可见光通信在室外LED路灯上的实现

根据通信理论，减小判决中的误码率可从两方面入手: 一是加大其输入光功率; 一是提高信噪比。对于LED 路灯，由于LED 光源发出的是可见光，且发散角较大，对人眼睛基本无害、无电磁波伤害等优点，其本身的大功率就已经在一定程度上保证了系统的可靠性，最终结果将是接收端的信噪比决定全系统的通信性能。

图3 信号解调

2. 4 Matlab 仿真( 图4、图5、图6)

图4 基带信号，反码信号，载波信号

图5 基带信号相乘，2FSK，叠加传输中产生的噪声信号

图6 相干解调与抽样判决结果

将以上研究设计思路采用Matlab 进行仿真，基带信号速率采用100bps，考虑到可选择元器件的限制，f1 选择800Hz，f2 为1000Hz，仿真结果证明该方案可行。

3 测试系统及验证

3. 1 测试系统

如图7 所示，现场测试系统的组成包括内置光通信控制器的LED 路灯，光接收机，智能手机设备( 内置读取数据显示的应用程序) 。光接收机与智能手机间通过蓝牙进行数据传输，以确保在路灯现场测试的方便性。

图7 现场测试系统

现场测试中，LED 路灯选择某品牌大功率LED路灯，该路灯支持PWM 调光输入的配套驱动电源。光通信控制器直接采用深圳市致烨科技有限公司的单灯控制器，其支持PWM 调光输出，可实时采集LED 路灯的电压、电流、有功功率、功率因素、温度等实时状态数据，由于现场测试验证中LED 路灯工作于开关模式，且所选择的信号调制工作速率较低，信号调制部分将由单灯控制器内部软件完成，直接输出2FSK 信号控制LED 灯开关。由于所选器件所限，本文测试用的基带信号速率为100bps，f1为800Hz，f2 为1000Hz，如果采用PIN 二极管，应可工作于更高的频率，当然相应的电路设计也将更为复杂。

3. 2 光接收机

光接收机设计为手持式，大小相当手机，以便于现场操作及可移动性。光传感器选择有两个关键性指标，一是响应的光波强度范围，二是响应速度。由于LED 路灯工作于室外，而室外充满了各种各样的其他可见光，同时白天及夜晚环境光亮度相差极大，因此在这种环境下工作的光传感器需要具有极宽的响应范围以及较高的灵敏度。而由于LED 路灯以f1 和f2 高频率闪烁，因此光传感器的响应速度应高于该频率。本测试系统采用欧恩光电的ON9658，其测量范围: 0 ～ 1000lx，响应时间达到Tr + Tf =4μS ( 图8) 。

图8 ON9658

考虑到路灯仅在夜间工作，光接收机仅设计为夜间工作，同时为避免其他可见光和相邻路灯对于通信的影响，光接收机增加遮光罩设计，在实际应用中仅需指向相应路灯。

光接收机信号解调部分直接采用通用的FSK 解调芯片XR2211 完成相干解调，XR2211 为音频锁相环电路。

蓝牙通信采用通用的蓝牙转串口通信模块，方便将读取的数据传输到智能手机设备中进行展示。配套的智能手机内置程序基于安卓系统，采用JAVA 技术开发。