可见光通信系统及led非线性对其性能影响分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可见光通信技术领域，尤其涉及一种基于频率调制的可见光通信系统 及LED非线性对其性能影响分析方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，被誉为"绿色照明"的半导体照明技术发展迅猛，尤其白光LED吸引了人 们越来越多的注意，他们被誉为下一代照明光源。可见光通信技术就是在此基础上发展起 来新兴无线通信技术。白光LED具有使用寿命长、绿色环保、安全、不受频谱限制等优点，调 制速率高等优点。可见光通信技术是利用发光二极管的快速调制特性，将信号调制到LED 上进行传输的通信技术。LED的光强度会随着信号的改变而改变，在接收端利用光电探测器 将接收到的光信号转换为电信号，在实现照明的同时实现信息的通信。可见光通信分为室 内可见光通信和室外可见光通信。在可见光通信研究中，为了提高系统的传输性能，引入了 很多调制技术到可见光通信系统中。
[0003] 可见光通信系统大多采用光强度调制/直接检测系统。目前提出的可见光调制方 式有开关键控（00K)、脉冲位置调制（PPM)、脉冲宽度调制（PWM)、正交频分复用（0FDM)等方 式，大部分是数字调制方式，还有少数研究的幅度调制，频率调制等模拟调制方式。对比模 拟调制系统，数字调制系统调制方式复杂，设备昂贵，在模拟和数字调制都可以满足通信速 率需求的情况下，模拟通信系统是更好的选择。频率调制（Frequency Modulation，FM) - 种以载波的瞬时频率变化来表示信息的调制方式，抗噪性能好，被人们广泛应用。
[0004] 在可见光通信的研究中，很多因素都可以影响通信系统的性能，LED的非线性是 其中的一个重要因素，即输出光功率和输入调制电流的关系不是线性的，这就会造成接收 端信号的失真，包括互调失真和谐波失真。非线性对数字调制方式比如0FDM调制方式和 DMT调制方式的影响已经有很多研究。在基于可见光通信的语音广播通信系统中，频率调 制（FM)方式已被人们提及和应用，但是基于FM调制方式的可见光通信系统的性能还未被 深入研究，目前尚无针对LED非线性对FM调制方式影响的研究。
【发明内容】
[0005] 在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理 解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关 键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念， 以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0006] 本发明提供一种用于分析LED非线性对基于频率调制的可见光通信系统性能影 响的可见光通信系统及LED非线性对其性能影响分析方法。
[0007] 本发明提供一种基于频率调制的可见光通信系统，包括：
[0008] FM调制模块，用于将接收的第一模拟信号转换为调频信号并输出；
[0009] 驱动模块，与所述FM调制模块通信连接、与LED光源连接，用于接收所述调频信号 并加载至所述LED光源；
[0010] LED光源，用于接收所述调频信号，发出光信号；
[0011] 光电探测器，用于检测接收所述LED光源发出的光信号，并将所述光信号转换为 电信号并输出；
[0012] FM解调模块，与所述光电探测器连接，用于将所述光电探测器输出的电信号进行 放大、滤波和解调，得到第二模拟信号并输出。
[0013] 本发明还提供一种LED非线性对所述可见光通信系统的性能影响分析方法，包 括：
[0014] 根据所述LED光源的驱动电流和输出光功率之间的非线性关系计算出所述可见 光通信系统的第一载噪比和第一信噪比；
[0015] 根据所述LED光源的驱动电流和输出光功率之间的理论线性关系计算出所述可 见光通信系统的第二载噪比和第二信噪比；
[0016] 对比所述第一载噪比和所述第二载噪比、所述第一信噪比和所述第二信噪比，得 到LED非线性对所述可见光通信系统的性能影响分析结果。
[0017] 本发明提供的可见光通信系统及LED非线性对其性能影响分析方法分别通过LED 光源的驱动电流和输出光功率之间的非线性关系和理论线性关系计算出基于频率调制的 可见光通信系统中非线性的第一载噪比、第一信噪比和理论线性的第二载噪比和第二信噪 比，并分别对比第一载噪比和第二载噪比、第一信噪比和第二信噪比，从而得到LED非线性 对基于频率调制的可见光通信系统的性能影响分析结果。本发明提供的可见光通信系统采 用频率调制方式，相比较于数字调制方式，具有设备简单、易于实现、节省资源等优点，且频 率调制方式受LED非线性影响小，从而提高了可见光通信系统性能；本发明提供的LED非线 性对所述可见光通信系统的性能影响分析方法首次提出了 LED非线性对基于频率调制的 可见光通信系统的影响分析方法，使得频率调制应用在可见光通信系统短距离传输有了理 论依据和具体性能评价。
【附图说明】
[0018] 参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其 它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似 的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
[0019] 图1为本发明基于频率调制的可见光通信系统的结构示意图。
[0020] 图2为所述可见光通信系统中LED光源的驱动电流和输出光功率之间的非线性关 系和理论线性关系示意图。
[0021] 图3为本发明LED非线性对可见光通信系统的性能影响分析方法的流程图。
[0022] 图4为本发明LED非线性对可见光通信系统的性能影响分析方法步骤S30的流程 图。
[0023] 图5为本发明LED非线性对可见光通信系统的性能影响分析方法步骤S50的流程 图。
[0024] 图6为本发明LED非线性对可见光通信系统的性能影响分析方法步骤S70中，第 一载噪比和第二载噪比、第一信噪比和第二信噪比的对比示意图。
[0025] 附图标记说明：
[0026] 10 FM调制模块
[0027] 20驱动模块
[0028] 30 LED 光源
[0029] 40光电探测器
[0030] 50 FM解调模块
【具体实施方式】
[0031] 下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描 述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应 当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知 的部件和处理的表示和描述。
[0032] 图1为本发明基于频率调制的可见光通信系统的结构示意图。
[0033] 如图1所示，在本实施例中，本发明基于频率调制的可见光通信系统包括：
[0034] FM调制模块10,用于将接收的第一模拟信号转换为调频信号并输出；
[0035] 驱动模块20,与FM调制模块10通信连接、与LED光源30连接，用于接收所述调频 信号并加载至LED光源30;
[0036] LED光源30,用于接收所述调频信号，发出光信号；
[0037] 光电探测器40,用于检测接收LED光源30发出的光信号，并将所述光信号转换为 电信号并输出；
[0038] FM解调模块50,与光电探测器40连接，用于将光电探测器40输出的电信号进行 放大、滤波和解调，得到第二模拟信号并输出。
[0039] 优选地，FM解调模块50包括：
[0040] 放大电路单元501，与光电探测器40连接，用于对所述电信号进行放大；
[0041] 滤波电路单元503,与放大电路单元501连接，用于对放大后的电信号进行滤波；
[0042] FM解调单元505,与滤波电路单元503连接，用于对滤波后的电信号进行解调，得 到第二模拟信号并输出。
[0043] 图2为所述可见光通信系统中LED光源的驱动电流和输出光功率之间的非线性关 系和理论线性关系示意图。
[0044] 如图2所示，曲线6为LED光源30的驱动电流和输出光功率的理论线性关系，曲 线7为根据实际测量的LED光源30的驱动电流和输出光功率拟合得到的非线性关系。
[0045] 根据相关的研究，LED光源30的驱动电流和输出光功率之间的非线性关系可用多 项式表达：
[0046]
⑴
[0047] 其中，⑴为输出光功率，I⑴为驱动电流，IDC为直流偏置信号，b n为第n次谐 波的系数。
[0048]图3为本发明LED非线性对可见光通信系统的性能影响分析方法的流程图。
[0049] 如图3所示，在本实施例中，本发明LED非线性对可见光通信系统的性能影响分析 方法包括：
[0050] S30 :根据所述LED光源的驱动电流和输出光功率之间的非线性关系计算出所述 可见光通信系统的第一载噪比和第一信噪比；
[0051] S50:根据所述LED光源的驱动电流和输出光功率之间的理论线性关系计算出所 述可见光通信系统的第二载噪比和第二信噪比；
[0052] S70:对比所述第一载噪比和所述第二载噪比、所述第一信噪比和所述第二信噪 比，得到LED非线性对所述可见光通信系统的性能影响分析结果。
[0053] 图4为本发明LED非线性对可见光通信系统的性能影响分析方法步骤S30的流程 图。
[0054] 如图4所示，优选地，在本实施例中，步骤S30包括：
[0055] S301 :根据所述LED光源的驱动电流和输出光功率之间的非线性关系和驱动电流 计算出第一输出光功率；
[0056] S303 :根据所述第一输出光功率计算出所述光电转换器转换的第一电信号；
[0057] S305:计算出第一热噪声，并根据所述第一输出光功率计算出第一散粒噪声；
[0058] S307:根据所述第一电信号和所述第一散粒噪声计算出所述第一载噪比和所述第 一信噪比。
[0059] 优选地，