CN104980219A - 基于fsk调制和电力线载波的可见光通信*** - Google Patents

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刘鹏
武学颖
张海玉
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Abstract

本发明提供一种基于FSK调制和电力线载波的可见光通信***，包括：信号预处理模块，用于将信号转换为第一数字信号并输出；电力线载波通信模块，与信号预处理模块连接，用于接收第一数字信号并进行FSK调制得到第一调制信号，并耦合到电力线上进行传输；转接模块，与电力线连接，用于将交流信号转换为直流信号，加上从电力线上分离出的第一调制信号，得到第二调制信号并输出；可见光通信模块，包括LED光源、光电检测器和信号解调单元，LED光源与转接模块连接，加载第二调制信号发出光信号，光电检测器接收光信号并转换为电信号，信号解调单元对电信号进行放大、滤波和解调，得到第二数字信号。本发明具有无电磁干扰、无频谱限制、适用范围广等优点。

Description

基于FSK调制和电力线载波的可见光通信***
技术领域
本发明涉及电力线载波通信与可见光通信技术领域，尤其涉及一种基于FSK调制和电力线载波的可见光通信***。
背景技术
电力线载波通信(Power Line Communication，简称PLC)是利用工频电能传输线路作为传输媒介、是电力***特有的一种通信方式。电力线网络是世界上最大的有线网络，不需要另外布线，通过电力线可以访问连接在它上面的任意通信设备，使得PLC在智能家居***中的应用越来越广泛。
射频技术在无线通信领域具有广泛的、不可替代的作用，但其缺点也越来越凸显，频谱资源紧张、电磁干扰、对人体危害、安全性不高、传输距离受限等等。作为射频通信的有效的补充，可见光通信技术受到越来越多的关注。可见光通信技术(Visible Light Communication，VLC)是指利用可见光波段的光作为信息载体，利用LED高速闪烁的特点，在空气中直接传输光信号的通信方式。白光LED具有使用寿命长、绿色环保、安全、不受频谱限制等优点，被人们广泛研究和利用。
FSK(Frequency-shift keying)频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。将调制技术、电力线载波技术和可见光通信技术有效的结合起来，发挥各自的优势是未来通信领域的一个重要研究方向。
发明内容
在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
本发明提供一种用于解决频谱资源紧张、传输距离受限等问题的基于FSK调制和电力线载波的可见光通信***。
本发明提供一种基于FSK调制和电力线载波的可见光通信***，包括：
信号预处理模块，用于将接收的信号转换为第一数字信号并输出；
电力线载波通信模块，与所述信号预处理模块通信连接，用于接收所述第一数字信号，对所述第一数字信号进行FSK调制得到第一调制信号，将所述第一调制信号耦合到电力线上进行传输；
转接模块，与所述电力线连接，用于将所述电力线传输的交流信号转换为直流偏置信号，从所述电力线上分离出所述第一调制信号，将所述第一调制信号加上所述直流偏置信号得到第二调制信号并输出；
可见光通信模块，包括LED光源、光电检测器和信号解调单元，所述LED光源与所述转接模块连接，接收并加载所述第二调制信号发出光信号，所述光电检测器检测接收所述光信号并将所述光信号转换为电信号，所述信号解调单元对所述电信号进行放大、滤波和解调，得到第二数字信号。
本发明提供的基于FSK调制和电力线载波的可见光通信***具有以下优点：
(1)LED光源在实现数据传输的同时还能实现照明的作用；
(2)相较射频通信，可见光通信有无电磁干扰、无频谱使用限制、绿色无污染、安全性高等优点，在有光的地方就可以实现通信，使用范围广；
(3)可见光无线通信与电力线传输结合较为容易实现，不需要对现有***做太大的改造，可以减少室内可见光通信***的构建成本，电力线网络遍布各个建筑，通过电力线访问连接可见光通信设备，节约了整个***的构建成本；
(4)本发明使用FSK调制方式，将FSK调制信号通过电力线载波传输直接加载到LED上，减少了可见光通信编码器和数字调制模块的环节，相较现有的可见光通信***降低了网络成本，提高了传输速率。
附图说明
参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
图1为本发明基于FSK调制和电力线载波的可见光通信***一种实施方式的***结构示意图。
图2为本发明基于FSK调制和电力线载波的可见光通信***一种优选实施方式中电力线载波通信模块的结构示意图。
图3为本发明基于FSK调制和电力线载波的可见光通信***一种优选实施方式中可见光通信模块的结构示意图。
附图标记说明：
10                   信号预处理模块
30                   电力线载波通信模块
50                   转接模块
70                   可见光通信模块
301                  FSK调制器
303                  功率放大单元
305                  电力线调制单元
701                  LED
703                  光电探测器
705                  信号解调模块
7051                 放大电路单元
7053                 滤波电路单元
7055                 FSK解调器
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
图1为本发明基于FSK调制和电力线载波的可见光通信***一种实施方式的***结构示意图。
如图1所示，在本实施方式中，本发明基于FSK调制和电力线载波的可见光通信***包括：
信号预处理模块10，用于将接收的信号转换为第一数字信号并输出；
电力线载波通信模块30，与信号预处理模块10通信连接，用于接收所述第一数字信号，对所述第一数字信号进行FSK调制得到第一调制信号，将所述第一调制信号耦合到电力线上进行传输；
转接模块50，与所述电力线连接，用于将所述电力线传输的交流信号转换为直流偏置信号，从所述电力线上分离出所述第一调制信号，将所述第一调制信号加上所述直流偏置信号得到第二调制信号并输出；
可见光通信模块70，包括LED光源、光电检测器和信号解调单元，所述LED光源与所述转接模块连接，接收并加载所述第二调制信号发出光信号，所述光电检测器检测接收所述光信号并将所述光信号转换为电信号，所述信号解调单元对所述电信号进行放大、滤波和解调，得到第二数字信号。
具体地，可见光通信模块70利用可见光进行通信，LED光源在发出光信号进行数据通信的同时也实现了照明的效果，具有无电磁干扰、无污染、不受频谱限制、适用范围广等优点。
优选地，电力线载波通信模块30包括：
FSK调制器，与所述信号预处理模块通信连接，用于接收所述第一数字信号，对所述第一数字信号进行FSK调制得到第一调制信号；
电力线调制单元，与所述FSK调制器连接，用于将所述第一调制信号耦合到电力线上进行传输。
具体地，利用电力线进行通信，可以最大幅度地利用现有的电力线网络，而无需进行大幅度改造或构建，节约了整个***的构建成本。
使用FSK调制方式，将FSK调制信号通过电力线载波传输直接加载到LED上，减少了可见光通信编码器和数字调制模块的环节，相较现有的可见光通信***降低了网络成本，提高了传输速率。
图2为本发明基于FSK调制和电力线载波的可见光通信***一种优选实施方式中电力线载波通信模块的结构示意图。
如图2所示，在一种优选实施方式中，电力线载波通信模块30包括：
FSK调制器301，与信号预处理模块10通信连接，用于接收所述第一数字信号，对所述第一数字信号进行FSK调制得到第一调制信号；
功率放大单元303，与FSK调制器301连接，用于放大所述第一调制信号；
电力线调制单元305，与功率放大单元303连接，用于将所述放大后的第一调制信号耦合到电力线上进行传输。
优选地，转接模块50包括：
带通滤波器，与所述电力线连接，用于从所述电力线上分离出所述第一调制信号；
交直流转换器，与所述电力线、所述带通滤波器和所述LED光源连接，用于将所述电力线传输的交流信号转换为直流偏置信号，再加上所述第一调制信号，得到第二调制信号并向所述LED光源输出。
图3为本发明基于FSK调制和电力线载波的可见光通信***一种优选实施方式中可见光通信模块的结构示意图。
如图3所示，在一种优选实施方式中，可见光通信模块70包括LED光源701、光电检测器703和信号解调单元705，其中信号解调单元705包括：
放大电路单元7051，与光电探测器703连接，用于对所述电信号进行放大；
滤波电路单元7053，与放大电路单元7051连接，用于对放大后的电信号进行滤波；
FSK解调器7055，与滤波电路单元7053连接，用于对放大、滤波后的电信号进行解调，得到第二模拟信号。
优选地，放大电路单元7051包括前置放大电路和主放大器。
综上所述，本发明提供的基于FSK调制和电力线载波的可见光通信***具有以下优点：
(1)LED光源在实现数据传输的同时还能实现照明的作用；
(2)相较射频通信，可见光通信有无电磁干扰、无频谱使用限制、绿色无污染、安全性高等优点，在有光的地方就可以实现通信，使用范围广；
(3)可见光无线通信与电力线传输结合较为容易实现，不需要对现有***做太大的改造，可以减少室内可见光通信***的构建成本，电力线网络遍布各个建筑，通过电力线访问连接可见光通信设备，节约了整个***的构建成本；
(4)本发明使用FSK调制方式，将FSK调制信号通过电力线载波传输直接加载到LED上，减少了可见光通信编码器和数字调制模块的环节，相较现有的可见光通信***降低了网络成本，提高了传输速率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于FSK调制和电力线载波的可见光通信***，其特征在于，包括：
信号预处理模块，用于将接收的信号转换为第一数字信号并输出；
电力线载波通信模块，与所述信号预处理模块通信连接，用于接收所述第一数字信号，对所述第一数字信号进行FSK调制得到第一调制信号，将所述第一调制信号耦合到电力线上进行传输；
转接模块，与所述电力线连接，用于将所述电力线传输的交流信号转换为直流偏置信号，从所述电力线上分离出所述第一调制信号，将所述第一调制信号加上所述直流偏置信号得到第二调制信号并输出；
可见光通信模块，包括LED光源、光电检测器和信号解调单元，所述LED光源与所述转接模块连接，接收并加载所述第二调制信号发出光信号，所述光电检测器检测接收所述光信号并将所述光信号转换为电信号，所述信号解调单元对所述电信号进行放大、滤波和解调，得到第二数字信号。
2.根据权利要求1所述的可见光通信***，其特征在于，所述电力线载波通信模块包括：
FSK调制器，与所述信号预处理模块通信连接，用于接收所述第一数字信号，对所述第一数字信号进行FSK调制得到第一调制信号；
电力线调制单元，与所述FSK调制器连接，用于将所述第一调制信号耦合到电力线上进行传输。
3.根据权利要求2所述的可见光通信***，其特征在于，所述电力线载波通信模块还包括：
功率放大单元，设置在所述FSK调制器和电力线调制单元之间，用于放大所述第一调制信号。
4.根据权利要求1所述的可见光通信***，其特征在于，所述转接模块包括：
带通滤波器，与所述电力线连接，用于从所述电力线上分离出所述第一调制信号；
交直流转换器，与所述电力线、所述带通滤波器和所述LED光源连接，用于将所述电力线传输的交流信号转换为直流偏置信号，再加上所述第一调制信号，得到第二调制信号并向所述LED光源输出。
5.根据权利要求1所述的可见光通信***，其特征在于，所述信号解调单元包括：
放大电路单元，与所述光电探测器连接，用于对所述电信号进行放大；
滤波电路单元，与所述放大电路单元连接，用于对放大后的电信号进行滤波；
FSK解调器，与所述滤波电路单元连接，用于对放大、滤波后的电信号进行解调，得到第二数字信号。
6.根据权利要求5所述的可见光通信***，其特征在于，所述放大电路单元包括前置放大电路和主放大器。
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