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可見光通信 調制解調技術 家庭機器人 可見光通信應用 原理及硬體方案

可見光通信原理及硬體方案

    可見光通信基本原理在正常照明前提下,将資訊調制到LED燈發出的可見光中,接收端利用光電檢測器(PD)将可見光并轉換為電信号,并從中解調出相應的調制資訊。

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    基于可見光通信,太速硬體以高速AD,FPGA  DA 提供完美的解決方案。室内LED可見光高速數字通信系統的硬體框圖如圖所示。左側實線框标出的為數字信号部分,主要包括PC資料源、資料接口、基帶處理和DAC/ADC等子產品,其中後三者設計內建于基帶處理闆上。圖4.1中右側虛線框标出的為模拟信号部分,主要包括LED驅動電路、LED、光信道、透鏡、藍色濾光片、光電二極管和光電處理電路。

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方案一:125Msps的 AD,DA+XC7K325T FPGA處理平台

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    闆卡包括:兩路AD , AD采用ADS62P45晶片,該晶片內建了兩個14位的高速ADC,采樣速率高達125MSPS,輸入信号幅值1V,50歐姆阻抗,實體接口為 SMA;兩路DA,DA采用AD9777晶片,該晶片為16位分辨率,最大輸入資料速率為160Msps,插值後最大DAC轉換速率400MSPS,該系列器件具有可選插值率(2x/4x/8x)以及能夠以Fs/2、Fs/4或Fs/8混頻的複合調制器,兩路信号可以以I、Q分量信号輸出。所有配置均通過一個易于使用的三線式或四線式SPI接口完成。輸出信号幅值為1V,50歐姆阻抗,實體接口為 SMA。

方案二 :1Gsps的 AD,DA+XC7V690T FPGA處理平台

1通道1 GSPS模數轉換,ADC采用TI公司的ADS5400,12位單通道1G采樣率  ;1通道2.5GSPS數模轉換,DAC采用ADI公司的AD9739,14位2.5G射頻數模轉換器 ;FPGA采用一片Xilinx公司的XC7VX690T-FFG1761I FPGA晶片,兩簇Micro公司的MT41K512M8RH-125 IT DDR3顆粒,每簇64bit 位寬,4GB容量,支援PCIeX8接口、HPC的FMC連接配接器、3路SFP+光通道(最高設計速度10Gbps)。

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FPGA晶片 完成資料的收發控制、AD,DA、時鐘晶片的配置。資料調制解調。

關鍵技術

調制解調技術

為了盡可能提高系統的資料傳輸速率,需采用額外的措施來緩解系統帶寬受實體器件限制的影響,有效的緩解措施可總結為兩類,一類是使用附加元件或使用均衡技術來緩解,具體方法包括在接收端使用藍色濾波片濾除響應速度慢的黃光元素、在LED的驅動電路子產品中使用預均衡技術以及在接收機端使用後均衡技術;第二類方法是使用效率更高的調制技術,即一個發送符号可傳遞盡可能多的資訊。

目前應用到可見光通信系統中的調制方法包括開關鍵控、脈沖位置調制、差分脈沖位置調制,子載波脈沖位置調制,變脈沖位置調制,色移鍵控和正交頻分複用等,以下将對目前可見光通信系統中的調制進行簡要介紹。

可見光通信應用:

1 、依托深度覆寫照明網絡,建構高速相容、綠色低碳、健康安全的新型室内資訊網絡,激活電力線通信産業,拉動照明器材、線纜線材等下遊産業;将是未來移動通信(5G)解決高速、高密度、深度覆寫問題的最有競争力的手段。

2 、無需布設基站,即可提供一種定位精度達到米量級的低成本室内定位導航系統,可為大型建築物、地下停車場、煤礦井下等提供室内定位服務,同時面向超市導購、博物館講解、廣告推送、線上線下綁定服務等提供基于位置ID的資訊服務系統。

3 、可為醫院、機艙、艦船、礦井、巷道、加油站、油料庫等電磁敏感或電子裝置高度密集區域無線移動通信需求提供有效解決方案; 

4 、無需改造現有手機,利用攝像頭與閃光燈提供可視化安全認證手段,其中光子安全支付屬重量級安全認證,“一機通”及光子門禁屬輕量級安全認證。

5 、基于LED車燈、交通信号燈及路燈,建構智能交通管控系統,面向無人駕駛、車輛間防撞等提供車聯網解決方案,其它典型應用還包括燈塔通信、艦船間通信、戶外應急裝置等。

6 、無處不在的液晶螢幕作為光源,可以與手機、監控攝像頭等終端間建立隐式資訊傳輸鍊路,典型應用包括新型隐式廣告及資訊安全應用等。

7 、目前水聲通信是主流技術,但傳輸速率低;可見光中藍綠光波段在海水中衰減系數小,且實作速率較高;面向國家海洋戰略,可望成為水下中近距離高速無線通信主流技術。

8 、基于Gbps乃至Tbps量級超高速傳輸能力,在資訊安全領域(可見光高速單向優盤)、虛拟現實領域(可見光高速數傳子產品)、雷達/計算機領域(可見光高速光互聯插件)應用前景看好。

9 、基于攝影測量學原理,利用LED陣列可實作毫米級定位精度,進而可實作高精度控制與測定,在工業機械手、家庭機器人等領域應用前景廣闊。

這一綠色資訊技術與室内資訊網絡、第五代移動通信、水下資訊網絡、無人駕駛車輛、家庭機器人、廣告新媒體、移動安全支付等諸多新興重要産業以及照明、金融、電力、線材、海洋等傳統重大産業緊密關聯,拉動的産業鍊綿長,潛在市場當量巨大。

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