一种弱光探测通信携能系统及其传输算法的制作方法

本发明涉及通信技术领域，具体为一种弱光探测通信携能系统及其传输算法。

背景技术：

随着物联网时代的到来，频谱资源紧缺(～300ghz)的射频通信技术已经无法满足未来无线通信网络对带宽的需求。而可见光通信技术，利用～300thz丰富的频谱资源，可以极大地减轻射频频谱的负担。而且，凭借高带宽、低延迟、低成本、小尺寸、低功耗和抗电磁干扰能力强等优势，可见光通信技术在未来智能设备(如可穿戴设备、智能家居、智能交通系统等)中具有极大的应用前景。

近年来，可见光通信技术在传输速率和距离等方面已经取得了很大的进展。如何降低系统的能耗和提高系统的鲁棒性以支持“万物互联”是目前可见光通信技术面临的两大挑战。为此，具有较大探测面积的太阳能电池已被证实可以作为自供能的信号接收器来解决能耗和系统可靠性的问题。但是，到目前为止，基于太阳能电池的可见光通信技术的发展仍处于初级研究阶段。为了进一步提高系统的鲁棒性，利用具有高吸收系数的太阳能电池来实现弱光探测不失为一个很好的解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种弱光探测通信携能系统及其传输算法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种弱光探测通信携能系统，所述系统包括信源端和信宿端，所述信源端与信宿端通信的信道为可见光频段，且所述信源端包括可见光发射器，所述信宿端包括用于接收可见光的光电元件，所述光电元件为非晶硅太阳能滴胶板，且所述信宿端还包含蓄电池，所述蓄电池用于存储通过非晶硅太阳能滴胶板将可见光转换成的部分电能，所述非晶硅太阳能滴胶板即作为信号识别装置也作为储能转化设备。

优选的，所述信源端还包括调制器、信号输入端、光源控制器。

优选的，所述信宿端还包括分流模组、解调模组，所述分流模组分别与解调模组和蓄电池电连接。

优选的，所述解调模组包括跨阻放大器、低噪声放大器和带通滤波器。

优选的，所述可见光发射器为发光二极管或激光器。

优选的，所述非晶硅太阳能滴胶板的数量为多个，多个非晶硅太阳能滴胶板之间串联电连接，且至少一个非晶硅太阳能滴胶板通过分流模组分别与解调模组和蓄电池电连接。

一种弱光探测通信携能系统的传输算法，包括以下步骤，

信源端：

m1，调制器通过信号输入端获取要发送的数据；

m2，调制器将此数据通过光源控制器将数据加载在可见光发射器；

m3，可见光发射器发出可见光；

信宿端：

m4，非晶硅太阳能滴胶板表面接受光照，产生电流；

m5，电信号经过分流模组将电流进行分离分别传输给蓄电池和解调模组；

m6，解调模组将通过跨阻放大器、低噪声放大器和带通滤波器对电流进行处理并得到信号输入端的数据。

优选的，步骤m2中将数据加载在可见光的多个频段中。

优选的，所述分流模组为动态分流，当解调模组接收的信号信噪比较低时，则通过分流模组增加输入的信号电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本申请采用可见光发射器携带数据信息，取消传统方案中用于通信的专用发射设备，兼顾室内照明和通信的需求，同时结合无线电能传输技术，以达到节约能源，简化硬件结构，提高系统性价比，延长待机时间的目的；并且采用非晶硅太阳能滴胶板能够支撑较高的光电响应速率，同时其具有较高的光吸收系数在弱光环境下依然具有较高的响应值，能够促进实现可靠的可见光通信和有效的能量收集，并且非晶硅太阳能滴胶板的基材柔软能够应用于各种领域，有利于海陆空等各行业的通信、供能方面的应用；而且可以单信源多新宿的应用，信宿端可以在接收光强同时收集光的能量，能量信号在被非晶硅太阳能滴胶板接收后，经过一系列转换可以将光的能量存储在蓄电池中，这些捕获的能量将会被用于本装置的交互电路的耗能以及能量捕获电路的耗能，减少电线、排线的成本，可以免去给设备更换电源的麻烦。

附图说明

图1为本发明的传输算法流程图；

图2为本发明的系统在提高信噪比时的电连接变化图。

图中：1、信源端，2、信宿端，3、可见光发射器，4、光电元件，5、蓄电池，6、调制器，7、信号输入端，8、光源控制器，9、解调模组，901、跨阻放大器，902、带通滤波器，903、低噪声放大器，10、分流模组。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种弱光探测通信携能系统，所述系统包括信源端1和信宿端2，所述信源端1与信宿端2通信的信道为可见光频段，可见光的带宽较大从而能够避免拥堵，从而方便实现设备的大规模部署。且所述信源端1包括可见光发射器3，既能够实现照明也可以进行通信，所述信宿端1包括用于接收可见光的光电元件4，所述光电元件4为非晶硅太阳能滴胶板，非晶硅太阳能滴胶板在可见光谱中的光吸收系数比单晶硅高一个数量级，所以使用非晶硅太阳能滴胶板具有较高的响应值和相应速率，更加利于同时实现可靠的可见光通信和能量传递，且所述信宿端还包含蓄电池5，所述蓄电池5用于存储通过非晶硅太阳能滴胶板将可见光转换成的部分电能，所述非晶硅太阳能滴胶板即作为信号识别装置也作为储能转化设备，从而将通信、照明、能量传输三者结合，兼顾室内照明和通信的需求，利用非晶硅太阳能滴胶板作为光电元件，支持在极低亮度下工作，同时结合无线电能传输技术，以达到节约能源，简化硬件结构，提高系统性价比，延长待机时间的目的。

具体而言，所述信源端1还包括调制器6用于将信号调制、信号输入端7负责信号的来源、光源控制器8从而能够使见光发射器3按照调制后加载发光。需要说明的是，信号可以是通过ofdm调制的高阶信号，能够增大数据传递容量，另外也可以是通过频闪即通断(ook的方式)进行数据的传输，并且通过ook的形式其抗干扰的能力也有所提高，由于发出的光为高频光，所以闪断并不会影响人眼的观感。。

具体而言，所述信宿端2还包括分流模组10、解调模组9，所述分流模组10分别与解调模组9和蓄电池5电连接，从而将接收的可见光获取的电信号分成两组分别用于通信和储能，经过加载数据信号调制后的光照射到非晶硅太阳能滴胶板会产生变化的电流信号，经过分流模组10如隔直电容的作用下，被分为直流用于给蓄电池5充电、变化部分给解调模组9解调信号。

具体而言，所述解调模组9包括跨阻放大器901、低噪声放大器903、带通滤波器902，所述分流模组10可将光电元件4接收的信号进行处理分流，由于是利用可见光通信，不可避免会受到环境因素的影响，例如白天室内的情况，主要的背景噪音是透过窗户进入的阳光和室内荧光灯，带通滤波器902可用于消除背景噪声，低噪声放大器903用来放大接收信号的幅度，从而提高接收器的信噪比。另外在分流模组10、跨阻放大器901、低噪声放大器903和带通滤波器902的作用下信号被分离处理，能够处理克服信号衰减和变形的问题。

所述可见光发射器3为发光二极管或激光器，其闪烁频率可在1khz以上，人眼不会感知影响观感。。

具体而言，为了实现能量的收支平衡，实现自给自足，并且根据不同情况的信噪比调节，即本系统可以进行调节信噪比和充电效率。所述非晶硅太阳能滴胶板的数量为多个，多个非晶硅太阳能滴胶板之间串联电连接，且至少一个非晶硅太阳能滴胶板通过分流模组10分别与解调模组9和蓄电池5电连接，当信噪比较低时，解调模组9获取的数据误码率有可能增加，此时可通过调整分流模组10与光电元件4的电连接来获取更多的电信号，如将两块串联的非晶硅太阳能滴胶板输出的电信号通过分流模组10来分离电流，从而提高信噪比，分压比例越高信噪比越高，充电效率则越低，其过程如图2所示，相同的如果信噪比良好，则可以减少传输给解调模组9的部分来获取更多的能源。。

本系统运行的过程为，在信源端1：

m1，调制器6通过信号输入端7获取要发送的数据；

m2，调制器6将此数据通过光源控制器8将数据加载在可见光发射器3；

m3，可见光发射器3发出负载信号的可见光；

在信宿端2：

m4，非晶硅太阳能滴胶板表面接受光照，产生电流；

m5，电信号经过分流模组10将电流进行分离分别传输给蓄电池5和解调模组9；

m6，解调模组9将通过跨阻放大器901对非晶硅太阳能滴胶板产生的电流进行电压转换，然后通过低噪声放大器903进行放大接收信号的幅度，之后通过带通滤波器902去除背景噪音，从提取得到到信号输入端7的数据可传输到外部设备如处理器等(处理器可以通过蓄电池供4电)，完成信号数据的可见光通信。

具体而言，为了实现更高更稳定的数据传输，所述m2中将数据加载在可见光的多个频段中，即进行正交频分复用。

具体而言，所述分流模组10为动态分流，在经过跨阻放大器901和低噪声放大器903处理后计算其信噪比，如信噪比太小例如小于3：1，则分流模组10可获取两块非晶硅太阳能滴胶板上的电压，即减少分流到蓄电池5的比例，从而降低信号识别的误码率，相反的可增加分流到蓄电池5的比例，可提高能量存储。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。