基于可见光通信的考试听力广播系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于可见光通信的考试听力广播系统，包括信源、LED灯、视听设备，还包括PPM编码模块、LED驱动电路、光电检测电路、信号放大调整电路、解调模块、FPGA处理平台Ⅰ，FPGA处理平台Ⅱ;信源输入到PPM编码模块,PPM编码模块与LED驱动电路连接，LED驱动电路与LED灯连接；由LED灯发出光源信号传递到光电检测器，光电检测器与信号放大调整模块连接，所述信号放大调整电路与解调模块连接，解调模块连接输出到视听设备；所述FPGA处理平台块Ⅰ发射端连接控制信号的PPM编码调制模块；所述FPGA处理平台Ⅱ发射端连接解调模块。上述通过LED可见光源在系统中的运用，功耗低，使用寿命长，绿色环保，节能，通信容量大，运用在考试听力广播中，提高了数据的保密性和安全性。
【专利说明】基于可见光通信的考试听力广播系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光通信系统，特别涉及一种基于可见光通信的考试听力广播系统。
【背景技术】
[0002] 20世纪90年代后期，随着全光接入技术的发展和人们对高速无线宽带通信的要 求，一种信息容量大、部署灵活、维护方便、安全保密的无线光通信技术，得到了人们的极大 关注，它为无线宽带接入的快速部署提供一种灵活的解决方案，其应用范围已从军用和航 天领域迈入民用领域。
[0003] 近几年来，被誉为"绿色照明"的LED照明技术发展迅猛，利用LED器件能够高速 亮灭的发光响应特性，将信号调制到LED可见光上进行传输，使可见光通信与LED照明相结 合，构建出LED照明和通信两用基站灯，可为光通信提供一种全新的宽带接入方式。
[0004] LED可见光广播网络实现了 LED照明与无线通信双重效果，无需使用额外的电能 和设备进行短距离无线通信。其次，可见光通信发射功率高，无需无线电频谱认证，可以提 供一种全新的高速数据接入方式。对于数据的发送由经过调制的LED光束实现，而由PIN 二极管实现高频光脉冲的探测，经过调整放大后，再利用FPGA实现对脉冲信号的解调，从 而实现高速的数据传输。
[0005] 光无线通信系统采用基带调制，目前适合室内可见光LED通信的调制方法有：开 关键控；脉冲位置调制；多脉冲位置调制；差分脉宽调制；数字脉冲间隔调制；双头脉冲 间隔宽度调制。一般来说，无论采用哪种调制方法，其目的是为了获得更高的功率利用 率、相对窄的带宽、比较高的带宽利用率和较低的误码率。本发明中采用PPM调制方式是 目前无线光通信较好的调制方法之一，它的功率利用率和频带利用率都比较好，因而被 IEEE802. 11委员会推荐用于O-lOMHz的无线光通信编码。
[0006] 另一方面，学校中的考试，特别是英语考试需要听力测试，然而传统的英语听力考 试是用的无线电传播，需无线发送设备，而无线电的发送区域较广，导致考试内容很容易被 外界接收到，存在作弊或其它相关问题。最主要的是现有市场上的关于LED灯使用领域过 于窄，使用过于单一，还未涉及在广播通信系统中的运用。
【发明内容】
[0007] 本发明为了解决LED灯可见光源运用系统过于单一和校园听力考试存在作弊的 问题，提出了一种基于LED灯可见光源的能运用在英语考试听力广播中的可视光源考试听 力广播系统，该系统具有功耗极低，使用寿命长，绿色环保等诸多优势。
[0008] 本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种基于可见光通信的考试听力广播系 统，包括信源、LED灯、视听设备，该系统还包括PPM编码模块、LED驱动电路、光电检测电路、 信号放大调整电路、解调模块、FPGA处理平台I，FPGA处理平台II ;所述信源输入到PPM编 码模块，所述PPM编码模块与LED驱动电路连接，所述LED驱动电路与LED灯连接；由LED 灯发出光源信号传递到光电检测器，所述光电检测器与信号放大调整模块连接，所述信号 放大调整电路与解调模块连接，所述解调模块连接输出到视听设备；所述FPGA处理平台I 发射端连接控制信号的PPM编码调制模块；所述FPGA处理平台II发射端连接解调模块。
[0009] 作为对本发明的进一步限制，所述光电检测器具有PIN光电二极管。由此，光电检 测器用在接收光信号，并将光信号转换成对应的电信号，PIN光电二极管是光通信中常用的 光探测器，可以对LED灯发出的光线进行探测。
[0010] 作为对本发明的进一步限制，所述信号放大调整电路将光电检测器的小信号进行 电压放大、电平调整，并滤除噪声干扰，降低系统通信时的误码率的电路；由此，通过信号放 大调整电路可以对信号进行放大和调整到听力广播合适的范围。
[0011] 作为对本发明的进一步限制，所述视听设备包括耳机和其他视听设备。由此，学生 可以通过耳机来接收听力信号，通过显示设备观看。
[0012] 作为对本发明的进一步限制，所述耳机具有专用集成电路芯片。由此，来提高耳机 的接收效果。
[0013] 本发明的有益技术效果：通过使用FPGA处理平台模块实现PPM编码模块的调制信 号，直接控制LED灯的驱动电路，实现LED灯闪烁，采用光电检测器具有的PIN光电二极管 接受光信号，并转化成电信号，通过波形调整电路，输入FPGA处理平台模块II后，对传输数 据进行解码，并最终连接视听设备；该系统运用在校园英语考试的听力广播可以通过可见 光来传输，特别是能防止考生使用特制的耳机接收信号，保证考场内考生能正常收到广播 听力信号，也防止考场以外的人收到听力广播信号，从而可以杜绝听力考试作弊行为，提高 了保密性和安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是本发明一种基于可见光通信的考试听力广播系统示意图。
[0015] 图中：信源1、LED灯12、视听设备7,该系统还包括PPM编码模块2、LED驱动电路 3、光电检测器4、信号放大调整电路5、解调模块6、FPGA处理平台I 8，FPGA处理平台II 9。
【具体实施方式】 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0016] 如图1所示是本发明的基于可见光通信的考试听力广播系统，包括信源1、LED灯 12、视听设备7,该系统还包括PPM编码模块2、LED驱动电路3、光电检测器4、信号放大调整 电路5、解调模块6、FPGA处理平台I 8, FPGA处理平台II 9 ;所述信源1输入到PPM编码模 块2,所述PPM编码模块2与LED驱动电路3连接，所述LED驱动电路3与LED灯12连接， 由LED灯12发出可见光源信号传递到光电检测器4,所述光电检测器4与信号放大调整模 块5连接，所述信号放大调整电路5与解调模块6连接视听设备7,而所述信号放大调整电 路是用于光电检测器的小信号进行电压放大、电平调整，并滤除噪声干扰，降低系统通信时 的误码率的电路。所述FPGA处理平台I 8控制连接PPM编码调制模块2,所述FPGA处理平 台II 9控制连接解调模块6,所述光电检测器4具有PIN光电二极管。
[0017] 其中，本系统中的LED驱动电路3关系到整个通信系统的误码率和传输速率，通过 优化驱动电路，可以达到数据的高速传输，主要通过FPGA处理平台I 8输出的信号来实现 一个LED驱动电路开关的功能，从而实现对LED驱动电路3的控制，即LED灯12亮灭的控 制。
[0018] 上述主要技术之一的LED照明系统在现代社会逐渐成为主流的照明系统，用于 LED灯12可见光无线通信的LED光源十分普遍，在照明的同时实现无线通信，也极大地减少 了能源的消耗。随着移动终端的普及，将会越来越频繁的进行无线通信。LED可见光无线通 信"安全，节能，环保"的特点，使得该技术很容易被大众群体所接受。同时，可见光通信的 考试听力广播系统可广泛的应用于学校考试听力系统的无线广播，以及其他短距离无线数 据传输的无线通信系统。
[0019] 再次，本系统中的LED灯12所产生的光信号在传送和一系列处理过程中均会受到 各种各样噪声的干扰，导致光电接收器正确接收微弱信号非常困难，来自外界环境的电磁 干扰等可以通过屏蔽的方式减弱或防止，但是系统内部的随机噪声却不可避免，只能通过 电路设计和制作工艺措施尽量减小。所以，信号调整电路必须在抑制电磁干扰和噪声影响 方面起到关键作用，进而避免出现信号掩没在噪声中的情况发生；其中，光通信是利用LED 灯12发出的肉眼觉察不到的高速明暗闪烁信号来传递信息。通过LED灯12可快速调制的 优点保证了利用其进行超高速数据通信的可能，其具体过程是发射端将需要传输的数据进 行编码、调制，然后加载到可见光载波信号上发射出去，接收端利用光电转换器件接收光载 波信号，并用FPGA进行解调以获取原始信息。
[0020] 综上所述，LED灯不仅功耗极低，且具有使用寿命长，绿色环保等诸多优势。随 着发光效率的提高，高亮度LED灯将逐渐从专业显示领域扩展到日常生活照明领域，极有 可能将会替代传统照明设备成为21世纪的新一代绿色光源。而在LED灯用以照明或显示 的同时，进行数据传输，使可见光通信与LED照明相结合，将会成为通信方式的一个崭新的 发展方向，将更有利于能耗的降低、环境的保护。随着发光效率的提高，高亮度LED将逐渐 从专业显示领域扩展到日常生活照明领域，会替代传统照明设备成为21世纪的新一代绿 色光源。而在LED灯用以照明或显示的同时，进行数据传输，使可见光通信与LED灯照明相 结合，是新一代通信方式的发展，更有利于能耗的降低，环境的保护。
[0021] 进一步地说，LED灯还包括了诸多优点：（1)节能：LED灯是目前公认的具有电光 转换效率高、节能、可靠、使用寿命长的新一代绿色照明产品，将LED照明技术和光通信技 术相结合，实现资源的充分利用，极大地降低了能耗，具有重大意义。（2)通信容量大：白光 LED作为半导体器件，具有响应速度高、调制性能好的特点，可用于高速数据传输。白光LED 的亮度非常高，且调制速率很快，人眼无法感受到灯光的闪烁，因此，在保证照明的条件下， 可以实现高速数据传输。（3)安全：传统的光通信是利用不可见光来进行通信传输，大多 是采用波长较长的红外光。相比无线红外通信，可见光是绿色资源，不存在电磁辐射，对人 体没有伤害。（4)经济效益前景广阔：使用LED可见光进行无线通信，减少无线数据传输所 需的外部设备，大大降低数据传输成本。同时，LED照明技术是将大部分能量以可见光的形 式耗散，只有少部分的能量转换成热。同时，我们又实现了对可见光的充分利用，当批量投 入使用后，便能产生巨大的经济效益。
[0022] 本系统FPGA处理平台I 8控制PPM调制模块2,将信源变换成PPM信号传输，由 LED驱动电路3发射PPM信号。使用FPGA处理平台II 9进行传输数据的解调。FPGA处理 平台I 8和FPGA处理平台II 9为现场可编程逻辑模块，具有功耗低、速度快等特点，更能 提高系统传输速率，抗干扰性更强，适应于对速度要求严苛的通信系统；以上所述的仅是 对本发明的实施方式的阐述，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明 的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种基于可见光通信的考试听力广播系统，包括信源、LED灯、视听设备，其特征在 于：该系统还包括PPM编码模块、LED驱动电路、光电检测电路、信号放大调整电路、解调模 块、FPGA处理平台I、FPGA处理平台II ;所述信源输入到PPM编码模块，所述PPM编码模块 与LED驱动电路连接，所述LED驱动电路与LED灯连接；由LED灯发出光源信号传递到光电 检测器，所述光电检测器与信号放大调整模块连接，所述信号放大调整电路与解调模块连 接，所述解调模块连接输出到视听设备；所述FPGA处理平台I发射端连接控制信号的PPM 编码调制模块；所述FPGA处理平台II发射端连接解调模块。
2. 如权利要求1所述的基于可见光通信的考试听力广播系统，其特征在于：所述光电 检测器具有PIN光电二极管。
3. 如权利要求1所述的基于可见光通信的考试听力广播系统，其特征在于：所述信号 放大调整电路，用于对光电检测器的小信号进行电压放大、电平调整，并滤除噪声干扰，降 低系统通信时的误码率。
4. 如权利要求1所述的基于可见光通信的考试听力广播系统，其特征在于：所述视听 设备包括耳机或其他视听设备。
5. 如权利要求4所述的基于可见光通信的考试听力广播系统，其特征在于：所述耳机 具有专用集成电路芯片。
【文档编号】H04H20/63GK104104439SQ201410334623
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】陆天翼, 郑姚生, 谢晨伟, 汤勇明 申请人:东南大学