一种可见光通信系统中基于太阳能电池和发光二极管的功能对称的无源全双工收发装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种可见光通信系统中基于太阳能电池和发光二极管的功能对称的 无源全双工收发装置，属于光通信（OpticalCommunication)技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着无线电频谱资源的日益紧张和人们对电磁辐射的逐步关注，可见光通信技术 应运而生。LED灯的出现，进一步推动了可见光通信系统的发展。
[0003] 目前可见光通信的研宄主要集中在提高单向传输速率和增大传输距离上，其中单 向离线传输速率已经可达3. 75Gbps，传输距离也从最初的20cm提高到10米以上。
[0004] 但是当前可见光通信系统离实用化、产品化还有比较远的距离，主要是因为当前 系统还有比较明显的缺陷：1、大部分在研的系统是单工或半双工系统，即使是全双工系统 离实际应用也有比较大的差距，比如当前的系统基本都是采用光电探测器（PD)作为接收 机，上行链路和下行链路对发射机和接收机对准度的要求非常严格，同时在终端设计上行 链路需要发送功率比较大的信号，实用化的发射机也比较难以实现，而且目前研宄的下行 链路占用了绝大多数频谱资源；2、当前接收端大部分是有源系统而且移动性比较差；3、使 用ro作为信号接收设备，价格高昂。这些缺点严重阻碍了可见光系统设备实用化、产品化 的步伐。
[0005] 由此，我们提出了一种新型基于太阳能电池和发光二极管的功能对称的无源全双 工可见光通信系统收发装置。该装置创造性的使用太阳能电池作为信号探测设备，同时利 用太阳能电池接收的能量给终端供电，实现了发射机和接收机对称式的能量传输和数据通 信的功能复用，而且太阳能电池接收面积非常大，成本非常低，这样就不仅解决了双工通信 的难题，而且可以使装置无源化，满足用户可移动需求；与此同时大大降低了系统设备成 本，可以实现真正意义的产品化、实用化。
[0006] 同传统单向可见光通信系统相比，该新型装置通过使用太阳能电池做信号探测设 备，增大了接收面积，降低了接收难度，是一种实用化的全双工工作可见光通信系统解决方 案；同时由于太阳能电池所具有的能量转换特性，该装置充分发挥了系统功能复用（数据 通信和能量传输）的优点，可以实现装置无源化，这些都大大降低了装置的成本，提高了其 性能和灵活性，使得该装置适用作实际用户端移动设备。
【发明内容】
[0007] 本发明提出了一种新型基于太阳能电池和发光二极管的功能对称的无源全双工 可见光通信系统收发装置。所述技术方案如下：
[0008] 一种新型基于太阳能电池和发光二极管的功能对称的无源全双工可见光通信系 统收发装置，所述装置系统架构如附图1所示。
[0009] 功能上该装置主要分为控制模块，收发模块和无源供电模块。控制模块控制收发 模块和无源供电模块来实现系统功能。装置结构框图如附图2所示。
[0010] 利用太阳能电池板进行信号探测和直流供电是本发明的两大创新点，下面分别就 这两方面进行阐述。
[0011] 不同材料光电池的光谱响应如附图3所示。
[0012] 可见光的波长在0.4~0. 7um之间，从图中可以看出光电池在可见光范围内有比 较好的光谱响应；同时，和光电二极管一样，大多数太阳能电池的基本结构也是一个PN结， 可以将光信号转换成电流或电压信号。这就为太阳能电池同时接收信号和转换能量提供了 理论支撑。
[0013] 光电接收装置接收到信号的功率与其影响因素（接收角度、面积、距离、发射强 度）的函数关系如下：
[0014]
【主权项】
1. 一种可见光通信系统中基于太阳能电池和发光二极管的功能对称的无源全双工收 发装置，其特征在于： (1) 利用太阳能电池板进行信号探测和直流供电是本发明的两大创新点，其特征在 于： 该装置创造性的使用太阳能电池作为信号探测设备，同时利用太阳能电池接收的能量 给终端供电，实现了发射机和接收机对称式的能量传输和数据通信的功能复用。 (2) 无源供电模块是本发明的另一个重要创新点，其特征在于： 该模块主要由两部分组成：太阳能电池板和蓄电池。太阳能电池板除了起到检测信号 的作用，还能够将光能转变为电能为装置中的有源器件（如LED、驱动电路等）供电，实现了 接收端的数据通信和能量传输功能复用，此外，控制模块利用单片机实现供电的选择控制。 当系统监测到环境光线充足时，控制模块会自动进入充电模式，太阳能电池板作为接 收元件通过PN结的光生伏特效应实现光电转换，在接收可见光通信信号的同时可以将光 能转变为电能，对收发模块的LED灯及其他器件进行供电，同时为蓄电池充电。
【专利摘要】本发明是一种新型基于太阳能电池和发光二极管的功能对称的无源全双工可见光通信系统收发装置，属于光通信(Optical Communication)技术领域。该装置创造性的使用太阳能电池作为信号探测设备，同时利用太阳能电池接收的能量给终端供电，实现了发射机和接收机对称式的能量传输和数据通信的功能复用，而且太阳能电池接收面积非常大，成本非常低，这样就不仅解决了双工通信的难题，而且可以使装置无源化，满足用户可移动需求；与此同时大大降低了系统设备成本，可以实现真正意义的产品化、实用化。
【IPC分类】H04B10-40, H04B10-116
【公开号】CN104868952
【申请号】CN201510341158
【发明人】唐先锋
【申请人】北京邮电大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月18日