[发明专利]一种用于无线光通信的多光谱LED调制光源

说明书

技术领域

本发明涉及无线光通信所用的发射光源，尤其是紫外到近红外谱段的调制光源。

背景技术

随着平板电脑等个人网络设备的普及和网络服务的多样化，人们对无线网络的需求和依赖不断增加，传统的WIFI无线网络已经不能满足日益增长的需求。作为新兴的无线通信技术，无线光通信可以与现有无线通信网络结合，成为下一代无线通信网络的重要组成部分。美国电气和电子工程师协会(IEEE)已经为可见光谱段的无线通信制定了标准802.15.7以指导无线光通信系统的设计，英国、日本和韩国等国家的研究者也设计了一些系统模型。

与传统的射频通信技术相比，无线光通信技术具有不需要谱段授权、没有电磁干扰和不易被窃听的优点。其中可见光谱段的无线光通信，还可以在完成照明功能的同时实现高速的数据通信，以减小能耗。因此适合用于室内家居和一些对电磁干扰敏感场合如医院的无线通信。由于光信号不能穿过墙壁，也可以由光学天线控制方向，因此其具有天然的小区分隔，并可以通过空分复用来提高信道的容量，非常适用于人口密度较大场合的通信。如会议会场。

当前的无线光通信系统大多是分别基于紫外LED、白光LED或者RGB三色LED，并没有出现将所有可用的LED谱段集成在一起的多光谱通信系统，大气中的光谱信道资源没有得到完全利用。目前基于紫外、可见光和近红外LED无线光通信系统的光源大多是使用LED直接对大气进行光信号发射或者简单地经过凸透镜进行发射，并没有相应的光学发射天线设计，因而在能量聚焦、光束定向和信道的空分复用方面存在缺陷。

发明内容

本发明的任务在于提供一种基于LED阵列，能够同时发送从紫外到近红外谱段多谱段无线光信号，并具有光学发射天线的多光谱无线光通信光源。

其技术解决方案是：

一种用于无线光通信的多光谱LED调制光源，其特征在于包括信源，信号处理和调制电路、数字电源电路、多光谱LED驱动电路、LED驱动电源、LED发射子系统和光学发射天线7个部分。其中信源把对输出光信号的各个参数的要求发送给信号处理和调制电路，同时发送通信数据；信号处理和调制电路在接收到来自信源的控制指令和通信信号之后，产生多路相应频率和调制方式的调制信号，同时向信源反馈运行状态，并将调制后的电信号分别发送给多路多光谱LED驱动电路；每路多光谱LED驱动电路将调制信号转化为特定LED阵列所需的大功率电流信号，然后发送给对应的LED发射子系统；LED发射子系统共有多个，每个LED子系统都包含特定谱段的LED阵列及其固定和散热结构。所有LED发射子系统在光学发射天线内拼接，再利用光学发射天线将各个谱段的光信号整合到一起发射。该系统的光谱覆盖范围为200到1000纳米。

上述多路LED发射子系统中的LED使用的分别是紫外、可见光和近红外LED阵列。对于每路信号，所支持的最大输出电压为75V，最大输出电流为500mA。

上述信号处理和调制电路包括FPGA处理器，FLASH存储器，通信接口处理器，电源模块和信号整形模块。根据信源发送的控制指令和通信信号，通过调制算法产生相应频率和调制方式的调制信号，并将调制信号整形，发送到多光谱LED驱动电路，同时将内部运行状态反馈给信源。

上述多光谱LED驱动电路包括LED驱动器芯片和反馈，利用调制信号控制LED驱动器芯片，可将TTL电平标准的调制信号转化为驱动LED阵列所需的电流信号；通过调整反馈，可以对LED阵列的驱动电流进行调整，从而调整LED的平均发射光强度。

上述光学发射天线还包括光束整形系统和混光板。通过光束整形系统调节光束的发散角，通过混光板将多光谱信号融合，在实现无线光通信的同时达到照明的效果。通过调整各谱段LED阵列的相对光强，可以按需求改变混光后出射光的整体颜色。

上述光束整形系统包括微透镜阵列和变焦距光学子系统；微透镜阵列将LED发射子系统发出来的光束整形为一束平行光，再利用变焦距光学子系统根据需要将光束的发散角在0°到45°之间进行调节；变焦距光学子系统由3到4片透镜组成。

上述混光板为像扩散混光板，可以将多个LED阵列整形发出的多光谱信号混合，并且在不改变配光曲线的前提下实现光线均匀输出，并防止眩光。

本发明具有以下有益技术效果

本发明同现有技术中“紫外调制光源”相比，具有以下优点：

(1)能够同时发射多路多光谱调制信号，谱段覆盖范围从200nm到1000nm，即紫外到近红外光的光谱范围。在实现照明功能、控制照明光颜色的同时实现了波分复用的无线光通信。