690T-FFG1761IFPGA芯片，两簇Micro公司的MT41K512M8RH-125ITDDR3颗粒，每簇64bit位宽，4GB容量，支持PCIeX8接口、HPC的FMC连接器、3路SFP 光通道(最高设计速度10Gbps）。

FPGA芯片完成数据收发控制，AD，DA、配置时钟芯片。数据调制解调。

关键技术

调制解调技术

为了尽可能提高系统的数据传输速率，需要采取额外措施来缓解物理设备限制对系统带宽的影响。有效的缓解措施可分为两类，一类是使用额外的元件或平衡技术，具体方法包括在接收端使用蓝色滤波器滤除响应速度慢的黄光元素LED在驱动电路模块中使用预平衡技术和接收机后平衡技术；第二种方法是使用更有效的调制技术，即发送符号可以传递尽可能多的信息。

目前应用于可见光通信系统的调制方法包括开关键控制、脉冲位置调制、差分脉冲位置调制、子载波脉冲位置调制、变脉冲位置调制、色移键控制、正交频分复用等。以下将简要介绍当前可见光通信系统的调制。

可见光通信应用：

1、依托深度覆盖照明网络，建设高速兼容、绿色低碳、健康安全的新型室内信息网络，激活电力线路通信产业，推动照明设备、电缆等下游产业；未来移动通信（5）G）解决高速、高密度、深度覆盖问题最具竞争力的手段。

2、无需布置基站，可提供定位精度达米的低成本室内定位导航系统，为大型建筑、地下停车场、煤矿地下提供室内定位服务，同时为超市购物指南、博物馆解释、广告推广、在线和离线绑定服务提供基于位置ID信息服务系统。

3、为电磁敏感或电子设备密集区域的无线移动通信需求提供有效的解决方案，如医院、机舱、船舶、矿山、巷道、加油站、油库等；

4、无需改造现有手机，使用摄像头和闪光灯提供视觉安全认证手段，其中光子安全支付为重量级安全认证，一机和光子门禁为轻量级安全认证。

5、基于LED灯、交通信号灯、路灯，构建智能交通控制系统，为无人驾驶、车辆间碰撞提供车辆网络解决方案，其他典型应用还包括灯塔通信、船舶通信、户外应急设备等。

6、无处不在的液晶屏作为光源，可以与手机、监控摄像头等终端建立隐藏的信息传输链路，包括新的隐藏广告和信息安全应用。

7、目前，水声通信是主流技术，但传输速度低；可见蓝绿光波段在海水中衰减系数小，实现率高；面向国家海洋战略，预计将成为水下近距离无线通信的主流技术。

8、基于Gbps乃至Tbps在信息安全领域(可见光高速单向优盘)、虚拟现实领域(可见光高速数传模块)、雷达/计算机领域(可见光高速光互联插件)的应用前景看好。

9、基于摄影测量原理LED阵列可实现毫米级定位精度，实现高精度控制和测量，在工业机械手、家用机器人等领域具有广阔的应用前景。

绿色信息技术与室内信息网络、第五代移动通信、水下信息网络、无人驾驶车辆、家庭机器人、广告新媒体、移动安全支付和照明、金融、电力、电线、海洋等传统重大产业密切相关，推动产业链长，潜在市场巨大。