用于空间光通信的空分复用策略、方法与收发器结构.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103973366 A (43)申请公布日 2014.08.06 C N 1 0 3 9 7 3 3 6 6 A (21)申请号 201310052912.9 (22)申请日 2013.01.31 H04B 10/11(2013.01) (71)申请人刘晓博 地址 614000 四川省乐山市市中区海棠路 129号 (72)发明人刘晓博 (54) 发明名称 用于空间光通信的空分复用策略、方法与收 发器结构 (57) 摘要 本发明的目的是提供一种用于空间光通信的 空分复用策略、方法与收发器结构，在多个光信源 在通信距离较短的窄空间内，光信源间具有空间 距离，对光信源光学成

2、像，光学成像的像具有可分 辨的距离尺寸，形成按空间距离分布的信源及其 对应的可区分的光通道，根据距离尺寸或相同光 信源发出光信号的时间一致性将多个光通道一一 分离，将带宽翻多倍；只安装一组探测器/解码器 即可，无需更改其他任何设备。 (51)Int.Cl. 权利要求书3页 说明书8页 附图6页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书8页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103973366 A CN 103973366 A 1/3页 2 1.一种用于窄空间光通信的空分复用策略，其特征在于：多个光信源在通信距离较短 的窄空间内，光信源间具有空间距离，

3、对光信源光学成像，由于通信距离较短，所述光学成 像的像具有可分辨的距离尺寸，形成按空间距离分布的信源及其对应的可区分的光通道， 根据可分辨的距离尺寸或相同光信源发出光信号的时间一致性将同一空间中的多个光通 道一一分离后，首先对每个光通道内信号单独进行探测和解码，其基本结构包括光学成像 器、探测器、解码器；包括如下步骤： 步骤1：光学成像系统对光信源成像； 步骤2：探测器将成像的光信号转换为电信号； 步骤3：解码器对电信号进行处理，利用可分辨的距离尺寸或相同光信源发出光信号 的时间一致性将同一空间中的多个光通道一一分离； 步骤4：对每个光通道内信号单独进行探测和解码。 2.一种基于窄空间光通信的

4、空分复用策略的光信源头探测器，其特在于，所述探测器 是多个探头在空间上排列成矩阵的图像传感器，每个探头对应一个信道，信道与探头所在 空间位置一一对应。 3.权利要求2所述一种基于窄空间光通信的空分复用策略的光信源头探测器，其特征 在于，所述探测器的探头是光导型探测器、光敏二极管、结型光敏二极管、PIN光敏二极管、 光电倍增管或雪崩光敏二极管，以及多个探头集成在一块芯片上的集成电路探测器，包括： CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD(Charge Coupled Device)图像 传感器；所述探测器用于探测三种光信号时，其结构包括：

5、感光探头是正六边形，且分三层 排列，同种光的探头位于同一层，不同光的探头两两错位，三层按蜂窝状叠在一起，相邻的 不同光的探头具有相同的接收面积；所述探测器用于探测四种光信号时，其结构包括：感 光探头是正四边形，且分四层排列，同种光的探头位于同一层，不同光的探头两两错位组成 “田”字叠在一起，相邻的不同光的探头具有相同的接收面积。 4.一种基于窄空间光通信的空分复用策略的光学成像器，其特在于，所述光学成像器 是一种用于空间光通信基于空分复用策略的光学成像镜片组采用定焦距的光学镜片组，镜 片组利用景深成像；第一透镜为凸向物方正透镜，第二透镜为双凹负透镜，第三透镜为凸向 物方正透镜，第四透镜为双凹正

6、透镜。 5.一种用于窄空间光通信的光学成像器的调光器，其特征在于，或在光路上添加一块 或多块感光变色透镜，或光学成像系统的一块或多块透镜采用感光变色透镜，变色透镜根 据光强逐渐改变颜色的深浅，对于设定的频率范围内的光，光强越强颜色越深(浓)，光强 较弱时，恢复为无色。 6.一种用于数字光通信的空分方法，其特征在于，根据相同光信源发出光信号的时间 一致性(同时性)，或对应的信道位置相近(集中)性，从数据或图形对光通道进行区分，包 括：数据方法1和2，图形方法1和2；数据方法1，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1：检测信道中是否有数字信号，将确有数字信号的信道归为一类； 步骤2：在一类中电平相同且

7、同时变化的信道归为同一信源(光通道)； 将信道区分开以后，若同一信源中包含两个及以上信道，则采用各信道投票，票数最多 为最终的信号； 数据方法2，其特征包在于，括如下步骤： 权 利 要 求 书CN 103973366 A 2/3页 3 步骤1：检测信道中是否有数据块传输，将确有数据块的信道归为一类； 步骤2：在一类中具有相同数据块的信道归为同一信源(光通道)； 将信道区分开以后，若同一信源中包含两个及以上信道则有冗余，采用冗余信道的数 据块进行校对； 图形方法1，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1：将信道作为图像的像素，电信号的强度作为该像素的明亮程度，信道位置作为 该象素在图像中的位置； 步

8、骤2：对图像进行识别，将图像划分为多个较明亮的区域，区域与区域之间具有较暗 的过渡带； 步骤3：选取区域的几何中心或区域中最明亮的区对应的信道归为同一信源(光通 道)；或将同一区域的信道归为同一信源(光通道)； 图形方法2，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1：将信道作为图像的像素，信道确有信号则对应像素不为无色，信道位置作为该 象素在图像中的位置； 步骤2：对图像进行识别，将图像划分为多个有色的区域，区域与区域之间具有无色的 过渡带； 步骤3：给区域标上不同的颜色，两两区域颜色不同，同一颜色对应的信道归为同一信 源(光通道)；或选取区域的几何中心或重心附近的信道，归为同一信源(光通道)。 7.

9、权利要求6所述一种用于数字光通信的空分方法，其特征在于，所述数据和图形对 光通道进行区分的方法，分为物理层或数据层两层，所述物理层包括如下步骤： 步骤1：检测信道中是否有数字信号，将确有数字信号的信道归为一类； 步骤2：在一类中电平相同且同时变化的信道归为同一信源(光通道)； 所述数据层包括如下步骤： 步骤1：检测信道中是否有数据块传输，将确有数据块的信道归为一类；在一类中具有 相同数据块的信道归为同一块； 步骤2：同一块的信道中，或将信道作为图像的像素，电信号的强度作为该像素的明亮 程度，信道位置作为该象素在图像中的位置；或将信道作为图像的像素，信道确有信号则对 应像素不为无色，信道位置作为

10、该象素在图像中的位置； 步骤3：对图像进行识别，或将图像划分为一个或多个较明亮的区域，区域与区域之间 具有较暗的过渡带；或将图像划分为一个或多个有色的区域，区域与区域之间具有无色的 过渡带； 步骤4：面积最大的区域中，选择较明亮或区域的几何中心附件的像素对应的信道归 为同一信源(光通道)。 8.一种能量反馈式LED电路结构，其特征在于：采用能量反馈的驱动方式，将分压LED 串联接入LED驱动电路的供电回路，能量反馈电路串联或并联接入LED驱动电路的供电回 路；所述能量反馈电路可采用交流电路；所述LED驱动电路可省略。 9.权利要求8所述一种能量反馈式LED电路结构，其特征在于，所述能量反馈电路

11、是 DC-DC电路，包括：boost、boost软开关电路，或DC-AC-DC电路，包括：全桥或半桥移相软开 关电路、CLL电路、LCC电路；所述分压LED是多个直流LED芯片或高压直流LED芯片串联 权 利 要 求 书CN 103973366 A 3/3页 4 或串并联；所述LED驱动电路是LED光信源驱动电路时，是用于数字通信的LED光信源电路 结构。 10.一种基于空分复用方法用于数字通信的LED光信源电路控制策略，当所述光信源 组合是红(R)、绿(G)、蓝(B)光信源组，且红(R)、绿(G)、蓝(B)用于照明时，其特征在于， 控制策略分为物理层或数据层，有数据传输时物理层包括如下步骤：

12、 初始：约定分组大小，分组序号在分组中的位置或所在信源 步骤1：将数据块分组，按顺序编号；添加字节，将各组编号存于约定位置 步骤2：探测分组中1或0的个数，分组按照个数从多到少排序 步骤3：根据各信源累计的传输1或0的数目，信源按照数目从多到少排序 步骤4：分组按照反序分配到各信源，即数目最多的分配个数最少的，数目排第二的分 配个数排倒数第二的，同理，将分组分配到所有信源后累计各信源传输1或0的数目，若分 组未分配完则跳到步骤3； 所述数目按设定时间间隔清空一次； 有数据传输时，数据层包括如下步骤： 步骤1：将数据分块； 步骤2：对分块进行数据压缩编码(01均匀化，减少数据长度)； 步骤3：将

13、压缩后的分块传送到物理层； 无数据传输时，包括三种策略，策略一，无论有无数据块，物理层产生01间隔的分组： “010101”与待传输分组进行逻辑运算，在接收端，利用同步的01间隔的分组将其解码； 策略二，若确无数据传输，数据层产生01间隔的数据块：“010101”，不进行数据压缩，直 接传送到物理层；策略三，提高能量反馈电路反馈的能量，从而增强分压LED输出功率。 权 利 要 求 书CN 103973366 A 1/8页 5 用于空间光通信的空分复用策略、 方法与收发器结构 技术领域 0001 本发明属于光通信源领域，特别涉及一种提高带宽的方法，具体说是利用空间位 置划分信道的空分复用策略、方

14、法与接收器结构。 背景技术 0002 光通信利用光学信号传输信息，根据调制与信息之间存在的确定关系，修改波的 振幅，强度，频率，相位，偏振态，方向或相干性，修改何种参数完全取决于信息，光源和环境 性质及花费成本。 0003 光通信中较为先进的研究课题很大程度上是为了克服衰减和色散的影响，以便以 及高的速度在非常元的距离上传输极多的信息，波分复用技术在不必改以上任何技术的前 提下，将多色光混合到单束光纤中，在接收端，首先从光学上分成多个通道单独进行探测和 解码，因此，只要安装一组探测器/解码器即可，无需更改整个线路带宽范围内其他任何设 备。 0004 与光纤通信不同，空间光通信具有空间上的特点，

15、本发明基于空间通信的特点，提 出一种用于窄空间的空分复用策略，极大地提高了带宽。 发明内容 0005 本发明的目的是提供一种用于空间光通信的空分复用策略，其特征在于：多个光 信源在通信距离较短的窄空间内，光信源间具有空间距离，对光信源光学成像，由于通信距 离较短，所述光学成像的像具有可分辨的距离尺寸，形成按空间距离分布的信源及其对应 的可区分的光通道，根据可分辨的距离尺寸或相同光信源发出光信号的时间一致性将同一 空间中的多个光通道一一分离后， 首先对每个光通道内信号单独进行探测和解码。 0006 普通的数字光通信典型工作过程是如下步骤： 0007 步骤1：探测器将像转换为电流，将电流中的直流分

16、量和部分噪声虑除，得到电信 号； 0008 步骤2：将电信号的振幅与设定的电平(阀值)比较得到数字信号； 0009 本发明的目的是提供一种用于数字光通信的空分方法，其特征在于：根据相同光 信源发出光信号的时间一致性(同时性)，或对应的信道位置相近(集中)性，从数据或图 形对光通道进行区分； 0010 所述数据对光通道进行区分包括两种方法，数据方法一包括如下步骤： 0011 步骤1：检测信道中是否有数字信号，将确有数字信号的信道归为一类； 0012 步骤2：在一类中电平相同且同时变化的信道归为同一信源(光通道)； 0013 将信道区分开以后，若同一信源中包含两个及以上信道，则采用各信道投票，票数

17、 最多为最终的信号； 0014 所述数据对光通道进行区分包括两种方法，数据方法二包括如下步骤： 0015 步骤1：检测信道中是否有数据块传输，将确有数据块的信道归为一类； 说 明 书CN 103973366 A 2/8页 6 0016 步骤2：在一类中具有相同数据块的信道归为同一信源(光通道)； 0017 将信道区分开以后，若同一信源中包含两个及以上信道则有冗余，采用冗余信道 的数据块进行校对； 0018 图形对光通道进行区分包括两种方法，图形方法一包括如下步骤： 0019 步骤1：将信道作为图像的像素，电信号的强度作为该像素的明亮程度，信道位置 作为该象素在图像中的位置； 0020 步骤2：

18、对图像进行识别，将图像划分为多个较明亮的区域，区域与区域之 间具 有较暗的过渡带； 0021 步骤3：选取区域的几何中心或区域中最明亮的区对应的信道归为同一信源(光 通道)；或将同一区域的信道归为同一信源(光通道)； 0022 图形对光通道进行区分包括两种方法，图形方法二包括如下步骤： 0023 步骤1：将信道作为图像的像素，信道确有信号则对应像素不为无色，信道位置作 为该象素在图像中的位置； 0024 步骤2：对图像进行识别，将图像划分为多个有色的区域，区域与区域之间具有无 色的过渡带； 0025 步骤3：给区域标上不同的颜色，两两区域颜色不同，同一颜色对应的信道归为同 一信源(光通道)；或

19、选取区域的几何中心或重心附近的信道，归为同一信源(光通道)； 0026 所述数据和图形对光通道进行区分的方法，分为物理层或数据层两层，所述物理 层包括如下步骤： 0027 步骤1：检测信道中是否有数字信号，将确有数字信号的信道归为一类； 0028 步骤2：在一类中电平相同且同时变化的信道归为同一信源(光通道)； 0029 所述数据层包括如下步骤： 0030 步骤1：检测信道中是否有数据块传输，将确有数据块的信道归为一类；在一类中 具有相同数据块的信道归为同一块； 0031 步骤2：同一块的信道中，或将信道作为图像的像素，电信号的强度作为该像素的 明亮程度，信道位置作为该象素在图像中的位置；或将

20、信道作为图像的像素，信道确有信号 则对应像素不为无色，信道位置作为该象素在图像中的位置； 0032 步骤3：对图像进行识别，或将图像划分为一个或多个较明亮的区域，区域与区域 之间具有较暗的过渡带；或将图像划分为一个或多个有色的区域，区域与区域之间具有无 色的过渡带； 0033 步骤4：面积最大的区域中，选择较明亮或区域的几何中心附件的像素对应的信 道归为同一信源(光通道)； 0034 本发明的目的是提供一种LED电路结构，其特征在于：采用能量反馈的驱动方式， 将分压LED串联接入LED驱动电路的供电回路，能量反馈电路串联或并联接入LED驱动电 路的供电回路；优点是：分压LED既用于照明也降低了

21、驱动电路和能量反馈电路的工作电 压，能量反馈电路可采用交流电路，由于交流具有天然过零点，易于实现软开关，整个电路 具有更高效率。 0035 本发明的目的是提供一种用于数字通信的基于空分复用方法的LED光信源电路 结构，其特征在于：采用能量反馈的驱动方式，将分压LED串联接入LED光信源驱动电路的 说 明 书CN 103973366 A 3/8页 7 供电回路，能量反馈电路串联或并联接入LED光信源驱动电路的供电回路；优点是：分压 LED既用于照明也降低了光信源驱动电路和能量反馈电路的工作电压，能量反馈电路可采 用交流电路，由于交流具有天然过零点，易于实现软开关，整个电路具有更高效率。 0036

22、 所述一种用于数字通信的基于空分复用方法的LED光信源电路结构，其特征在 于，所述能能量反馈电路是DC-DC电路：boost或boost软开关电路；所述交流电路是 DC-AC-DC电路：全桥或半桥移相软开关电路、CLL电路、LCC电路； 0037 所述一种用于数字通信的基于空分复用方法的LED光信源电路结构，其特征在 于，所述LED光信源驱动具有多个桥臂，每个桥臂驱动一个光信源，驱动 的光信源组合是 红、蓝、绿光信源组时，控制策略分为物理层或数据层，有数据传输时物理层包括如下步 骤： 0038 初始：约定分组大小，分组序号在分组中的位置或所在信源 0039 步骤1：将数据块分组，按顺序编号；添

23、加字节，将各组编号存于约定位置 0040 步骤2：探测分组中1或0的个数，分组按照个数从多到少排序 0041 步骤3：根据各信源累计的传输1或0的数目，信源按照数目从多到少排序 0042 步骤4：分组按照反序分配到各信源，即数目最多的分配个数最少的，数目排第二 的分配个数排倒数第二的，同理，将分组分配到所有信源，后累计各信源传输1或0的数目， 若分组未分配完则跳到步骤3； 0043 所述数目按设定时间间隔清空一次。 0044 有数据传输时，数据层包括如下步骤： 0045 步骤1：将数据分块 0046 步骤2：对分块进行数据压缩编码(01均匀化，减少数据长度) 0047 步骤3：将压缩后的分块传

24、送到物理层 0048 无数据传输时，包括三种策略，策略一，其特征在于：无论有无数据块，物理层产生 01间隔的分组：“010101.”与待传输分组进行逻辑运算，在接收端，利用用同步的01间 隔的分组将其解码；策略二，其特征在于：若确无数据传输，数据层产生01间隔的数据块： “010101.”，不进行数据压缩，直接传送到物理层；策略三，其特征在于：提高能量反馈电 路反馈的能量，从而增强分压LED输出功率； 0049 其优点是：有数据传输时，物理层的控制策略，使得红，蓝，绿光信源在传输信息的 同时，发出基本等量的光，混合成为较稳定的白光；数据层的控制 策略将01均匀化，使得 白光光强在时间上较均匀分

25、布，同时分压LED也发出白光，减小了红、蓝和绿光不等量以及 光强在时间上的不均匀分布；无数据传输时，或红，蓝，绿光信源发出等量的光混合成为白 光，或分压LED提高输出功率，弥补了红，蓝，绿光信源不工作时光强减少。 0050 本发明的目的是提供一种用于数字通信的基于空分复用方法的LED光信源的接 收器结构，其特征在于，探测器是多个探头在空间上排列成矩阵的感光器，每个探头对应一 个信道，信道与探头所在空间位置一一对应； 0051 所述一种用于数字通信的基于空分复用方法的LED光信源的接收器结构，其特征 在于，所述探测器的探头是光导型探测器、光敏二极管、结型光敏二极管、PIN光敏二极管、 光电倍增管

26、或雪崩光敏二极管，以及多个探头集成在一块芯片上的集成电路探测器，包括： CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)或CCD(Charge Coupled Device)图像 说 明 书CN 103973366 A 4/8页 8 传感器。 0052 专利附图 0053 图1是本发明提供的一种空间光通信的空分复用策略原理示意图 0054 图2是本发明采用的一种定焦光学成像系统的镜片组系统结构仿真图 0055 图3是本发明提供的一种能量反馈LED电路结构图 0056 图4是本发明提供的一种带LED驱动电路的能量反馈LED电路结构图 0057 图5是本发

27、明提供的一种能量反馈LED电路仿真原理图 0058 图6是电源电压es和半桥电路供电电流i波形图 0059 图7是半桥电路供电侧电压Up和反馈电流id波形图 0060 图8是本发明提供的一种带能量反馈的LED光信源电路结构图 0061 图9是本发明提供的一种带能量反馈的LED光信源电路图 0062 图10是本发明采用的一种RGB和RGBWr接收器基本结构平面图 图11是本发明采用的一种RGBWr接收器基本结构平面图 0063 图12是本发明采用的一种RGB接收器分层原理图 0064 图13是本发明采用的一种RGB接收器分层虑光原理图 0065 图14是信源成像在接收器探头矩阵上分布示意图 具体

28、实施方式 0066 本发明提供一种用于空间光通信的空分复用策略、方法及其收发电路结构下面结 合附图对该结构的工作过程做详细说明，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发 明的范围及其应用。 0067 实施例1用于空间光通信的空分复用策略 0068 图1是本发明提供的一种空间光通信的空分复用策略原理示意图。图中物具有A、 B两端，两光信源分别位于A、B两端，物通过光学成像系统成像，两光信源的光分别聚集在 像的a、b两端；探测器是多个探头在空间上排列成矩阵的感光器，每个探头对应一个信道， 信道与探头所在空间位置一一对应，位于a、b附近的的探头检测到光信号，与探头对应的 信道中产生电流信号；L1是

29、物到光学成像系统的物镜的距离，L2是像到物镜的距离，h1是 物A、B两端的距离，h2是像a、b两端的距离，由于L1较小，h1较大时，h2足够大，使得离 a、b端较远的探头几乎检测不到光信号，从而a、b端附近的信道成为具有信号的区域，信号 较弱或没有信号的信道将该区域一分为二，所以可根据信道位置将信道区分开；由于a端 附近的光信号的时间一致性(频率和相位一致)，信道内的数据必定相同，也可将信道区分 开。 0069 实施例2用于空间光通信的定焦距光学镜片组CODE V仿真 0070 图2是本发明提供的用于空间光通信空分复用策略的光学成像系统的镜片 组系 统结构仿真图，图中第一透镜为凸向物方双面非球

30、面正透镜；第二透镜为双凹双面非球面 负透镜；第三透镜为凸向物方双面非球面正透镜；第四透镜为双凹双面非球面正透镜，平 行板用于保护探测器的成像面，图2中，当物超过景深时，光线经过四个透镜折射后，能够 较好地聚集在探测器的成像面上成为清晰的像。采用感光的变色调光方法，平行板可根据 光强较快改变颜色的深浅，其特征在于，对于设定的频率范围内的光，光强越强颜色越深 说 明 书CN 103973366 A 5/8页 9 (浓)，光强较弱时，恢复为无色；优点是，与通过可变光圈调光相比，采用感光的变色调光 方法，由于变色需要时间长，反应时间较长、灵敏度较低，但是结构简单，体积小，适用于对 成像质量要求不高，小

31、体积的场合； 0071 实施例3能量反馈式LED电路 0072 图3和图4是本发明提供的一种能量反馈式LED电路结构图。图3中，能量反馈电 路低压侧与LED驱动电路并联后与分压LED串联，高压侧的两条反馈支路与电源连接，正常 工作时有两种控制策略：只控制能量反馈电路的控制策略、同时控制量反馈电路与LED驱 动电路的控制策略，只控制能量反馈电路的控制策略，其特征是：能量反馈电路高压侧向电 源注入能量以吸收低压侧LED驱动电路供电回路中的电流量，从而改变流过分压LED的电 流；优点是：与串联电阻和电抗的限流方法相比，采用能量反馈电路限流，可控性强，效率 高；与LED驱动控制的方法相比，分压LED降

32、低了驱动电路的工作电压，并作为功率输出元 件替代了驱动电路的部分输出，从而减小了驱动电路容量，效率更高，成本更低，能量反馈 电路可以采用交流电路，则易于采用软开关电路，效率更高； 0073 同时控制能量反馈电路与LED驱动电路的控制策略，其特征是，LED驱动 电路输 出功率与分压LED输出功率成正比，由于总的LED输出功率是LED驱动电路输出功率加上 分压LED输出功率，所以调节LED驱动电路输出功率则成比例地调节了总的LED输出功率， 调节能量反馈电路反馈的功率则成比例地调节了分压LED的输出功率，且两种调节线性叠 加；优点是：分压LED电流包含频率较高的谐波分量时，能量反馈电路产生反向电流

33、抵消谐 波分量，则LED驱动只需从基波上调节LED，从而维持了LED的稳定运行。 0074 图4中能量反馈电路与分压LED串联，与图3的不同是图4仅包含能量反馈电路。 0075 实施例4能量反馈式LED电路的MatLab仿真 0076 图5是能量反馈LED电路仿真原理图，采用图4所示电路结构，其中能量反馈电路 是直交直的半桥移相软开关电路，开关T1、T2正向串联组成臂，电容Cu、Cq串联组成另一 个臂，变压器T原变与电感L串联组成桥，桥跨接在两臂上，电容Cp与两臂并联作为直流供 电侧电容，变压器T副变通过整流二极管D3、D4与副变中心抽头组成变压整流结构，二级管 D5、D6、D7、D8组成整流

34、桥，变压整流结构直流输出端连接电容Cd和Ld组成的PF(无源滤 波器)输入端后，PF输出端的低电位端连接到电容Cp的高电位端，PF输出端的高电位端 则与整流桥的高电位端连接；分压LED并联滤波电容Cu后串联接入能量反馈电路的供电回 路；D1、D2分别是开关T1、T2的嵌位二极管，Csu、Csd是等效寄生电容；i是流过分压LED 及其滤波电路的供电电流，电流id是能量反馈电路反馈回电源的反馈电流，电容Cp端电压 Up；电源es是电压500Hz有效值150V至240V的交流电源，主要元件电路参数值如表1所 示。 0077 表1 0078 C 10uF Cu、Cq、Ct1、Ct2 100nF Cp

35、100uF Cd 500pF L 1mH Ld 47uH 分压LED内阻50欧姆 说 明 书CN 103973366 A 6/8页 10 分压LED阀值Ucu 170V 电流i工作电流设定值iref 22mA 0079 仿真控制策略是：随电源电压es变化而调节能量反馈电路输出功率，以维持电流 i不变，则能量反馈电路输出功率P为：Piref*Up。 0080 仿真结果如图6、图7所示，图6是电源电压es和能量反馈电路供电电流i波形 图，横轴为时间轴，纵轴为电流和电压值，电流为0.1A/格，电压为100V/格；电源电压es在 0.05s时由有效值150V跳变到240V，电流i始终保持20至25mA

36、，在0.05-0.054s时跳变至 33.5mA，0.054s时恢复至23mA； 0081 图7是能量反馈电路直流供电侧电压Up和反馈电流id波形图，横轴为时间轴单 位为s，纵轴为电流和电压值，电流为0.25mA/格，电压为100V/格；0.05s电源es电压跳变 后，使得电容Cp端电压Up跳变，反馈电流id随Up增大以维持供电电流i不变；Cd和Ld组 成的PF滤除了能量反馈电路反馈回电源的部分谐波。 0082 实施例5用于通信的能量反馈式LED电路 0083 图8是本发明提供的一种带能量反馈的LED光信源电路结构图，与图3的 不同 是，图8中LED驱动电路是用于通信的LED驱动电路；若用于通

37、信的LED驱动电路不用于照 明，其控制策略是，用于通信的LED驱动电路的供电电流变化时，能量反馈电路吸收该变化 量(产生相反的电流变化量)，从而维持流过分压LED的电流的稳定，从而维持光强稳定。 0084 图9是本发明提供的一种带能量反馈的LED光信源电路图，与图5的不同是，开关 T2、二极管D1、D2，电感L组成boost升压电路，boost升压电路作为能量反馈电路替换了原 图5中的半桥移相软开关电路，用于通信的LED驱动电路替换了原图5中的直流供电侧电 容Cp。 0085 实施例6基于空分复用的RGB或RGBWr接收器结构 0086 图10是本发明采用的一种RGB和RGBWr接收器基本结构

38、平面图。图10中，红光 探头R，绿光探头G，蓝光探头B为正六边形按照蜂窝状排列为一个基本单元；或红光探头 R，绿光探头G，蓝光探头B、红外光探头Wr为方形，按照“田”字排列为一个基本单元；探测 器多个基本单元排列成矩阵。 0087 图11是本发明采用的一种RGBWr接收器基本结构平面图。图11中，两个R、G、B 探头和一个Wr探头为正六边形，按照蜂窝状排列为一个基本单元；探测器是多个基本单元 排列成矩阵；RGB三种探头的探测器采用蜂窝状结构比采用田字结构分布更均匀，面积利 用率更高；同理，田字结构适用于RGBWr四种探头的探测器。 0088 图12和图13是本发明采用的一种CMOS的RGB接收

39、器分层原理图，图12和图13 中，蓝光探头B位于上层，采用虑光片滤除了绿光和红光；同理，绿光探头G位于中层，红光 探头R位于底层；不同光的探头两两错位，三层叠在一起，相邻的不同光的探头具有相同的 接收面积。 0089 实施例7基于空分复用方法的红绿蓝LED通信方法 0090 图14是信源成像在接收器探头矩阵上分布示意图，采用实施例5所述用于通信的 能量反馈式LED电路中，所述一种带能量反馈的LED光信源电路；且采用实施例6所述基于 空分复用的RGB或RGBWr接收器结构中，所述一种RGB接收器；以蓝光为例，蓝光的光信源 有两个且分别位于不同位置，通信过程分为信道分辨，收发模式选择，数据传输，其

40、特征在 说 明 书CN 103973366 A 10 7/8页 11 于： 0091 1.信道分辨 0092 利用同时性分辨：两个光信源发出不同的数据信号，比如信源1数据是11110000， 信源2数据是00001111，若未同步，区域1的信道接收到10而区域2信道接收到01；10和 01明显不同，由此将区域1和区域2分别归为不同的信源； 0093 利用图形分辨： 0094 步骤1：将信道作为图像的像素，电信号的强度作为该像素的明亮程度，信道位置 作为该象素在图像中的位置； 0095 步骤2：对图像进行识别，将图像划分为区域1和区域2，区域1与区域2之间具有 较暗的过渡带； 0096 步骤3：

41、选择区域1几何中心附近的信道； 0097 2.收发模式选择 0098 信源的信号频率较高时，可采用典型的收发模式：间隔一段时间或信道空闲时，信 源产生同步信号，例如01间隔的分组：“010101.”，将该分组作为数据发送，接收端对同 步信号进行锁相，输出同频同相的信号作为接收器的时钟信号； 0099 信源的信号频率较低时，可采用典型的收发模式： 0100 初始：约定发送端1比特对应的接收端采样个数n；或发送约定的样品，例如约定 4个01间隔的分组：“01010101”为样品，将该分组作为数据发送，接收端接收完后确定该数 据为约定的样品，则得出0或1对应的采样个数n； 0101 步骤1：按照接收

42、器的工作频率对信道内信号采样； 0102 步骤2：选择t0时刻，例如检测采样值明显变化时刻，例如0到1电平的上升沿， 或1到0电平的下降沿时刻作为t0； 0103 步骤3：将t0作为始端，对t0以后的采样值按长度n分割为多块，每块代表一个 比特，每比特的值是其中半数以上的采样值； 0104 步骤4：选择下一个t0时刻，例如检测采样值变化时刻作为t0，跳到步骤3。 0105 3.传输数据 0106 按功能划分为物理层和数据层，物理层如下所述： 0107 初始：约定分组编号位于分组首字节的第1至3位，约定分组大小为4Kbit； 0108 发送端工作步骤是： 0109 步骤1：0为首比特且01间隔的

43、数据：“010101.”与待传输数据块进行逻辑异或 (Xor)运算； 0110 步骤2：将数据块分为6m组(m为正整数)，按顺序编号；每组添加首字节，将各 组编号存于约定位置； 0111 步骤3：探测分组中1或0的个数，分组按照个数从多到少排序； 0112 步骤4：根据各信源累计的传输1或0的数目，信源按照数目从多到少排序； 0113 步骤5：分组按照反序分配到各信源，即数目最多的分配个数最少的，数目排第二 的分配个数排倒数第二的，同理，将分组分配到6个信源后，累计各信 源传输1或0的数 目；若分组未分配完，跳到步骤4，否则跳到步骤1等待下一个数据块。 0114 接收端工作步骤是： 说 明 书

44、CN 103973366 A 11 8/8页 12 0115 步骤1：接收到信号后按照编号的顺序将数据组组合成数据块； 0116 步骤2：0为首比特且01间隔的数据：“010101.”与数据块进行逻辑异或(Xor) 运算； 0117 数据层如下所述： 0118 若采用有码本的压缩编码则发送端工作分为码本同步和编码，发送端工作步骤 是： 0119 初始：约定码本编号位于分块首字节的第1至3位； 0120 步骤1：按码本对数据进行压缩编码(01均匀化)成为分块，添加分块首字节，将 码本编号存入首字节中约定位置，同时编写新的码本； 0121 步骤2：将分块传送到物理层； 0122 步骤3：空闲时，或

45、发送码本和码本编号，或产生01间隔的分块：“010101.”，将 分块传送到物理层； 0123 步骤4：定时发送新码本及其码本编号； 0124 接收端工作是：接收码本，更新码本编号对应的码本，由于码本编号只有3位，则 仅更新8个码本中的一个，按照码本编号指定的码本对分块进行解码。 0125 4、休息状态 0126 通信驱动长时间无数据传输则进入休息状态，此时，通信驱动不工作，控制能量反 馈电路的输出功率，使输出功率上升，分压LED电流上升，则分压LED光强增强以替代通信 驱动正常工作时光强，维持光强稳定。 0127 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何

46、熟悉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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。 说 明 书CN 103973366 A 12 1/6页 13 图1 图2 说 明 书 附 图CN 103973366 A 13 2/6页 14 图3 图4 说 明 书 附 图CN 103973366 A 14 3/6页 15 图5 图6 说 明 书 附 图CN 103973366 A 15 4/6页 16 图7 图8 图9 说 明 书 附 图CN 103973366 A 16 5/6页 17 图10 图11 图12 说 明 书 附 图CN 103973366 A 17 6/6页 18 图13 图14 说 明 书 附 图CN 103973366 A 18