可見光通信在室外LED路燈上的實現

根據通信理論，減小判決中的誤碼率可從兩方面入手: 一是加大其輸入光功率; 一是提高信噪比。對于LED 路燈，由于LED 光源發出的是可見光，且發散角較大，對人眼睛基本無害、無電磁波傷害等優點，其本身的大功率就已經在一定程度上保證了系統的可靠性，最終結果將是接收端的信噪比決定全系統的通信性能。

圖3 信號解調

2. 4 Matlab 仿真( 圖4、圖5、圖6)

圖4 基帶信號，反碼信號，載波信號

圖5 基帶信號相乘，2FSK，疊加傳輸中產生的噪聲信號

圖6 相干解調與抽樣判決結果

將以上研究設計思路采用Matlab 進行仿真，基帶信號速率采用100bps，考慮到可選擇元器件的限制，f1 選擇800Hz，f2 為1000Hz，仿真結果證明該方案可行。

3 測試系統及驗證

3. 1 測試系統

如圖7 所示，現場測試系統的組成包括內置光通信控制器的LED 路燈，光接收機，智能手機設備( 內置讀取數據顯示的應用程序) 。光接收機與智能手機間通過藍牙進行數據傳輸，以確保在路燈現場測試的方便性。

圖7 現場測試系統

現場測試中，LED 路燈選擇某品牌大功率LED路燈，該路燈支持PWM 調光輸入的配套驅動電源。光通信控制器直接采用深圳市致燁科技有限公司的單燈控制器，其支持PWM 調光輸出，可實時采集LED 路燈的電壓、電流、有功功率、功率因素、溫度等實時狀態數據，由于現場測試驗證中LED 路燈工作于開關模式，且所選擇的信號調制工作速率較低，信號調制部分將由單燈控制器內部軟件完成，直接輸出2FSK 信號控制LED 燈開關。由于所選器件所限，本文測試用的基帶信號速率為100bps，f1為800Hz，f2 為1000Hz，如果采用PIN 二極管，應可工作于更高的頻率，當然相應的電路設計也將更為復雜。

3. 2 光接收機

光接收機設計為手持式，大小相當手機，以便于現場操作及可移動性。光傳感器選擇有兩個關鍵性指標，一是響應的光波強度范圍，二是響應速度。由于LED 路燈工作于室外，而室外充滿了各種各樣的其他可見光，同時白天及夜晚環境光亮度相差極大，因此在這種環境下工作的光傳感器需要具有極寬的響應范圍以及較高的靈敏度。而由于LED 路燈以f1 和f2 高頻率閃爍，因此光傳感器的響應速度應高于該頻率。本測試系統采用歐恩光電的ON9658，其測量范圍: 0 ～ 1000lx，響應時間達到Tr + Tf =4μS ( 圖8) 。

圖8 ON9658

考慮到路燈僅在夜間工作，光接收機僅設計為夜間工作，同時為避免其他可見光和相鄰路燈對于通信的影響，光接收機增加遮光罩設計，在實際應用中僅需指向相應路燈。

光接收機信號解調部分直接采用通用的FSK 解調芯片XR2211 完成相干解調，XR2211 為音頻鎖相環電路。

藍牙通信采用通用的藍牙轉串口通信模塊，方便將讀取的數據傳輸到智能手機設備中進行展示。配套的智能手機內置程序基于安卓系統，采用JAVA 技術開發。