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1、(10)申请公布号 CN 104022825 A (43)申请公布日 2014.09.03 C N 1 0 4 0 2 2 8 2 5 A (21)申请号 201410278892.1 (22)申请日 2014.06.21 H04B 10/116(2013.01) H04B 10/556(2013.01) H04B 10/69(2013.01) (71)申请人滁州惠智科技服务有限公司 地址 239001 安徽省滁州市南谯区紫薇南路 1559号5幢113室 (72)发明人耿云花 (54) 发明名称 一种室内可见光通信系统及其方法 (57) 摘要 一种室内可见光通信系统，包括：可见光发射 单元；可。
2、见光接收单元；服务器；介质转换模块； 终端设备；所述可见光发射单元与所述可见光接 收单元之间采用IEEE802.15.7标准协议进行通 信。该室内可见光通信系统及其方法，可兼顾可见 光通信的照明质量和通信可靠性，排除传统高频 无线电磁波对人体与周边电子机器干扰的疑虑， 绿色环保。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图1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2页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104022825 A CN 104022825 A 1/2页 2 1.一种室内可见光通信系统，包括： 可见光发射单元，其用于发射可。
3、见光，兼起照明和通信功能； 可见光接收单元，其用于接收可见光发射单元发射的可见光信号； 服务器，其通过Internet、Wi-Fi、USB、串口或电力线中的任何一种方式与所述可见光 发射单元通信，向所述可见光发射单元发射输入数据及其格式和控制命令； 介质转换模块，用于将所述接收到的可见光信号转换为以太网帧数据格式； 终端设备，用来发送和接收数据，可以根据TCP/IP协议完成应用层数据与物理层比特 流之间的相互转化； 其特征在于，所述可见光发射单元与所述可见光接收单元之间采用IEEE802.15.7标 准协议进行通信。 2. 如权利要求1所述的室内可见光通信系统，其特征在于，所述可见光发射单元包。
4、括 信道编码器、数字调制器、驱动电路和可见光光源；所述可见光接收单元包括光敏元件、调 理电路、数字解调器和信道译码器；所述介质转换模块包括光电转换介质芯片，其用于将来 自所述可见光接收单元的单极性非归零码（NRZ码）转换为双极性CMI码；所述输入数据的 格式包括帧头、发射可见光的ID、功能服务类型、数据长度、功能服务数据、检纠错校验位以 及帧尾，其中ID是所述可见光发射单元的地址，信息是一个32位二进制地址，由4个8位 字段构成，每个字段之间用点号隔开，用于标识位于不同位置的可见光发射单元。 3. 如权利要求2所述的室内可见光通信系统，其特征在于，所述输入数据采用二进制 形式，该二进制码流采用。
5、曼彻斯特编码方式，以防止由于二进制码“0”和“1”的交替而引发 在发送信号时可见光的闪烁。 4. 如权利要求3所述的室内可见光通信系统，其特征在于，所述输入数据的二进制码 流采用包括OOK、PPM、VPPM在内的任何一种调制方式。 5. 如权利要求2所述的室内可见光通信系统，其特征在于，所述光电转换介质芯片采 用ICPLUS公司的IP113ALF芯片，该芯片具备电平极性转换功能，其从外部输入工作时钟信 号，在其OSC1和X2引脚之间接入25MHz频率的晶振。 6. 如权利要求5所述的室内可见光通信系统，其特征在于，所述数字调制器采用采 用OOK-RZ (On-Off Keying Return。
6、 to Zero，开关键控一归零调制)与OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交频分复用)对编码信号进行调制；信道编码和调 制均在FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)信号处理板上完成；解 调和译码也是在一个FPGA处理板上进行；调制和解调电路使用的FPGA均为Altera公司的 FPGA EP3CSSF484I7，其内部的调制解调时钟为100MHz。 7. 如权利要求5或6所述的室内可见光通信系统，其特征在于，控制所述可见光发射 单元的可见光光源开关的信号为2FSK（Freque。
7、ncy Shift Keying 频移键控）信号，其基带信 号速率为100bps, fl为800Hz, f2为1000 Hz，所述可见光光源以f1和f2高频率闪烁；所 述可见光接收单元的光敏元件为光电二极管，其响应速度高于f1和f2。 8. 如权利要求7所述的室内可见光通信系统，其特征在于，所述光电二极管是PIN光 电二极管或雪崩光电二极管。 9. 如权利要求8所述的室内可见光通信系统，其特征在于，所述信道译码器包括高低 位分离电路及译码运算电路，所述高低位分离电路用于将接收到的CMI码的高低位进行分 权 利 要 求 书CN 104022825 A 2/2页 3 离，所述译码运算电路用于对所述。
8、CMI码分离后的高低位进行同或运算；所述高低位分离 电路设置有若干D触发器，所述D触发器设置有数据输入端D，时钟输入端CLK、反相置位端 SD及数据输出端Q，输入的CMI码在时钟CP的作用下被各个D触发器锁存。 10. 一种室内可见光通信方法，基于上述权利要求1-9中任意一项所限定的一种可见 光通信系统进行通信。 权 利 要 求 书CN 104022825 A 1/4页 4 一种室内可见光通信系统及其方法 0001 技术领域： 本发明属于光通信及新能源照明的交叉技术领域，其涉及一种室内可见光通信系统及 其方法。 0002 背景技术： 光，照亮着人们的生活;通信，改变着人们的生活。光通信技术作为。
9、光与通信的结合体 正改变着你我的生活。被誉为“绿色照明”的白光LED照明技术迅猛发展，根据富士经济的 预测，2012年全球的LED销售数量将达到1116亿个(比2008年增长111.6%), LED的迅速 普及使得可见光通信系统的建立成为了可能。正如激光遇见光纤一样，LED遇见了无线，可 见光通信技术也随着LED照明技术的发展步入了无线的殿堂。光LED作为室内照明设备，具 有亮度高、散热小、功耗低、辐射范围广等特点；作为光通信系统的光源，具有使用寿命长、 调制性能好、响应灵敏度高、发射功率大等优点。 0003 室内LED可见光无线通信技术主要应用在室内无线宽带接入网中，2000年，中川 研究室。
10、的研究人员Tanaka Yuichi等就基于室内白光LED通信光源的可见光通信系统的信 道进行了初步的数学分析和模拟计算，分析了白光LED照明灯用作室内照明用途的同时作 为通信光源的可能性。其后的研究也都是类似的理论分析报道。 0004 室内可见光通信的基本方法是将互联网技术嵌入到白光LED照明之中。白光LED 在取代现有的传统照明光源(如：日光灯，荧光灯)之后，经过家庭电力线等设备接入高速 互联网。这样利用专用的、能够收发信号的电脑，PDA以及其它信息终端，人们只要处在灯 光所能照射到的范围，就可以长时间的上传和下载高清晰画像、动画、广播信息等数据，且 相互之间不会发生干扰，因此这种光无线接。
11、入方式是一种较理想的无线接入方式。 0005 2010年上海世博会上，中国科学院半导体研究所在“沪上生态家”展厅首次展现 了基于LED照明的网络接入和多种电器的光学无线控制系统。下班回家前，主人可以利用 手机或远程网络向家里的LED灯发出工作指示，回到家就可以享受空调己调节好的适宜温 度，并在音乐声中享用微波炉己经提前做好的饭菜，这也就是室内可见光通信系统所带来 的智能世界。 0006 然而，如何兼顾可见光通信的照明质量和通信可靠性，是目前急需解决的问题。 0007 发明内容： 本发明要解决的技术问题是针对现有技术中的上述不足，提供一种室内可见光通信系 统及其方法。 0008 本发明提供的室内。
12、可见光通信系统及其方法，具体的技术方案如下： 一种室内可见光通信系统，包括： 可见光发射单元，其用于发射可见光，兼起照明和通信功能； 可见光接收单元，其用于接收可见光发射单元发射的可见光信号； 服务器，其通过Internet、Wi-Fi、USB、串口或电力线中的任何一种方式与所述可见光 发射单元通信，向所述可见光发射单元发射输入数据及其格式和控制命令； 介质转换模块，用于将所述接收到的可见光信号转换为以太网帧数据格式； 说 明 书CN 104022825 A 2/4页 5 终端设备，用来发送和接收数据，可以根据TCP/IP协议完成应用层数据与物理层比特 流之间的相互转化； 其特征在于，所述可见。
13、光发射单元与所述可见光接收单元之间采用IEEE802.15.7标 准协议进行通信。 0009 优选地，所述可见光发射单元包括信道编码器、数字调制器、驱动电路和可见光光 源；所述可见光接收单元包括光敏元件、调理电路、数字解调器和信道译码器；所述介质转 换模块包括光电转换介质芯片，其用于将来自所述可见光接收单元的单极性非归零码（NRZ 码）转换为双极性CMI码；所述输入数据的格式包括帧头、发射可见光的ID、功能服务类型、 数据长度、功能服务数据、检纠错校验位以及帧尾，其中ID是所述可见光发射单元的地址， 信息是一个32位二进制地址，由4个8位字段构成，每个字段之间用点号隔开，用于标识位 于不同位置。
14、的可见光发射单元。 0010 优选地，所述输入数据采用二进制形式，该二进制码流采用曼彻斯特编码方式，以 防止由于二进制码“0”和“1”的交替而引发在发送信号时可见光的闪烁。 0011 优选地，所述输入数据的二进制码流采用包括OOK、PPM、VPPM在内的任何一种调 制方式。 0012 优选地，所述光电转换介质芯片采用ICPLUS公司的IP113ALF芯片，该芯片具备电 平极性转换功能，其从外部输入工作时钟信号，在其OSC1和X2引脚之间接入25MHz频率的 晶振。 0013 优选地，所述数字调制器采用采用OOK-RZ (On-Off Keying Return to Zero，开关 键控一归零。
15、调制)与OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交频分复 用)对编码信号进行调制；信道编码和调制均在FPGA(Field Programmable Gate Array，现 场可编程门阵列)信号处理板上完成；解调和译码也是在一个FPGA处理板上进行；调制和 解调电路使用的FPGA均为Altera公司的FPGA EP3CSSF484I7，其内部的调制解调时钟为 100MHz。 0014 优选地，控制所述可见光发射单元的可见光光源开关的信号为2FSK（Frequency Shift Keying 频移键控）信号，其基带信号速率为100b。
16、ps, fl为800Hz, f2为1000 Hz，所 述可见光光源以f1和f2高频率闪烁；所述可见光接收单元的光敏元件为光电二极管，其响 应速度高于f1和f2。 0015 优选地，所述光电二极管是PIN光电二极管或雪崩光电二极管。 0016 优选地，所述信道译码器包括高低位分离电路及译码运算电路，所述高低位分离 电路用于将接收到的CMI码的高低位进行分离，所述译码运算电路用于对所述CMI码分离 后的高低位进行同或运算；所述高低位分离电路设置有若干D触发器，所述D触发器设置有 数据输入端D，时钟输入端CLK、反相置位端SD及数据输出端Q，输入的CMI码在时钟CP的 作用下被各个D触发器锁存。 0。
17、017 一种室内可见光通信方法，基于上述任意一种可见光通信系统进行通信。 0018 本发明提供的室内可见光通信系统及其方法的有益效果在于：可兼顾可见光通信 的照明质量和通信可靠性，排除传统高频无线电磁波对人体与周边电子机器干扰的疑虑， 绿色环保。 0019 附图说明： 说 明 书CN 104022825 A 3/4页 6 图1为本发明所提供的室内可见光通信系统的示意图。 0020 图2为本发明所提供的室内可见光通信系统的组成单元的功能框图。 0021 其中附图标记1服务器；2可见光发射单元；3可见光接收单元；4介质转 换模块；5终端设备；21信道编码器；22数字调制器；23驱动电路；24可见光。
18、光 源；31光敏元件；32调理电路；33数字解调器；34信道译码器。 0022 具体实施方式： 现结合附图将本发明做进一步的说明。 0023 如图1示出了本发明所提供的室内可见光通信系统。图2示出了本发明所提供的 室内可见光通信系统的组成单元的功能框图。 0024 一种室内可见光通信系统，包括： 可见光发射单元2，其用于发射可见光，兼起照明和通信功能； 可见光接收单元3，其用于接收可见光发射单元2发射的可见光信号； 服务器1，其通过Internet、Wi-Fi、USB、串口或电力线中的任何一种方式与所述可见 光发射单元2通信，向所述可见光发射单元2发射输入数据及其格式和控制命令； 介质转换模块。
19、4，用于将所述接收到的可见光信号转换为以太网帧数据格式； 终端设备5，用来发送和接收数据，可以根据TCP/IP协议完成应用层数据与物理层比 特流之间的相互转化； 所述可见光发射单元2与所述可见光接收单元3之间采用IEEE802.15.7标准协议进 行通信。其中可见光发射单元可以包括白光LED。 0025 优选地，所述可见光发射单元2包括信道编码器21、数字调制器22、驱动电路23 和可见光光源24；所述可见光接收单元3包括光敏元件31、调理电路32、数字解调器33和 信道译码器34；所述介质转换模块4包括光电转换介质芯片，其用于将来自所述可见光接 收单元3的单极性非归零码（NRZ码）转换为双极。
20、性CMI码；所述输入数据的格式包括帧头、 发射可见光的ID、功能服务类型、数据长度、功能服务数据、检纠错校验位以及帧尾，其中 ID是所述可见光发射单元3的地址，信息是一个32位二进制地址，由4个8位字段构成，每 个字段之间用点号隔开，用于标识位于不同位置的可见光发射单元3。 0026 优选地，所述输入数据采用二进制形式，该二进制码流采用曼彻斯特编码方式，以 防止由于二进制码“0”和“1”的交替而引发在发送信号时可见光的闪烁。 0027 优选地，所述输入数据的二进制码流采用包括OOK、PPM、VPPM在内的任何一种调 制方式。 0028 优选地，所述光电转换介质芯片采用ICPLUS公司的IP11。
21、3ALF芯片，该芯片具备电 平极性转换功能，其从外部输入工作时钟信号，在其OSC1和X2引脚之间接入25MHz频率的 晶振。 0029 优选地，所述数字调制器22采用采用OOK-RZ (On-Off Keying Return to Zero，开 关键控一归零调制)与OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交频分 复用)对编码信号进行调制；信道编码和调制均在FPGA(Field Programmable Gate Array， 现场可编程门阵列)信号处理板上完成；解调和译码也是在一个FPGA处理板上进行；调制 和解调电路使用的FPG。
22、A均为Altera公司的FPGA EP3CSSF484I7，其内部的调制解调时钟为 100MHz。 说 明 书CN 104022825 A 4/4页 7 0030 优选地，控制所述可见光发射单元2的可见光光源24开关的信号为2FSK （Frequency Shift Keying 频移键控）信号，其基带信号速率为100bps, fl为800Hz, f2为 1000 Hz，所述可见光光源24以f1和f2高频率闪烁；所述可见光接收单元3的光敏元件为 光电二极管，其响应速度高于f1和f2。 0031 优选地，所述光电二极管是PIN光电二极管或雪崩光电二极管。 0032 优选地，所述信道译码器34包括。
23、高低位分离电路及译码运算电路，所述高低位分 离电路用于将接收到的CMI码的高低位进行分离，所述译码运算电路用于对所述CMI码分 离后的高低位进行同或运算；所述高低位分离电路设置有若干D触发器，所述D触发器设置 有数据输入端D，时钟输入端CLK、反相置位端SD及数据输出端Q，输入的CMI码在时钟CP 的作用下被各个D触发器锁存。 0033 一种室内可见光通信方法，基于上述任意一种可见光通信系统进行通信。 0034 本发明提供的室内可见光通信系统及其方法的有益效果在于：可兼顾可见光通信 的照明质量和通信可靠性，排除传统高频无线电磁波对人体与周边电子机器干扰的疑虑， 绿色环保。 0035 当然，以上所述仅是本发明的较佳实施例，本发明并非局限于上述实施例和实施 方法。相关技术领域的从业者可在本发明的技术思想许可的范围内进行不同的变化及实 施，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于 本发明专利申请范围内。 说 明 书CN 104022825 A 1/1页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104022825 A 。