引用本文:
李迎春,田浩洋,胡姗姗,等. 基于LED灯矩阵的可见光通信发射系统[J]. 光通信技术,2021,45(6):53-57.
李迎春,田浩洋,胡姗姗,吴彦达,陈文娟,刘 冰
中国石油大学(华东) 理学院,山东 青岛 266580
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为降低手机摄像头接收可见光信号的难度,研制了一套新型发光二极管(LED)灯矩阵可见光通信发射系统。创新性提出通信灯与定位灯结合的灯矩阵排布结构,并自主设计了隔帧加载全亮灯光画面的特殊编码方式,实现光信息并行传输的同时保证照明效果。利用Matlab仿真软件对系统的照明与通信性能进行仿真分析,并对通信性能进行实验测试。结果表明:发射系统在2次有效信息传输中穿插一帧全亮画面,可以满足照明需求,且传输误码率较低,通信性能较好。
关键词:发光二极管灯矩阵;隔帧加载全亮灯光画面;光照度;误码率;Matlab仿真
中图分类号:TN914 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2021)06-0053-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.06.013
0 引言
可见光通信是指利用可见光波段的光作为信息载体,无需传输介质,在照明的同时进行通信的一种高速通信方式[1-2],具有频谱资源丰富、保密性强、抗电磁干扰和绿色节能等优点[3-7]。目前,可见光通信系统多使用单个发光二极管(LED)灯进行通信,灯每闪烁一次只能输出一位"0"或"1"的数字信号,这种串行通信方式的带宽低,对接收系统要求较高,不便于实际应用。因此,考虑使用数量较多的通信LED灯提供高质量的光信号覆盖与照明,许多研究团队也对此进行了深入研究[8-10]。在OMEGA工程研究组[11]的设计方案中,将所有LED均匀地分布在整个天花板区域,该方案在通信和照明方面具有较强的统一性,但不利于产品的规模化实现,且过于分散的LED分布使每个LED驱动电路的设计复杂度更高。在KOMINE T等人[12]的设计方案中,每个灯光矩阵由60×60个同型号LED组成,该结构搭建较复杂,且普通LED功率较低,难以满足室内照明需求,但该设计理念有利于产品的大规模推广,为设计灯矩阵发射系统提供了新思路。在实际应用系统中,为了使通信效果达到最优,需光照分布比较均匀,使移动终端的通信更加稳定。目前的可见光并行输出通信领域缺少一套结构简易、易于推广的成熟信息发射系统。基于此,本文研制一套基于LED灯矩阵的可见光通信发射系统。
4 结束语
本文针对手机摄像头接收可见光通信信息时存在的问题,自主研制了基于LED灯矩阵的可见光通信发射系统,将有效信息通过二进制位数据打包与穿插补充照明画面后,利用LED灯矩阵频闪完成信息的并行输出,仿真结果表明:本系统可以同时满足高速通信与照明的需求。本文对误码率进行仿真分析及实验测试,LED灯矩阵在接收俯仰角小于10°时,系统通信误码率较低。本系统可用于加油站、地下矿井等电磁禁盲区的通信,以及医院、地下停车场等场所的导航,尤其在大型超市中实现定位功能与进行商品导购方面具有优势。顾客在购物时,仅需打开手机APP即接收到发射端输出的商品售价、生产日期和保质期等信息,无需广告牌和导购员,实现购物智能化与便捷化。本系统为可见光通信技术的普及与应用提供了新方案,具有较高的应用价值和广泛的应用前景。