可见光通信原理及硬件方案

    可见光通信基本原理在正常照明前提下，将信息调制到LED灯发出的可见光中，接收端利用光电检测器（PD）将可见光并转换为电信号，并从中解调出相应的调制信息。

    基于可见光通信，太速硬件以高速AD，FPGA  DA 提供完美的解决方案。室内LED可见光高速数字通信系统的硬件框图如图所示。左侧实线框标出的为数字信号部分，主要包括PC数据源、数据接口、基带处理和DAC／ADC等模块，其中后三者设计集成于基带处理板上。图4．1中右侧虚线框标出的为模拟信号部分，主要包括LED驱动电路、LED、光信道、透镜、蓝色滤光片、光电二极管和光电处理电路。

方案一：125Msps的 AD，DA+XC7K325T FPGA处理平台

 

    板卡包括：两路AD , AD采用ADS62P45芯片，该芯片集成了两个14位的高速ADC，采样速率高达125MSPS，输入信号幅值1V，50欧姆阻抗，物理接口为 SMA；两路DA，DA采用AD9777芯片，该芯片为16位分辨率，最大输入数据速率为160Msps，插值后最大DAC转换速率400MSPS，该系列器件具有可选插值率(2x/4x/8x)以及能够以Fs/2、Fs/4或Fs/8混频的复合调制器，两路信号可以以I、Q分量信号输出。所有配置均通过一个易于使用的三线式或四线式SPI接口完成。输出信号幅值为1V，50欧姆阻抗，物理接口为 SMA。

 

方案二 ：1Gsps的 AD，DA+XC7V690T FPGA处理平台

1通道1 GSPS模数转换，ADC采用TI公司的ADS5400，12位单通道1G采样率  ；1通道2.5GSPS数模转换，DAC采用ADI公司的AD9739，14位2.5G射频数模转换器 ；FPGA采用一片Xilinx公司的XC7VX690T-FFG1761I FPGA芯片，两簇Micro公司的MT41K512M8RH-125 IT DDR3颗粒，每簇64bit 位宽，4GB容量，支持PCIeX8接口、HPC的FMC连接器、3路SFP+光通道（最高设计速度10Gbps）。

 

FPGA芯片 完成数据的收发控制、AD，DA、时钟芯片的配置。数据调制解调。

关键技术

调制解调技术

为了尽可能提高系统的数据传输速率，需采用额外的措施来缓解系统带宽受物理器件限制的影响，有效的缓解措施可总结为两类，一类是使用附加元件或使用均衡技术来缓解，具体方法包括在接收端使用蓝色滤波片滤除响应速度慢的黄光元素、在LED的驱动电路模块中使用预均衡技术以及在接收机端使用后均衡技术；第二类方法是使用效率更高的调制技术，即一个发送符号可传递尽可能多的信息。

目前应用到可见光通信系统中的调制方法包括开关键控、脉冲位置调制、差分脉冲位置调制，子载波脉冲位置调制，变脉冲位置调制，色移键控和正交频分复用等，以下将对目前可见光通信系统中的调制进行简要介绍。

可见光通信应用：

1 、依托深度覆盖照明网络，构建高速兼容、绿色低碳、健康安全的新型室内信息网络，激活电力线通信产业，拉动照明器材、线缆线材等下游产业；将是未来移动通信（5G）解决高速、高密度、深度覆盖问题的最有竞争力的手段。

2 、无需布设基站，即可提供一种定位精度达到米量级的低成本室内定位导航系统，可为大型建筑物、地下停车场、煤矿井下等提供室内定位服务，同时面向超市导购、博物馆讲解、广告推送、线上线下绑定服务等提供基于位置ID的信息服务系统。

3 、可为医院、机舱、舰船、矿井、巷道、加油站、油料库等电磁敏感或电子设备高度密集区域无线移动通信需求提供有效解决方案； 

4 、无需改造现有手机，利用摄像头与闪光灯提供可视化安全认证手段，其中光子安全支付属重量级安全认证，“一机通”及光子门禁属轻量级安全认证。

5 、基于LED车灯、交通信号灯及路灯，构建智能交通管控系统，面向无人驾驶、车辆间防撞等提供车联网解决方案，其它典型应用还包括灯塔通信、舰船间通信、户外应急设备等。

6 、无处不在的液晶屏幕作为光源，可以与手机、监控摄像头等终端间建立隐式信息传输链路，典型应用包括新型隐式广告及信息安全应用等。

7 、目前水声通信是主流技术，但传输速率低；可见光中蓝绿光波段在海水中衰减系数小，且实现速率较高；面向国家海洋战略，可望成为水下中近距离高速无线通信主流技术。

8 、基于Gbps乃至Tbps量级超高速传输能力，在信息安全领域（可见光高速单向优盘）、虚拟现实领域（可见光高速数传模块）、雷达/计算机领域（可见光高速光互联插件）应用前景看好。

9 、基于摄影测量学原理，利用LED阵列可实现毫米级定位精度，从而可实现高精度控制与测定，在工业机械手、家庭机器人等领域应用前景广阔。

这一绿色信息技术与室内信息网络、第五代移动通信、水下信息网络、无人驾驶车辆、家庭机器人、广告新媒体、移动安全支付等诸多新兴重要产业以及照明、金融、电力、线材、海洋等传统重大产业紧密关联，拉动的产业链绵长，潜在市场当量巨大。