一种基于SDR技术的可见光通信系统的制作方法

本实用新型涉及可见光通信技术领域，更具体地，涉及一种基于SDR技术的可见光通信系统。

背景技术：

SDR（Software Definition Radio），“软件定义的无线电”的简称。SDR是无线电广播通信技术，它基于软件定义的无线通信而非通过硬连线实现。换言之，频带、空中接口协议和功能可通过软件下载和更新来升级，而不用完全更换硬件。

偏移正交相移键控（OQPSK），是一种现代调制技术，这是一种改进型的QPSK，具备恒定包络调制技术的光谱特性，并具有非常高的频谱效率和功率利用率，在高速无线数据传输系统中广泛应用。

可见光通信（Visible Light Communications,VLC）是在发光二极管（Light Emitting Diode,LED）等技术上发展起来的一种新型、高速的无线通信技术。它以LED作为光源，通过发出肉眼察觉不到的、高速明暗闪烁的可见光信号来传输信息，在接收端利用光电二极管（Photodiode,PD）完成光电转换，然后进行电信号的接收、再生、解调实现信息的传递。

目前流行的WiFi、蓝牙、2.4G无线技术等无线通信都是工作在ISM 2.4GHz公共频段，频段拥挤。面对当今无线频谱资源紧张，很多频段都已经被占用的形势，利用可见光通信可以有效解决无线频谱资源紧张问题。VLC利用的可见光波段尚属空白频谱，无需授权即可使用，因此VLC技术抢占空白频谱，有效地利用资源，同时还具有无电磁干扰、无频谱认证、绿色环保、安全性高、保密性好等众多优点，近年来越来越受到人们的重视。

技术实现要素：

为克服现有的技术缺陷，本实用新型提供了一种基于SDR技术，简单、容易实现、稳定性好、通用易维护且通过软件化和数字化实现调制或解调信号的可见光通信系统。

为实现本实用新型的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种基于SDR技术的可见光通信系统，包括调制信号装置、可见光信号发射装置、可见光信号接收装置和解调信号装置 ，所述调制信号装置用于对输入的原始信号进行编码调制，调制成可见光信号发射装置能够识别的调制信号，并将调制信号传输给可见光信号发射装置；所述可见光信号发射装置用于接收调制信号，并将调制信号转换成可见光信号后传输给可见光信号接收装置；所述可见光信号接收装置用于接收可见光信号，并将可见光信号转换成调制信号后传输给解调信号装置；所述解调信号装置用于对调制信号进行解调解码，恢复原始信号，实现可见光通信。

SDR技术即利用软件定义的无线电技术，是基于软件定义的无线通信而非通过硬连线实现的。SDR技术具有很强的灵活性和开放性，其能形成各种调制波形和通信协议，还能适用于新体制和旧体制的各种电台通信，故而大大延长了电台的使用寿命，也保证了软件无线电的生命周期，还节省了成本开支。将SDR技术应用于可见光通信系统中，一是简化了可见光通信的操作程序，提高了可见光通信的稳定性；二是方便对整个系统的维护和使用，节省成本；三是改善了技术效果，实用性更强。

进一步地，所述调制信号装置包括上位机、单片机、可编程逻辑器件、DAC数模转换器、无线收发器和混频器，所述上位机用于将输入的原始信号进行数据封装，再传输给单片机，单片机输出并行数据信息并控制可编程逻辑器件，对输入的原始信号进行编码调制，调制成数字化基带信号；所述DAC数模转换器用于将调制后的数字化基带信号转换成模拟基带信号，所述无线收发器用于接收模拟基带信号，并将模拟基带信号转换成调制信号，通过混频器下变频传输给可见光信号发射装置。

上位机结合单片机控制可编程逻辑器件，对输入调制信号装置的原始信号进行编码调制，调制后的信号经过DAC数模转换器转换成模拟信号，经无线收发器转换成调制信号，为了提高可见光的无误传输率与输出功率，再通过混频器下变频，输出信号给可见光发射装置。

进一步地，所述可编程逻辑器件为采用OQPSK调制算法的CPLD复杂可编程逻辑器件，对输入的信号进行编码调制后再传输给可见光信号发射装置。

OQPSK调制算法也叫偏移正交相移键控，是一种现代调制技术，具有非常高的频谱效率和功率利用率，将OQPSK调制算法应用在可见光通信系统中，更容易进行调试复杂的功能，实现可见光通信。进一步地，本申请所采用的OQPSK算法以IEE802.15.4协议作为通信标准，IEE802.15.4协议是在OQPSK调制解调方式的基础上的一项通信标准，它在通信距离、成本和功耗方面有着明显的优势，十分适合于家庭网络等短距离通信系统中，在结构上与传统的通信方式有着明显的区别，自动化程序高且实用性强。

进一步地，所述可见光信号发射装置包括依次连接的低通滤波器、电放大器、偏置器和LED灯，所述低通滤波器用于接收经调制信号装置编码调制后的调制信号，滤除信道噪声和其它干扰并取出低频分量，所述电放大器用于放大电信号，所述偏置器用于与直流信号合为一路信号，以达到LED灯的阈值电压，所述LED灯用于进行可见光发射，将可见光信号传输给可见光信号接收装置。

进一步地，所述可见光信号接收装置包括依次连接的光电检测器、电放大器和低通滤波器，所述光电检测器用于将接收到的可见光信号转换成电信号，实现光电转换，电放大器用于放大电信号和低通滤波器用于取出低频分量以及滤除信道噪声和其它干扰，并将信号传输给解调信号装置。

进一步地，所述可见光信号接收装置还包括设在光电检测器之前的透镜和滤光片，通过可见光信号接收装置的信号依次经过透镜和滤光片后传输给光电检测器，所述透镜用于聚光增加信号强度，所述滤光片用于提高光电检测器对信号的敏感度。

进一步地，所述解调信号装置包括依次连接的混频器、无线收发器、ADC模数转换器、可编程逻辑器件、单片机和上位机，所述混频器用于将可见光信号接收装置传输过来的调制信号上变频传输给无线收发器，所述无线收发器用于将调制信号转换成模拟基带信号，所述ADC模数转换器用于将模拟基带信号转换得到数字化的基带信号，通过运行的上位机结合单片机控制可编程逻辑器件，对所接收的信号进行解调解码，最后恢复出原始信号，实现可见光通信。

解调信号装置解调解码信号的过程相当于与调制信号装置调制编码信号的过程相反，可见光信号发射装置传输给解调信号装置的电信号首先经过混频器上变频，将电信号转换成无线收发器可以处理的调制信号，再经无线收发器转换成模拟基带信号后，经ADC模数转换器得到数字化的基带信号，通过运行的上位机结合单片机控制可编程逻辑器件，对所接收的信号进行解调解码，最后恢复出原始信号，实现可见光通信。

进一步地，所述可编程逻辑器件为采用OQPSK调制算法的CPLD复杂可编程逻辑器件，对得到的数字化基带信号进行解调解码后恢复为原始信号。

与现有技术比较，本实用新型提供的一种基于SDR技术的可见光通信系统具有以下有益效果：

（1）本实用新型以数字化和软件化的方式实现可见光通信，总体上不受环境的影响，器件个体性能差异影响较小，电路设计完成后可以大量复制，无需电路调试，具有稳定性高、通用易维护和实用性强的优点。

（2）本实用新型的调制信号装置和解调信号装置的调制编码信号过程和解调解码信号过程均通过软件化和数字化实现，数字调制解调算法通过计算机仿真设计，更容易实现调试复杂的功能，可调性更高。

附图说明

图1为本实用新型的构成示意图。

图2为本实用新型调制信号装置的构成示意图。

图3为本实用新型可见光信号发射装置的构成示意图。

图4为本实用新型可见光信号接收装置的构成示意图。

图5为本实用新型解调信号装置的构成示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型实施方式作进一步详细地说明。

实施例

如图1所示，一种基于SDR技术的可见光通信系统，包括调制信号装置、可见光信号发射装置、可见光信号接收装置和解调信号装置 ，所述调制信号装置用于对输入的原始信号进行编码调制，调制成可见光信号发射装置能够识别的调制信号，并将调制信号传输给可见光信号发射装置；所述可见光信号发射装置用于接收调制信号，并将调制信号转换成可见光信号后传输给可见光信号接收装置；所述可见光信号接收装置用于接收可见光信号，并将可见光信号转换成调制信号后传输给解调信号装置；所述解调信号装置用于对调制信号进行解调解码，恢复原始信号，实现可见光通信。

如图2所示，所述调制信号装置包括上位机、单片机、CPLD复杂可编程逻辑器件、DAC数模转换器、无线收发器和混频器，所述上位机用于将输入的原始信号进行数据封装，再传输给单片机，单片机输出并行数据信息并控制可编程逻辑器件，对输入的原始信号进行编码调制，调制成数字化基带信号；所述DAC数模转换器用于将调制后的数字化基带信号转换成模拟基带信号，所述无线收发器用于接收模拟基带信号，并将模拟基带信号转换成调制信号后通过混频器下变频传输给可见光信号发射装置。其中，CPLD复杂可编程逻辑器件通过采用OQPSK调制算法，对输入的信号进行编码调制后再传输给可见光信号发射装置。

通过PC机向可见光通信系统中输入的数据信号，依次经过上位机、单片机、CPLD复杂可编程逻辑器件、DAC数模转换器、无线收发器和混频器，传输给可见光信号发射装置。

如图3所示，所述可见光信号发射装置包括依次连接的低通滤波器、电放大器、偏置器和LED灯，所述低通滤波器用于接收经调制信号装置编码调制后的调制信号，滤除信道噪声和其它干扰并取出低频分量，所述电放大器用于放大电信号，所述偏置器用于与直流信号合为一路信号，以达到LED灯的阈值电压，所述LED灯用于进行可见光发射，将可见光信号传输给可见光信号接收装置。

调制信号装置调制编码后的信号依次通过可见光信号发射装置中的低通滤波器、电放大器、偏置器和LED灯后，通过光信道传输给可见光信号接收装置。

如图4所示，所述可见光信号接收装置包括依次连接的透镜、滤光片、光电检测器、电放大器和低通滤波器，所述透镜用于聚光增加信号强度，滤光片用于提高光检测器对信号的敏感度，光电检测器用于将接收到的可见光信号转换成电信号，实现光电转换，电放大器用于放大电信号和低通滤波器用于取出低频分量以及滤除信道噪声和其它干扰，并将信号传输给解调信号装置。

可见光信号发射装置发射出的可见光信号依次通过可见光信号接收装置中的滤镜、滤光片、光电检测器、电放大器和低通滤波器传输给解调信号装置。

如图5所示，所述解调信号装置包括依次连接的混频器、无线收发器、ADC模数转换器、CPLD复杂可编程逻辑器件、单片机和上位机，所述混频器用于将可见光信号接收装置传输过来的调制信号上变频传输给无线收发器，所述无线收发器用于将调制信号转换成模拟基带信号，所述ADC模数转换器用于将模拟基带信号转换得到数字化基带信号，所述上位机结合单片机控制CPLD复杂可编程逻辑器件，对信号进行解调解码，恢复为原始信号，实现可见光通信。其中，解调信号装置中的CPLD复杂可编程逻辑器件通过采用OQPSK调制算法，对得到的数字化基带信号进行解调解码后恢复为原始信号。

解调信号装置接收可见光信号接收装置传输过来的信号，并依次通过混频器、无线收发器和ADC模数转换器将电信号转换成数字化基带信号，最后由上位机结合单片机控制CPLD复杂可编程逻辑器件，对数字化基带信号进行解调解码，恢复为原始信号，实现可见光通信。