[发明专利]一种基于sCAP调制的micro-LED可见光通信系统

说明书

本发明属于通信技术领域，具体为基于sCAP调制的micro‑LED可见光通信系统。本发明系统依次包括：数模转换单元，信号混合单元，micro‑LED光源，多个透镜，光电探测器，模数转换单元，信号处理单元；本发明将micro‑LED作为发射光源，其调制带宽可达230 MHz，并且micro‑LED的工作电流密度极大、平均亮度很高，达到数Gbps的通信速率，符合下一代高速通信的发展要求；另外通过sCAP的调制方式，简化系统和提高频谱利用率的效果，能够100%地利用频谱，将频谱利用率增加到高达9.12 bit/s/Hz。本发明将两者结合，可以充分发挥高带宽和高频谱效率的优势，以获得超高速的通信速率。在一定的频谱资源下，本发明具有极大的应用前景。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于LED的可见光通信系统。

背景技术

随着射频通信的广泛使用，其频谱资源愈发紧张，为拓展通信频谱，微波、毫米波以及光通信技术正飞速发展。可见光通信（VLC）不受现有频谱资源紧张的限制，并且可以提供更高的通信速率，以及具有与照明相结合的优势，是对射频通信技术的一种有效补充，因此引起了人们的广泛重视。可见光通信系统主要利用LED光源作为信号发射器，但商用LED的调制带宽最高仅有数十MHz，极大地限制了通信速率。同时，在可见光通信系统中采用一种高效的调制方式也是影响通信质量、通信速率的关键因素。

专利公开号为110266385A的中国专利申请，公开了基于正交频分复用（OFDM）调制的可见光通信系统和OFDM子载波映射方法。其流程如图1所示。其缺点在于，系统设计中需要复杂的子载波映射和快速傅里叶转换，这会增加系统的复杂度，并且子载波间需要严格的正交关系，容易受到LED非线性和信道噪声的影响，造成误码；而且，频带利用率相对较低。

Micro-LED作为一种新型光源，尺寸在微米级别，具有电流密度大、亮度高、结电容小等优点，其调制带宽可达几百MHz，使得采用micro-LED的可见光通信技术可以获得高达Gbps的传输速率，因此在可见光通信领域micro-LED备受关注。

本发明公开了一种名为交错无载波幅度和相位（sCAP）调制的新型的多载波复用技术，具有频带利用率高、系统设计简单等特点，可以优化系统性能，并公开了一种基于sCAP调制的micro-LED可见光通信系统，采用sCAP调制技术优化了信号调制的复杂度并简化了系统，采用micro-LED光源克服了传统光源低调制带宽的缺点，是可见光通信系统的通信速率和频谱效率等方面得到了显著的提升。

本文中缩略语和术语定义：

sCAP：交错无载波幅度和相位调制； OFDM：正交频分复用调制； micro-LED：微米级发光二极管； VLC：可见光通信； Bias-tee：T型偏置器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于sCAP调制的micro-LED可见光通信系统，以改善当前可见光通信系统传输速率低、频带利用率低及结构复杂的问题。

本发明提供的基于sCAP调制的micro-LED可见光通信系统，其组件依次包括：一个数模转换单元，一个信号混合单元，一个micro-LED光源，多个透镜，一个光电探测器，一个模数转换单元，一个信号处理单元；其中：

所述的micro-LED光源，用于发射光信号，完成电信号向光信号的转换；

micro-LED光源的基本结构为衬底、n-GaN层、InGaN/GaN量子阱层、p-GaN外延层，每个micro-LED形状根据实际需要可以为任意形状。

可选的，所述micro-LED衬底为蓝宝石衬底、硅衬底、GaN衬底、碳化硅衬底、柔性PET衬底或其它晶格匹配的衬底。

优选的，所述micro-LED尺寸大小为0.5—300 μm，每个micro-LED的-3 dB调制带宽从10 MHz到2 GHz不等。