作者 王 涛1 陈 超1 胡文芳2 1.青海民族大学 物理与电子信息工程学院(青海 西宁 810007) 2.西宁市第二十八中学(青海 西宁 810007)
摘要：针对音频信号的可见光通讯传输，给出一种简略可行、功能安稳的LED 可见光通讯音频传输试验体系。该体系使用日子中常用的电脑(或手机等)、有源音箱和简略的电路，在3W大功率LED光源直射下，完成了50cm传输间隔内杰出的音频信号传输。在该体系基础上，测验性地组成了交融PLC的LED可见光音频传输试验体系，开始完成了音频信号在交融PLC的体系中的短间隔传输，关于输出音频信号的音质存在进一步研讨改进的空间。
导言
可见光通讯(Visible Light Communication，VLC)技能使得白光发光二极管(Light Emitting Diode，LED)灯既能照明，又能够将音频信号高速调制到LED灯光上，进行较短间隔的传输。这种可见光音频通讯便利牢靠、电磁辐射小、能耗低，适宜在必定场合使用[1-2]，因此引起许多科研人员的研讨。参考文献[3]选用10W功率LED灯和高精度音频专用功率扩大器，完成可传输模仿信号5m以上的可见光通讯体系。参考文献[4]规划了一种选用脉冲宽度调制的LED强光手电可见光应急通讯体系。参考文献[5-6]选用可编程芯片及外围电路完成LED室内可见光语音单向通讯体系。参考文献[7] 使用单片机操控音频编解码芯片，完成了通讯间隔可达40m，最高传输速率为2.5Mbit/s的全双工实时语音对讲。
本文组成了一种易于完成的LED可见光通讯音频传输试验体系，体系使用电脑或手机的音频输出作为音频信号源，无需模数转化电路，经过简略的扩大电路、高速驱动电路和接纳电路，由有源音箱对接纳转化后的信号进行扩大滤波输出。在此基础上，依据电力线通讯 (Power Line Communication，PLC) 原理，添加PLC模块，组成了交融PLC的LED可见光通讯音频传输试验体系，并进行了音频信号传输试验测验。
1 可见光通讯音频传输试验体系组成
LED可见光通讯音频传输试验体系由音频信号源、电源模块、发射板、无线光信道、接纳板、有源音箱几部分构成，体系框图如图1所示。
(1)音频信号源：使用电脑、手机、MP3音频文件、收音机等作为音频信号源，由这些设备的耳机孔输出音频信号，例如歌曲;
2)电源模块：担任将 220V 交流电转化为体系用的5V直流电，能够选用USB接口为电路供电;
3)发射板：担任对音频信号源送来的信号进行电光转化，将电压改变转化为电流改变，以驱动LED灯，使其亮度发生改变，使音频模仿信号改变转变为光信号的强度改变，从而以可见光方式在信道中进行无线传输。发射板首要包含音频扩大模块、LED驱动模块和LED光源模块。
音频扩大模块电路如图2所示，中心元件选用功耗低、电压增益可调、谐波失真小的音频集成功放LM386。
LED驱动模块电路如图3所示，中心元件选用具有电流扩大作用的S9013 NPN型小功率三极管，最小特征频率为150MHz。
LED光源模块能够接入两种LED光源。一种是高度集成、体积很小的1W功率LED阵列光源，发光半功率角为10°～120°。另一种是体积较大，但直射间隔更远，光通量可到达100LM 的3W功率LED光源。
接纳板担任将接纳到的光信号还原成与发射端改变相同的电信号。接纳板首要包含光接纳模块，考虑到PIN光电二极管的光电转化线性度较好，响应速度较快，价格较低一级优势，所以中心元件选用一般PIN光电二极管接纳可见光信号，光接纳模块电路如图4所示。
有源音箱担任将接纳板输出的信号进行扩大、滤波，驱动扬声器传出声响。本体系选用型号为M-1117的有源音箱，均匀输出功率2W，阻抗8Ω。
2 交融PLC的LED可见光通讯音频传输试验体系组成
现在，380V或220V低压电力线是用户最多的线路，除了供给电能之外，低压电力线还能够进行电力线通讯。电力线通讯首要用于同一变压器范围内，以低压电力线为信道，需求传输的信号经过调制，由发送端耦合器将载有信息的信号送到电力线上传输，接纳端耦合器将信号取出后进行解调，取得原始信号[8-9]。因为低压配电网拓扑结构杂乱，接入负载类型多样，一起低压电力线对错均匀的传输线，所以电力线通讯具有阻抗改变较大，信号衰减较大的特色[10-11]。
交融PLC的LED可见光通讯音频传输试验体系在前面所述体系基础上添加了PLC模块，体系框图如图5所示。音频信号源输出的音频信号接入RJ45网络接口1，单芯片QCA6410是高通公司推出的一款用于电力线通讯的芯片，担任处理信号。耦合维护电路将调制好的信号耦合到电力线上传输。RJ45网络接口2将电力线传输过来并经过处理的信号送入可见光通讯发射板中。RJ45网络接口、QCA6410、耦合维护电路等组成了PLC适配器。
3 试验体系音频信号传输测验
3.1 LED可见光通讯音频传输体系试验测验
试验体系搭建好后的实物图如图6所示。
翻开电脑中的一个MP3音频文件作为音频测验信号，先选用1W功率的LED光源，当收发间隔较近时，扬声器传出洪亮丰满的歌曲，音质很好，没有显着失真。跟着间隔添加，歌曲声响削弱，剖析其原因，是因为体系没有规划主动增益操控电路，所以跟着传输间隔的增大，接纳端光电信号起伏会有显着衰减[12]，下一步将考虑参加主动增益操控电路以主动调理信号增益。当替换功率为3W的大功率LED光源后，在坚持输出信号音量和音质不变的情况下，传输间隔得到延伸。经试验测验，在50cm传输间隔内，扬声器传出的歌曲无显着失真，试验传输作用杰出。如果在无线光信道中选用聚光器，则体系的音频传输间隔还会延伸。
3.2 交融PLC的LED可见光通讯音频传输试验测验
试验测验进程在同一变压器下的电力线上进行，电脑输出的音频信号与PLC适配器1相连，PLC适配器1与电源插座1相连;LED可见光音频传输体系的发射板与PLC适配器2相连，PLC适配器与电源插座2相连。衔接组成的体系实物图如图7所示。
试验体系搭建好后，电脑输出的MP3 音频文件作为音频测验信号，先经过电力线传输至VLC发射板，再经过可见光无线信道传输至VLC接纳板，接纳板输出信号至有源音箱驱动扬声器发声。试验测验标明，收发间隔较近时，能够完成音频信号的传输，但扬声器宣布的声响偏小，声响保真度不够高，音质较差。剖析其原因有两方面，一方面，体系中有一部分传输线路选用了一般网线，不是音频信号的抱负传输线路，对音频信号发生必定搅扰和衰减;另一方面，音频信号经过电力线传输时会遭到搅扰和较大衰减。这些都是交融PLC的可见光通讯体系在面对使用前需求进一步研讨处理的问题。
4 定论
本文使用可见光通讯原理，组成了简略可行的LED可见光通讯音频传输试验体系，该体系无需模数转化电路、组成便利、功能安稳，使用日子中常用的电脑(或手机、收音机等)、有源音箱和规划简略的电路，完成了音频信号的可见光通讯传输。试验测验标明，在3W大功率LED光源直射下，体系能够在50cm传输间隔内输出音质较好的音频信号。在该体系基础上，经过添加电力线通讯模块，组成交融PLC的LED可见光通讯音频传输试验体系，进行了测验性试验，开始完成了音频信号在低压电力线和无线光信道中的传输，但音频信号遭到必定的搅扰和衰减，为进步输出的音频信号的音质，还需求进一步研讨改进，以便完成该体系的实用化。
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本文来源于《电子产品世界》2017年第2期第45页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
