CN105049117A - 一种基于可见光通讯的智能交通*** - Google Patents
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Abstract
一种基于可见光通讯的智能交通***,本发明涉及智能交通***,其旨在提供高速网络访问,满足市场需求,并解决现有交通***中网络访问费用昂贵,无线Wi-Fi技术存在串扰管制通带的安全隐患且可行性低下等问题。该发明结构特征包括Li-Fi基站:其中包括光纤链路,建立访问端与互联网端的连接,处理电信号,接收和/或发送电信号;路灯:其中包括光电通讯装置,接收Li-Fi基站的电信号并转换为光信号发送;汽车:其中包括光电通讯装置,接收路灯的光信号和/或发送光信号至路灯。本发明用于道路中高速网络访问。
Description
技术领域
本发明涉及智能交通***,具体涉及一种基于可见光通讯的智能交通***。
背景技术
现有交通***中,乘客在困乏的旅途中对互联网访问有强烈的需求。现有技术中,一般地,乘客个人使用LTE技术进行互联网访问,2G访问速度低下,3G/4G流量费用过于昂贵;其次,公共交通的移动Wi-Fi共享网络大部分属于局域网,访问受限,并且对公共交通通讯产生影响,存在安全隐患;最后,卫星通讯技术民用化并不完善,可行性令人质疑。综上所述,现有交通***中,并不能很好地实现智能交通的网络化,乘客不能获得高速网络体验,市场需求不能得以满足。所以,本发明公开一种提供高速网络访问的智能交通***。
发明内容
针对上述现有技术,本发明目的在于提供一种基于可见光通讯的智能交通***,其旨在提供高速网络访问,满足市场需求,并解决现有交通***中网络访问费用昂贵,无线Wi-Fi技术存在串扰管制通带的安全隐患且可行性低下等问题。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种基于可见光通讯的智能交通***,包括Li-Fi基站:其中包括光纤链路,建立访问端与互联网端的连接,处理电信号,接收和/或发送电信号;路灯:其中包括光电通讯装置,接收Li-Fi基站的电信号并转换为光信号发送;汽车:其中包括光电通讯装置,接收路灯的光信号和/或发送光信号至路灯;路灯接收汽车发出的光信号,转换光信号为电信号上传至Li-Fi基站。
上述方案中,所述的光纤链路,包括信号发射通路和信号接收通路。
上述方案中,所述的信号发射通路,包括ASIC:至少输出两个电信号,每个电信号速率至少大于1Gbps/s;均衡器:通过超高速以太网接口连接ASIC,接收电信号;CDR&解串器:接收均衡器补偿后的电信号,进行时钟与数据恢复并解串;相位补偿器:接收CDR&解串器的电信号,在动态与静态电信号间进行相位拟合;串行器:接收相位补偿器拟合后的电信号,输出串行电信号;去加重驱动器:接收串行器的电信号,进行去加重和放大操作,输出电信号;FPGA:通过物理介质关联层接口连接去加重驱动器。均衡器可等效高通滤波器,对传输过程中高通信号损耗补偿,增加信号保真度;解串器将高速串行信号转换为并行信号,CDR对信号中时钟与数据进行恢复编码;去加重驱动器,使用去加重方式保持信号上升沿和下降沿处的幅度不变,其他地方信号减弱,调整信噪比,增加信号保真度;FPGA增加了***通用性,降低***成本。
上述方案中,所述的信号接收通路,包括FPGA:接收路灯上传的电信号;均衡器:接收FPGA发出对应信号发射通路中均衡器的电信号;CDR:接收均衡器补偿后的电信号,进行时钟与数据恢复;多路转换器:接收经CDR恢复后的电信号,输出至少两个半速电信号;去加重驱动器:接收多路转换器的半速电信号,进行去加重和放大操作;ASIC:通过超高速以太网接口连接去加重驱动器,至少接收两个半速电信号。多路转换器充分利用通信信道的容量,大大降低***的成本。
上述方案中,所述的光电通讯装置,包括LED驱动器:通过传输总线连接Li-Fi基站,输出控制信号;LED:接收LED驱动器的控制信号,根据电信号特定序列模式发出光信号;PIN光电二极管:接收光信号,转换为电信号;跨阻放大器:通过传输总线连接Li-Fi基站,接收PIN光电二极管的电信号,输出至Li-Fi基站。所述的跨阻放大器,包括交叉耦合的第一对差分输入晶体管和第二对差分输入晶体管。实现高频保真信号输入输出,具有更为广阔的带宽并且不受管制,跨阻放大器结构较简单,成本较低廉,可批量生产安装到道路路灯中。
上述方案中,所述的光电通讯装置和Li-Fi基站,在光通讯过程中,使用IEEE802.15.7协议定义物理层和媒体存取控制层。协议中使用曼切斯特编码实现数据中的“0”和“1”。
上述方案中,所述的汽车,还包括连接光电通讯装置的处理器,处理器连接有Wi-Fi装置。针对现有移动终端设备大多具有Wi-Fi功能的技术状况,进而完成现有技术对接,并增加***普适性。
上述方案中,所述的LED驱动器,包括单稳态触发单元。在不使用LED通讯时可节约能源。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为本发明中跨阻放大器电路图;
图3为本发明中信号接收采样示意图;
图中:1a_EQ、1b_EQ-均衡器,2_CDR&SER.-时钟数据恢复与解串器,3_DSW-相位补偿器,4_20Gbps&SER.-20Gbps速率的串行器,5_DE.&Drive、9_DE.&Drive-去加重驱动器,6_FPGA-现场可编程门阵列,7_CDR-时钟数据恢复,8_MUX-多路转换器,10-光电通讯装置,11_LEDDR.-发光二极管驱动器,12_TIA-跨阻放大器,13_LED-发光二极管,14_PIND.-光电二极管,15_WiFi-通用无线保真设备,16_CPU-中央处理器,17_ASIC-专用集成电路,Zpd-阻抗,Vpd-阻抗电压,VDD-电源,Q1、Q2、Q3、Q4-三极管。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
下面结合附图对本发明做进一步说明:
图1为本发明结构示意图,一种基于可见光通讯的智能交通***,包括Li-Fi基站100:其中包括光纤链路,建立访问端与互联网端的连接,处理电信号,接收和/或发送电信号;路灯200:其中包括光电通讯装置10,接收Li-Fi基站100的电信号并转换为光信号发送;汽车300:其中包括光电通讯装置10,接收路灯200的光信号和/或发送光信号至路灯200;路灯200接收汽车300发出的光信号,转换光信号为电信号上传至Li-Fi基站100。
图2为本发明中跨阻放大器电路图,所述的跨阻放大器12,包括交叉耦合的第一对差分输入晶体管Q1、Q2和第二对差分输入晶体管Q3、Q4;每个晶体管基极连有电容,发射极接地;交叉耦合方式可在高频输入下,有效降低输入信号响应模式因阻抗Zpd1、阻抗Zpd2引起的的特征减弱效应;电阻R3和电阻R4可以提供峰值检测点并增加带宽。
实施例1
图3为本发明中信号接收采样示意图,发光二极管LED13发出数据包,光电二极管14通过跨足放大器12连接FPGA6完成时钟同步,保证取样发生的时间准确性;LED驱动器11提前设置LED13的发光周期,保持与光电二极管14同周期,一个周期内发送单一数据延迟不超过3ms。在接收过程中,光电二极管14时钟领先LED13发光周期的1/4,LED13发出逻辑“0”(低光密度)时,光电二极管14开始取样1;LED13发出逻辑“1”(高光密度)时,光电二极管14开始取样2,FPGA6比较两个取样。
实施例2
图3中,光电二极管PIN.D3的曲线,光电二极管PIN.D3取样1、2能量相等,LED13和光电二极管PIN.D3时钟相位超出两个取样周期,出现此种情况可能是由于外界光太弱,导致接收光密度过低。因此,通讯算法应该包括,在两个取样信号中,至少保证一个是检测为逻辑“1”。比如,如果取样信号1、2没有超出确定的阈值,FPGA6识别时钟关闭2个周期,并进行时钟调整;如果在调整后,取样信号1、2还是没有超过阈值,则判定为目前没有光源输入同步信号模式。
实施例3
LED13灯可选波长区间在850nm,1310nm,1490nm,CW-DM,1550nm,DWDM;启用方式是光感应启动、无源光启动、光声控结合技术、光感应机械整合模块的和/或可选技术选择。
实施例4
LED驱动器11适用于以下MCU、DSP、CPU或者GPU、APU的RISC架构、ARM或x86架构、量子或光子CPU技术选择。纵观微型处理器的技术发展出现技术融合:光通讯芯片,石墨烯芯片的发明使网络发展硬件出现未知的异变,技术的进步只是选用标准的参考。但是出于改劣发明,或者成本考量,仅仅从实用性的技术方案选择。
本发明有益效果:实现交通运输过程中便捷的网络访问,满足市场需求,提供成本低廉的光通讯***,拓展通讯带宽,具有较高稳定性,安全性和通用性。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于可见光通讯的智能交通***,其特征在于,包括
Li-Fi基站(100):其中包括光纤链路,建立访问端与互联网端的连接,处理电信号,接收和/或发送电信号;
路灯(200):其中包括光电通讯装置(10),接收Li-Fi基站(100)的电信号并转换为光信号发送;
汽车(300):其中包括光电通讯装置(10),接收路灯(200)的光信号和/或发送光信号至路灯(200);
路灯(200)接收汽车(300)发出的光信号,转换光信号为电信号并上传至Li-Fi基站(100)。
2.根据权利要求1所述的一种基于可见光通讯的智能交通***,其特征在于,所述的光纤链路,包括信号发射通路和信号接收通路。
3.根据权利要求2所述的一种基于可见光通讯的智能交通***,其特征在于,所述的信号发射通路,包括
ASIC(17):至少输出两个电信号,每个电信号速率至少大于1Gbps/s;
均衡器(1a):通过超高速以太网接口XLAUI连接ASIC(17),接收电信号;
CDR&解串器(2):接收均衡器(1a)补偿后的电信号,进行时钟与数据恢复并解串;
相位补偿器(3):接收CDR&解串器(2)的电信号,在动态与静态电信号间进行相位拟合;
串行器(4):接收相位补偿器(3)拟合后的电信号,输出串行电信号;
去加重驱动器(5):接收串行器(4)的电信号,进行去加重和放大操作,输出电信号;
FPGA(6):通过物理介质关联层接口PMD连接去加重驱动器(5)。
4.根据权利要求2所述的一种基于可见光通讯的智能交通***,其特征在于,所述的信号接收通路,包括
FPGA(6):接收路灯(200)上传的电信号;
均衡器(1b):接收FPGA发出对应信号发射通路中均衡器(1a)的电信号;
CDR(7):接收均衡器(1b)补偿后的电信号,进行时钟与数据恢复;
多路转换器(8):接收经CDR(7)恢复后的电信号,输出至少两个半速电信号;
去加重驱动器(9):接收多路转换器(8)的半速电信号,进行去加重和放大操作;
ASIC(17):通过超高速以太网接口XLAUI连接去加重驱动器(9),至少接收两个半速电信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于可见光通讯的智能交通***,其特征在于,所述的光电通讯装置(10),包括
LED驱动器(11):通过传输总线连接Li-Fi基站(100),输出控制信号;
LED(13):接收LED驱动器(11)的控制信号,根据电信号特定序列模式发出光信号;
PIN光电二极管(14):接收光信号,转换为电信号;
跨阻放大器(12):通过传输总线连接Li-Fi基站(100),接收PIN光电二极管(14)的电信号,输出至Li-Fi基站(100)。
6.根据权利要求5所述的一种基于可见光通讯的智能交通***,其特征在于,所述的跨阻放大器(12),包括交叉耦合的第一对差分输入晶体管(Q1、Q2)和第二对差分输入晶体管(Q3、Q4)。
7.根据权利要求1所述的一种基于可见光通讯的智能交通***,其特征在于,所述的光电通讯装置(10)和Li-Fi基站(100),在光通讯过程中,使用IEEE802.15.7协议定义物理层和媒体存取控制层。
8.根据权利要求1所述的一种基于可见光通讯的智能交通***,其特征在于,所述的汽车(300),还包括连接光电通讯装置(10)的处理器(16),处理器(16)连接有Wi-Fi(15)装置。
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