一种双探测器可见光通信降噪方法及系统与流程

本发明涉及一种双探测器可见光通信降噪方法及系统，尤指可见光频谱的通信。

背景技术：

无线电频谱资源已异常拥挤，拓展可见光频段，利用无处不在的led来实现无线光通信，是战略发展需求。

目前ook调制方式的可见光通信，在lifi家用上网，家庭多媒体传输的情景可达到100mbps传输速率。但很多场景中还需要控制电器设备，监控设备等的需求，这些控制只需一个相对较低的速度，进行指令发送和接收即可。几十、几百kbps低速接收模块在成本上，复杂度上都远低于高速模块设计下的需求。而目前ook调制的可见光通信接收端，如果同时接收了高低速信号则无法解析信号，故此需要将高速可见光信号和低速可见光信号在可见光通信接收端完全隔离。

然而，在实际需要照明与通信复用场景中，无法把两种光信号完全隔离，使用起来极为不便。目前应用中的解决方式，其一，是低速信号通过软件编码也由高速调制方式进行传输，而高速接收模块在成本上，复杂度上都远高于低速模块设计下的需求。其二，是将高速和低速光源在空间上完全隔离，这样又无法满足需要高速和低速光信号较近的场景，如卧室中一盏灯高速lifi上网同时，另一盏灯又要发送低速指令控制家用电器，二者会产生相互干扰，尤其是低速信号对高速信号的干扰，也可视为一类噪声。

技术实现要素：

为了能够有效及低成本的解决接收端处高速可见光信号和低速可见光信号相互干扰的问题，本发明提出一种双探测器可见光通信降噪方法及系统，适用于各类场景，即高速和低速光信号较近及较远的场景均可。

本发明的技术解决方案是提供一种可见光降噪通信方法，包括以下步骤：

步骤一：利用主探测器接收带目标信息的光信息及带有干扰信息的光信息，辅助探测器只接收带有干扰信息的光信息；

步骤二：主探测器及辅助探测器分别对接收到的光信息进行光电转换，分别输出光生电流信号；

步骤三：将两路光生电流信号分别转化为电压信号后放大；抑制共模分量，对共同存在在两路信号中的带有干扰信息的干扰信号进行消除；

步骤四：接收带有目标信息的信号。

本发明还提供一种双探测器可见光通信降噪系统，包括接收端，其特殊之处在于：还能包括主探测器、辅助探测器、第一跨阻放大电路、第二跨阻放大电路及高共模抑制比运算放大电路；上述主探测器的输出端通过第一跨阻放大电路接高共模抑制比运算放大电路的第一输入端；上述辅助探测器的输出端通过第二跨阻放大电路接高共模抑制比运算放大电路的第二输入端；上述高共模抑制比运算放大电路的输出端与接收端相连；

上述主探测器位于主信号光辐射范围内，接受主要信号，以及部分干扰信号，上述辅助探测器偏离主信号光辐射范围，主要接收干扰信号。两路信号经跨阻放大电路，进入高共模抑制比放大电路，其输出为二者的差，这样就将干扰信号有效的分离出来了。

进一步地，上述高共模抑制比运算放大电路包括第一运算放大器、第二运算放大器及差分运算放大器，上述第一跨阻放大电路的输出端接第一运算放大器的输入端，上述第二跨阻放大电路的输出端接第二运算放大器的输入端，上述第一运算放大器的输出端与差分运算放大器的同相输入端连接，上述第二运算放大器的输出端与差分运算放大器的反相输入端连接，上述差分运算放大器的输出端与接收端相连。

进一步地，上述主探测器与辅助探测器均为pin探测器。

进一步地，所述第一跨阻放大电路与第二跨阻放大电路均为由低输入阻抗，高速电流转电压tia放大器组成，如：由ada4899构成的跨阻放大电路。

进一步地，第一运算放大器与第二运算放大器均为高输入阻抗，低噪声运算放大器，如：ada4899运算放大器，差分运算放大器为ada4937运算放大器。

第一与第二运算放大器均为高增益带宽积的运算放大器。

本发明的有益效果是：

1、本发明在ook调制的可见光通信场景中，从接收端分离高速可见光信号和低速可见光信号构思出发，在接收端设置两路探测器接收主次信号，并通过高共模抑制比放大电路进行主次信号的隔离，解决了接收端所处光环境存在多种频率调制光影响主要信号接收的问题，为不同频率调制的可见光信号，在同一区域范围产生重叠情境下的可见光通信提供了解决办法。

2、只需两路探测系统即可实现高速可见光信号和低速可见光信号的分离，操作方便，成本低。

3、本发明有效提升了可见光通信对环境光的抗干扰能力，降低误码率，提升通信速率。

附图说明

图1为实施例中发射端的框图；

图2为实施例中接收端的框图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。

如图1，发射端包括目标信号源及干扰信号源，目标信号经过调制电路被调制到具有一定调制带宽的第一led发光源上，干扰信号经过调制电路被调制到具有一定调制带宽的第二led发光源上。第一led发光源被目标信号调制后发射携带目标信息的可见光，第二led发光源被干扰信号调制，发射携带干扰信息的可见光。

如图2，接收端包括主探测器、辅助探测器、第一跨阻放大电路、第二跨阻放大电路及高共模抑制比运算放大电路；主探测器的输出端与第一跨阻放大电路的输入端连接，辅助探测器的输出端与第二跨阻放大电路的输入端连接；高共模抑制比运算放大电路包括第一运算放大器、第二运算放大器及差分运算放大器，第一跨阻放大电路的输出端接第一运算放大器的输入端，第二跨阻放大电路的输出端接第二运算放大器的输入端，第一运算放大器的输出端接差分运算放大器的同相输入端，第二运算放大器的输出端接差分运算放大器的反相输入端，差分运算放大器的输出端与接收端相连。主探测器位于目标信号辐射范围内，辅助探测器偏离目标信号辐射范围。

本实施例中主探测器与辅助探测器均为pin探测器，第一跨阻放大电路与第二跨阻放大电路均由低输入阻抗，高速电流转电压tia放大器组成，本实施例中第一跨阻放大电路与第二跨阻放大电路为由ada4899构成的跨阻放大电路。第一运算放大器与第二运算放大器均由高输入阻抗，低噪声运算放大器组成。本实施例第一运算放大器与第二运算放大器采用ada4899运算放大器，差分运算放大器为ada4937运算放大器。

结合图1与图2，主探测器接收第一led发光源发出的带目标信息的光信息，同时又接收到了第二led发光源发出的带有干扰信息的光信息，辅助探测器只接收第二led发光源发出的带有干扰信息的光信息，主探测器及辅助探测器对接收到的光信号进行光电转换，分别输出光生电流信号至第一跨阻放大电路及辅助跨阻放大电路，第一跨阻放大电路及辅助跨阻放大电路分别通过采样电阻将主探测器与辅助探测器输出的电流信号转化为电压信号，再经过一级运放实现电平放大；经放大后的电压信号进入高共模抑制比放大电路，进行二次放大后分别进入差分放大电路的同相及反相输入端，抑制共模分量，即对二者共同存在的干扰信号进行消除，输出目标信号至接收端。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种双探测器可见光通信降噪方法及系统，系统包括主辅助探测器、跨阻放大电路及高共模抑制比运算放大电路；利用主探测器接收带目标信息的光信息及带有干扰信息的光信息，辅助探测器只接收带有干扰信息的光信息；探测器分别对接收到的光信息进行光电转换，分别输出光生电流信号；将两路光生电流信号分别转化为电压信号后放大；对共同存在在两路信号中的带有干扰信息的干扰信号进行消除；接收带有目标信息的信号。解决了接收端所处光环境存在多种频率调制光影响主要信号接收的问题，为不同频率调制的可见光信号，在同一区域范围产生重叠情境下的可见光通信提供了解决办法。适用于各类场景，即高速和低速光信号较近及较远的场景均可。

技术研发人员：赵志;宋宗玺;陈雄斌
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所;中国科学院大学
技术研发日：2018.11.15
技术公布日：2019.02.12