一种增益自调整型正交频分复用可见光通信装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种增益自调整型正交频分复用可见光通信装置。
【背景技术】
[0002]随着新型材料、工艺及发光机理的革新，LED器件的发光效率和发光功率已得到了大幅提升，满足了其作为照明光源的基本要求，如今白光LED的光效已超过100 lm/W，远超过白炽灯的光效(15 lm/W)和荧光灯的光效(75 lm/W)。与传统白炽灯和荧光灯相比，LED由于在节能、环保、光效等方面的优势，白光发光二极管(LED)逐步取代传统照明设备(如白炽灯)成为主流照明设备。基于白光LED的可见光通信技术也逐步发展并深入人心，它是一种利用快速的光脉冲无线传输信息的技术。由于该技术具有无电磁干扰、安全性好保密性高且能在通信的同时照明的优点，作为室内短途无线通信网络的一种替补方式有着良好的发展前景，也使之成为目前人们的研究热点。
[0003]相对于有线通信，可见光无线通信存在背景光干扰、多径干扰等技术难题，为了在复杂条件下能够可靠地传输信息并提高通信质量，正交频分复用以及离散多音频调制技术等多载波调制技术成为了众多科研工作者的研究热点。正交频分复用的核心思想是将串行的高速数据流传输利用串并转换技术分成多个并行的数据流传输，并调制在多个满足正交条件的子载波上从而实现高速数据的传输。这样做不但可以去除载波之间的相关性，而且充分利用了普通多载波调制所浪费的频带资源，进而显著提高了频谱利用率。
[0004]目前，正交频分复用可见光通信系统存在两个问题:一是，随着通信距离的增加，接收端接收到的信号随之减小，给后端光信号的探测带来很大困难；二是，可见光信道存在的线性失真为应用快速傅里叶变换还原信号带来困难，导致误码率增大。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种增益自调整型正交频分复用可见光通信装置，用于改善正交频分复用可见光通信装置在不同通信距离下的性能，使系统的误码率在较大通信距离范围内处于一定水平上，克服现有正交频分复用可见光通信系统误码率对通信距离敏感造成的误码率高、通信距离短等缺点。
[0006]为了实现上述的目的，采用如下的技术方案。一种增益自调整型正交频分复用可见光通信装置，包括发送端、可见光信道和接收端，可见光信道为发送端至接收端的可见光自由传输空间，发送端与接收端由可见光信道连接；
所述发送端包括第一 DSP辅助模块、第一按键模块、第一显示模块、DSP发送模块、DC/DC驱动模块、DAC模块、信号耦合模块和LED光源模块，第一 DSP辅助模块内各单元与DSP发送模块电连接，第一按键模块的输出端与DSP发送模块电连接，第一显示模块的输入端与DSP发送模块电连接，DC/DC驱动模块的输入端与DSP发送模块电连接，DAC模块的输入端与DSP发送模块电连接，DC/DC驱动模块的输出端和DAC模块的输出端分别和信号耦合模块的两个输入端相连，信号耦合模块的输出端和LED光源模块的输入端电连接；
所述接收端包括可见光探测模块、前置放大与滤波模块、增益自调整模块、差分变换模块、差分ADC模块、DSP接收模块、第二 DSP辅助模块、第二按键模块和第二显示模块，可见光探测模块的输出端与前置放大与滤波模块的输入端电相连，前置放大与滤波模块的输出端与增益自调整模块的信号输入端电相连，增益自调整模块的输出端与差分变换模块的输入端电相连，差分变换模块的输出端与差分ADC模块的输入端电相连，差分ADC模块的输出端与DSP接收模块电相连，增益自调整模块的控制输入端与DSP接收模块电相连，第二 DSP辅助模块内各单元与DSP接收模块电连接，第二按键模块的输出端与DSP接收模块电连接，第二显示模块的输入端与DSP接收模块电连接；
所述LED光源模块发出的可见光信号直接进入可见光信道传输，经由可见光信道传输的可见光信号入射至可见光探测模块。
[0007]所述第一 DSP辅助模块包括第一供电单元、第一 SRAM单元、第一 SROM单元、第一复位单元和第一 JTAG单元，第一供电单元向发送端各模块提供所需的工作电压，第一 SRAM单元与DSP发送模块电相连，第一 SRAM单元与DSP发送模块电相连，第一复位单位与DSP发送模块电相连，第一 JTAG单元与DSP发送模块电相连。
[0008]所述第二 DSP辅助模块包括第二供电单元、第二 SRAM单元、第二 SROM单元、第二复位单元和第二 JTAG单元，第二供电单元向接收端各模块提供所需的工作电压，第二 SRAM单元与DSP接收模块电相连，第二 SRAM单元与DSP发送模块电相连，第二复位单位与DSP发送模块电相连，第二 JTAG单元与DSP发送模块电相连。
[0009]所述DC/DC驱动模块包括MOS管驱动器、PMOS管、Robycon电解电容、闭磁式功率电感、续流二极管，MOS管驱动器输出端与PMOS管相连，PMOS管输出端分别与闭磁式功率电感一端、续流二极管一端连接，Robycon电解电容分别与续流二极管另一端、闭磁式功率电感另一端连接。所述DAC模块包括双通道数字-模拟转换器。
[0010]所述可见光探测模块包括光电二极管、双通道高速低噪声运放芯片、多个电阻，可见光信号由光电二极管探测并输入到双通道高速低噪声运放芯片的输入端，双通道高速低噪声运放芯片使用多个电阻搭建成前端去噪放大电路，将可见光信号转换为可供后端探测的电信号输出。
[0011]所述前置放大与滤波模块包括低失真差分驱动器、电阻及电容，前端信号输入到低失真差分驱动器中，多个电阻将低失真差分驱动器搭建成前置放大器，其输出信号经过旁路电容滤波输出。
[0012]所述增益自调整模块包括零漂移程控放大器和电阻，放大及滤波信号输入到程控放大器中，程控放大器控制信号与DSP接收模块相连接，程控放大器输出端采用电容、电阻组成的RC滤波输出信号。
[0013]所述差分变换模块包括低失真差分驱动器、电容和电阻，前端信号输入经过电容、电阻进行滤波进入低失真差分驱动器中，产生两路幅值大小相等，相位极性相反的差分信号输出。
[0014]所述差分ADC模块包括差分型模拟-数字转换芯片、稳压模块、电容，差分信号输入到差分型模拟-数字转换芯片中，稳压模块输入接电源，输出标准电压接差分型模拟-数字转换芯片的电压基准端，多个电容连接到电源、地、信号之间作为滤波功能，差分型模拟-数字转换芯片输出信号送到DSP接收模块中进行数据处理及显示。
[0015]发送端的工作过程:DSP发送模块通过第一按键模块读取用户输入的信息、数据启动发送命令、数据停止发送命令等；当启动发送后，DSP发送模块控制DC/DC模块产生LED光源模块所需的直流电压，另一方面将要发送的数据进行串并转换、编码、快速傅里叶逆变换、插入导频、归一化和量化处理后变换为串行的数字量，并按照设定的时间间隔将数字量发送给DAC模块，后者输出正交频分复用基带信号；DAC模块输出的正交频分复用基带信号和DC/DC驱动模块产生的直流电压经信号耦合模块叠加后以驱动LED光源模块，使其发出的可见光信号加载了有用信息。该可见光信号通过可见光信道到达接收端。
[0016]接收端的工作过程:可见光探测模块将可见光信号变换为电信号，由前置放大与滤波模块放大以及去除噪声，并经增益自调整模块做信号幅度调理；调理后的信号经由差分变换模块被变换为差分信号后被传送至差分ADC模块；DSP接收模块经由差分ADC模块读取模拟电压，对其做如下处理:移除块状导频、快速傅里叶变换、信道估计、恢复原始数据、解码，最终得到有用信息，并将其显示到第二显示模块上。
[0017]增益自调整的过程:DSP接收模块通过差分ADC模块读取模拟电压，得到信号的幅度值(信号的最大值与最小值的差值);若信号的幅度小于设定的最小值，则DSP接收模块发送命令控制增益自调整模块，增大该模块的增益；若信号的幅度大于设定的最大值，则DSP接收模块发送命令控制增益自调整模块，减小该模块的增益。
[0018]与现有技术相比，本发明通过自适应增益技术调整接收端信号的幅度，使其处于电子器件的线性工作范围内；本发明可降低通信装置的误码率，并实现在较大通信距离范围内误码率的均一化，从而为室内短途无线通信提供解决方案。
【附图说明】
[0019]图1本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0021]本发明的结构如图1所示，本发明包括发送端、可见光信道和接收端；发送端与接收端经由可见光信道相连。发送端包括第一 DSP辅助模块、第一按键模块、第一显示模块、DSP发送模块、DC/DC驱动模块、DAC模块、信号耦合模块、LED光源模块；接收端包括可见光探测模块、前置放大与滤波模块、增益自调整模块、差分变换模块、差分ADC模块、DSP接收模块、第二 DSP辅助模块、第二按键模块和第二显示模块；可见光信道为发送端至接收端的可见光自由传输空间。
[0022]发射端各模块之间的连接关系为:第一 DSP辅助模块内各单元与DSP发送模块电连接；第一按键模块的输出端与DSP发送模块电连接；第一显示模块的输入端与DSP发送模块电连接；DC/DC驱动模块的输入端与DSP发送模块电连接；DAC模块的输入端与DSP发送模块电连接；DC/DC驱动模块的输出端和DAC模块的输出端分别和信号耦合模块的两个输入端相连；信号耦合模块的输出端和LED光源模块的输入端电连接。
[0023]LED光源模块发出的可见光信号直接进入可见光信道传输，经由可见光信道传输的可见光信号入射至可见光探测模块。
[0024]接收端各模块之间的连接关系为:可见光探测模块的输出端与前置放大与滤波模块的输入端电相连；前置放大与滤波模块的输出端与增益自调整模块的信号输入端电相连；增益自调整模块的输出端与差分变换模块的输入端电相连；差分变换模块的输出端与差分ADC模块的输入端电相连；差分ADC模块的输出端与DSP接收模块电相连；增益自调整模块的控制输入端与DSP接收模块电相连；第二 DSP辅助模块内各单元与DSP接收模块电连接；第二按键模块的输出端