一种基于阵列错位排布的可见光高速通信系统

本发明属于光通信领域，更具体地，涉及一种基于阵列错位排布的可见光高速通信系统。

背景技术：

1、随着可见光通信技术的发展，可见光通信系统逐渐由单通道系统向多通道系统转变。其中波分复用(wavelength division multiplexing,wdm)技术在可见光通信中应用最为广泛。

2、在可见光通信领域，通过wdm技术可以增加信道个数，从而提高系统通信容量。然而激光二极管(laser diode,ld)和发光二极管(light emitting diode,led)的辐射光谱具有一定线宽，当信道个数增加，信道间隔将变小，辐射光谱会出现重叠。由于光电接收器，如pin光电二极管(positive-intrinsic-negative diode)和雪崩二极管(avalanchephoto diode,apd)的光谱响应是固定的，不具备光谱分辨能力，且滤光片无法区分光谱重叠部分，此时会产生信道串扰。而为了降低系统误码率、提高系统稳定性，减小信道间的串扰变得尤为重要。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于阵列错位排布的可见光高速通信系统，旨在解决现有可见光通信中信道间的串扰问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于阵列错位排布的可见光高速通信系统，包括发射端和接收端，

3、发射端包括包括调制模块、驱动模块、光源模块和第一汇聚模块，所述调制模块用于将输入的模拟信号转换为数字信号，所述驱动模块用于为所述数字信号提供直流偏置，并将所述数字信号和直流偏置整合为驱动信号，所述光源模块用于将所述驱动信号转换为光信号，所述光信号经第一汇聚模块准直后汇聚到接收端；其中，光源模块包括m×n个信号发射基础单元组成的m×n的阵列照明光源，m和n为正整数，各基础单元之间相互独立，互不影响，可以并行发射多路不同的独立信号。采用错位排列的方式，即相邻信道的信号光中心波长不同，且有较大差异。此外，相邻信号发射基本单元之间的距离是本身单元尺寸的数倍。

4、接收端包括：光学透镜，滤波片，pd阵列和解调模块。其中，光学透镜用于汇聚信号光至接收阵列上；滤波片用于滤出各路信号光；pd用于接收发射端发送的光信号并转换为电信号；解调模块用于进行信号解码，将数字信号转换为模拟信号，便于后续的数字信号处理。

5、接收端包括第二汇聚模块、滤波模块、探测模块和解调模块，所述第二汇聚模块用于接收发射端的光信号，所述光信号经过滤波模块滤波后汇聚到所述探测模块，所述探测模块用于将光信号转换为电信号，所述解调模块用于对所述电信号进行解调，并将数字信号转换为模拟信号；其中，探测模块包括m’×n’个信号接收基础单元组成的m’×n’的阵列接收器，m’和n’为正整数且m’>m，n’>n，各基础单元之间相互独立，互不影响，可以并行接收多路不同的独立信号。接收端前放置有滤波片，且对应的滤波片中心波长与发射端光源波长一致，用于滤掉相邻信道信号光的影响，在光学层面，利用物理手段，直接减小了相邻信道的码间串扰。此外，相邻信号接收基本单元之间的距离是本身单元尺寸的数倍。

6、优选地，所述信号发射基础单元为ld或者led。设ld/led阵列中有n种波长分别为λ1，λ2，…，λn，通过组合优化算法来求解，使任意两个相邻ld/led的波长差δλ最大化，即可找到使得所有相邻颜色波长差达到最大的排列顺序。

7、优选地，所述信号接收基础单元为pd。

8、优选地，所述第一汇聚模块和第二汇聚模块为光学透镜。发射端和接收端的光学透镜分别对ld/led阵列发出的信号光和pd阵列接收的信号光进行汇聚和准直，接收端的pd能接收到更多来自对应ld/led发出的信号光。

9、通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下

10、有益效果：

11、1、本发明提供的基于阵列错位排布的可见光高速通信系统，发射端采用一个由m×n个信号发射基础单元组成大小为m×n的阵列照明光源，各基础单元之间相互独立，互不影响，可以并行发射多路不同的独立信号，接收端采用一个由m’×n’个信号接收基础单元组成大小为m’×n’的阵列接收器，其中m’>m，n’>n，各基础单元之间相互独立，互不影响，可以并行接收多路不同的独立信号，能有效降低不同信道之间的码间串扰，大幅降低误码率；

12、2、本发明提供的基于阵列错位排布的可见光高速通信系统，采用m×n阵列光源，实现光多输入多输出(mimo)技术，以波分复用、空分复用相结合的方式，保证同时获得多路高信噪比低带宽的信道，在不增加带宽的情况下成倍地提高了系统的容量和频谱效率；

13、3、本发明提供的基于阵列错位排布的可见光高速通信系统，通过增加单色led/ld数量即可实现容量增加，通过在接收端增加滤波片即可将各路信道分开，基本不增加复杂度，系统结构简单，易于搭建，成本低。

技术特征：

1.一种基于阵列错位排布的可见光高速通信系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于阵列错位排布的可见光高速通信系统，其特征在于，所述信号发射基础单元为ld或者led。

3.根据权利要求1所述的一种基于阵列错位排布的可见光高速通信系统，其特征在于，所述第一汇聚模块和第二汇聚模块为光学透镜。

4.根据权利要求1所述的一种基于阵列错位排布的可见光高速通信系统，其特征在于，所述信号接收基础单元为pd。

5.根据权利要求4所述的一种基于阵列错位排布的可见光高速通信系统，其特征在于，所述滤波模块为m’×n’个滤波片，与m’×n’个信号接收基础单元一一对应，且对应的滤波片中心波长与发射端光源波长一致。

6.根据权利要求2所述的一种基于阵列错位排布的可见光高速通信系统，其特征在于，相邻信号发射基本单元之间的距离是本身单元尺寸的数倍。

7.根据权利要求4所述的一种基于阵列错位排布的可见光高速通信系统，其特征在于，相邻信号接收基本单元之间的距离是本身单元尺寸的数倍。

8.根据权利要求1所述的一种基于阵列错位排布的可见光高速通信系统，其特征在于，通过组合优化算法来求解，找到使得所有信号发射基础单元的相邻信道的信号光中心波长差达到最大的排列顺序。

技术总结
本发明公开了一种基于阵列错位排布的可见光高速通信系统，属于光通信领域。包括：由多种不同波长(颜色)的光源错位间隔排布成M×N大小的阵列作为发射端，通过对每个LD或LED芯片单独驱动形成互不干扰的阵列发射模块。接收模块也设计为阵列排布的形式，大小为M’×N’，其中M’>M，N’>N。接收端接收器阵列前放置有滤波片，且对应的滤波片中心波长与发射端光源波长一致。发射端和接收端都有光学透镜，可以进行准直和聚焦。该种方法能有效的降低信道间码间串扰，保证多通道可见光通信系统的稳定性，鲁棒性高、结构简单，适于推广应用。

技术研发人员：杨奇,石沐昕,戴潇潇,王亮,刘陈,刘德明
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5