基于以太网的可见光通信系统

可见光通信实验平台：
实物图：
系统通信链路：
从计算机A向计算机B发送以太网数据的流程是：
1.计算机A通过自身的网卡，将需要的数据传输到信号接口 处理电路模块，进行滤波和耦合到以太网转换模块。
2.信号经以太网介质转换模块进行时钟恢复、解扰等处理， 并将以太网的MLT-3电平转换成适合LED光源调制的单极性 NRZ电平，再传输到光发射机模块。
另外，还有时钟提取、信号判决再生和数据转发等功能。 以太网介质转换模块的工作方式是存储-转发，并不对4B5B 码进行编码和解码处理。这种处理方式忽略所有的误码，以 牺牲纠光源LED的工作原理与特性:
a.伏安特性:
b. P-I特性:
c.调制特性: 调制特性是指将电信号加载到LED 光源上变成光信号
（5）光接收机: 光接收机原理框图：
信息的处理是采用“电处理、光传输” 方式，这种工作方 式的特点是：光电探测器的功能相当于电通信系统中的检波器， 仅仅是完成光强度变换的检测，完成光/电转换；检测出的电 信号在后续处理中与传统的电通信系统几乎一样，在传统的电 系统中完成放大等各种处理。
LED 的模拟调制技术:
设置好合适的偏置电流，以使静态工作点位于LED 的P-I 特 性曲线的中间，避免线性失真，然后再提供足够大的调制电 流驱动LED 光源发出足够强的光功率。
LED 的数字调制技术: 利用PCM 脉冲来实现 控制LED 导通和截止， 驱动电路主要起到开 和关的作用，LED 的 P-I 特性的非线性对数 字调制来说影响很小， 所以电路的开关速率， 即数据调制速率才是数字调制首要考虑问题
两种优化的研究方法： ☆射极耦合电流开关型LED高速调制驱动电路：
由于该电路超越了线性范围工作, 即使输入端过激励时, 其仍没有达到饱和,所以开关速率更高,计算表明该电路可响 应300Mb/s以上的数字信号。
☆均衡技术：
国外研究人员通过在白光LED通信系统中引入均衡技术 来提高系统的调制带宽。以16个LED作为光源, 同时借助于 16组略有差异的调谐驱动电路使每个LED具有不同的峰值频 率。每个LED的前置均衡电路都由一个缓存器、谐振电路、 谐振电容、谐振电感以及直流源组成(将产生的直流信号叠 加到原始信号上)。通过实验证明, 采用均衡技术将LED的调 制带宽从3MHZ提高到了25MHZ,同时相应地降低了系统的误码 率。在接收端也引入了均衡技术, 在实验中接收端的均衡方 案由一个简单的一阶模拟均衡器组成。最终的实验测试表明, 收发两端引入均衡技术后, 系统可以在保持106 级误码率的 同时提供超过75Mb/s的传输速率。
吴华炳 谢彬 白仲亮
1.可见光通信的概念 2.基于以太网的LED可见光通信系统 3. OFDM技术在可见光通信中的应用
可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发 出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的， 将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入 电源插头即可使用。利用这种技术做成的系统能够 覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接， 因而具有广泛的开发前景。
（4）光发射机: 光发射机原理框图：
光发射机的主要功能是将电信号调制到LED 光源发出的 光上，然后在自由空间中传播出去。 光发射机性能的主要技术要求包括： （1）光源性能应符合要求。 （2）稳定的输出光功率。稳定的光功率输出能够保持系统 的稳定性。 （3）调制方法要简单，好的消光比。 （4）快的响应速度。
的特性。LED 的调制特性主要有两个问题，一是线性，二是 带宽。
LED 输出功率可表示为： p w p 0
1 (w )
可见光LED 驱动调制技术： 光波是电磁波的一部分，理论上光通信系统的信号调制
方式和电通信系统一样，都可以通过调幅、调频及调相把信 息调制到光上. 因为LED 光源的频谱不纯，中心频率也极不 稳定，出于设计实现简单和经济效益上考虑， 光通信系统 几乎都采用直接调制-幅度调制方式，称为直接光强度调制 法，即改变光源的激励电流，使得光输出强度随信号“0” 和“1”的不同而改变，用不同光输出强度代表不同信号。
(2)以太网介质转换模块：
计算机通过网卡与外界局域连接起来，网卡发送数据是 把计算机要发送的并行数据转换成串行数据，组装成以太网 帧，然后通过网卡的RJ45接口发送到5类非屏蔽双绞线上。
可见光通信系统要设计功能电路模块来完成信号从双极 性三电平的MLT-3编码到单极性码。同样的道理，来自光接 收器的单极性码也要通过功能电路模块变换成适合双绞线传 输的双极性三电平的MLT-3编码。
3.光发射模块的功能是向LED光源提供驱动电流，同时将电 信号调制到LED光源上，实现信号的电/光转换。信号调制成 光信号的形式，在空气中传播。
计算机B接收来自计算机A的数据流程：
1.PIN探测器接收来自计算机A的光信号，将光信号变成电信 号。
2. 变换后的电信号在光接收机模块和以太网介质转换模块 中进行放大、时钟提取和数据判决等处理，处理后的数据恢 复出原来的信息供计算机B使用。
(1)接口处理电路:
接口处理电路主要用于信号电平耦合，主要作用有：
1.将差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波使之得以增强，增 大传输距离。
2.提供芯片与外部模块的电气隔离，因为外部信号是通过电 磁场的转换耦合进来的，隔离了直流分量，避免大直流分量 对芯片的损坏， 还起到静电保护作用和一定的防雷作用。
3.兼容不同模块。隔离系统模块与模块之间的不同电平，以 防止不同电压通过网线传输损坏设备，使得采用不同电压供 电的模块可以兼容工作。
调制带宽是衡量LED的调制能力的参数, 是LED用于无线 光通信的重要参数之一, 它关系到LED的数据传输速度大小。 LED的调制带宽主要受有源区载流子复合寿命和PN结结电容 的影响。在白光LED制造工艺上, 除了减少载流子复合寿命 和减小寄生电容, 我们还可以采用具有很大的潜在调制带宽 的多芯片型白光。此外, 通过外部驱动电路的优化设计也是 提高LED调制能力的一种方法。