[发明专利]一种利用驱动电路开关纹波进行LED光通信的装置

说明书

本发明公开了一种利用驱动电路开关纹波进行LED光通信的装置，该装置的拓扑采用DC‑DC变换器，控制方式采取恒定输出电流控制，在不增加任何器件的情况下，通过开关纹波实现信号的传输。本发明装置实现了在不影响正常照明且不增加专门的有线、无线通讯设备的条件下进行完成数据的传输，这使得LED装置运行状态的监控变得便捷且成本低廉；同时，本发明装置利用开关纹波作为载波信号，能够满足低速通信领域对于数据传输的要求。

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种利用驱动电路开关纹波进行LED光通信的装置。

背景技术

可见光通信作为一项新兴技术快速发展，因为可见光的频率相比于现有无线通信技术要高很多，其理论的通信速率比现有技术快100倍以上。可见光通信是控制LED的亮灭来实现的，因为LED亮灭的频率非常高，超出了肉眼可以识别的频率，所以可见光通信是可以保证在通信的同时维持正常的照明效果。同时，LED的市场非常广阔，广泛应用于电视、显示器、手机、家居照明等，成为了日常生活必不可少的一部分，这也就意味着可见光通信可以覆盖的范围非常大。

另外，可见光通信的成本也更加低廉，依靠日常照明即可实现数据的交互。可见光无法穿透不透明障碍物，所以所有通信的信息只局限于一个房间或者某一个特定区域，且随着距离的增加光的强度快速减小，信噪比也跟着减小，相比于现有无线通信技术减少了其他人接触到这些通信数据的可能性，这从特定角度可以理解为保证了通信时的安全问题。更重要的是，无线通信的频谱是受到严格管控的，各个通讯公司需要在有线的频谱里完成信号的传输，但是光波并没有这样的问题，而且因为光波无法穿透不透明障碍物，光波的频谱在不同的区域是可以重复利用的。

但是对于LED的驱动方式并没有一个被广泛接受的模式，LED的驱动主要有三方面的考虑：成本、效率和通信速率。现有的拓扑之一如图1所示，通过开关信号来驱动MOS管，因为MOS管的伏安特性曲线的特性是在小电流时呈现电阻性质，即线性电阻区；在大电流时基本保持电流恒定，不随源漏极电压而变化，即饱和区，其中这个维持的电流的数值是根据门极和源极之间的电压差来决定的。所以可以通过设定某一门极电压为工作电压以达到LED的恒流控制，整个工作过程是通过门极电压在设定工作电压和0之间来回切换的。如图1所示，信号传输过程中，如果一个码元内开通信号在前则表示0，关断信号在前则表示1；这种方法成本低廉，但是损耗较高，因为MOS工作在饱和区，相当于线性电源，效率计算等于LED两端电压除以输入直流电源电压，一般为了保证正常工作，输入直流电源电压和LED两端电压会保留一定的裕量，这就导致效率不高，这还是在不考虑辅助电源的情况下计算的效率。

由此可见，现有市场上的LED驱动电路基本都是在做成本、效率和通信速率之间的权衡，并没有一种能够在三方面同时兼顾的方案被提出。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种利用驱动电路开关纹波进行LED光通信的装置，该装置的拓扑采用DC-DC变换器，控制方式采取恒定输出电流控制，在不增加任何器件的情况下，通过开关纹波实现信号的传输。

一种利用驱动电路开关纹波进行LED光通信的装置，其采用输出恒流控制的DC-DC变换器，通过控制DC-DC变换器的PWM开关信号调节开关纹波的频率、幅值和相位，该开关纹波叠加在LED辐射光强中以实现通信；所述装置把生成PWM开关信号所需开关频率的三角波作为载波信号，调制方式为相移键控。

进一步地，所述装置的工作状态分成两个阶段：空闲阶段和通信阶段；数据的传输只在通信阶段进行，通信阶段又由过渡阶段和传输码元阶段交替组成，一个通信阶段对应了一帧数据的传输时间，一帧数据包含N个码元，一组交替的过渡阶段和传输码元阶段共同组成了一个码元的传输时间，即一帧数据的传输时间包含了N组交替的过渡阶段和传输码元阶段，N为大于1的自然数。