功能复用化、自供能可见光通信技术基础研究

The receiver which takes a green environment-friendly high-power LED lamp as optical communication source can be a power self-support receiver. The LED sends information and power to receiver by light and the optical receiver will be charged up.This technology allows communication system to work properly in case there is no external power supply to the receiver. .The main purpose of this project is to study some problems in the theory of visible light communication and establish a proper theory of power self-support optical communication. Determine the ideal spectral distribution of lighting and optical communication source by studying on spectral response characterization of optical receiver.Improve the LED modulation bandwidth by nonlinear compensation technology and the differential signal processing technology. Design low-power-consumption devices to realize a wireless optical data copy receiver without external power support.

利用半导体照明灯这种绿色、环保的大功率照明光源作为通信系统的通信光源时，可以在数据传输的同时给接收机提供能量，构建能量自给型的光接收机，实现信息接收和能量收集的复用。为无需外接电源就能无线通信的接收机设计提供技术支持。.本项目在可见光通信技术的已有研究基础上，新开展的研究工作如下：.1）研究大面积硅光电池的光电响应特性，新建不同照度、不同通信速率下硅光电池的光探测器模型；.2）研究大功率LED的电光转化的幅频相关性，通过非线性补偿技术，提高调制带宽；.3）研究硅光电池的光电转化频率响应机理，通过差值信号处理技术，进一步提高系统带宽；.4）通过低功耗设计，实现无外部供电的光接收机的数据无源拷贝功能验证。

本项目以零功耗通信的发展需求为背景，利用无处不在的LED来实现照明、通信、供能的技术复用，通过软硬件的设计实现系统性能的提升。本项目主要研究了照明、通信两用光源光谱的优化，通信与供能复用的机制，光源和探测器的非线性补偿技术，微弱信息差值处理技术，演示系统的低功耗设计这五个方面的内容。建立了室内基于郎伯光源的可见光通信的信道模型、基于太阳能电池的接收电路模型，依托合作单位研究了高量子产额、短余辉荧光粉的频率响应特性并对照明通信两用光源做了优化设计，计算出了某实验场景下低速广播通信部分需要的最小光功率为13 nW；依托合作伙伴通过研究多芯片串并连接的性能差异，验证了通信与供能复用的相关机制；通过计算探测器噪声，掌握了在防闪烁前提下不同材料探测器的光电转换效率和通信带宽的性能差异性，并通过非线性补偿技术提高了系统带宽，该均衡电路的设计方法对于同行有重要的借鉴作用；通过极值点恢复算法降低了自供能通信系统的误字节率，利用载波解调可见光接收头实现了约5 lx的超低照度可见光通信；研发了以太网-电力载波转换模块，搭建了500 Kb/s的自供能通信演示系统并设计了一款集成化的OEIC芯片。.本项目验证了基于LED的照明、通信、供能一体化的功能实现，对于零能耗通信提供了不同于射频供电的新的技术解决方案。为未来基于照明LED实现无处不在的光通信，提供了带宽拓展的参考方案和若干模型。本项目均衡电路的设计方法以及太阳能电池的非线性均衡思路具有一定科学意义以及较好的实用价值。