“國家半導體照明工程”實施以來，半導體照明產業迅猛發展，除了為照明行業自身注入活力，還帶動了LED相關領域研究的深入開展，可見光通信技術應運而生。研究發現使用LED在進行照明的同時，利用內半導體調制特性進行信息傳遞，這或可解決無線通信中日益嚴峻的頻譜問題。但由于目前一些技術瓶頸的存在，距離可見光通信走出實驗室，“飛入尋常百姓家”，尚需時日。

眾所周知，光具有單向傳輸特性，整個可見光通信系統層面面臨的最主要挑戰在于建立一個穩定的上行反饋鏈路。業內有提出使用射頻進行上行反饋的方案，也有使用無線激光進行反饋鏈路的方案，還有使用其他頻率或者顏色的可見光信號進行上行反饋鏈路創建的方案。但這些方案均有一些不同程度的“先天不足”。比如射頻反饋的引入，破壞了可見光通信無電磁干擾的先天優勢，比如無線激光反饋的引入導致對系統的安全性存疑。但這些方案還有一個共同的缺陷在于需要單獨引入從信源產生到信宿接受的一整套設備來單獨構建反饋鏈路。

該申報項目提出的“照明+無源雙向可見光通信關鍵技術”是在不改變原有照明結構的基礎上，通過直接對照明LED信號調制進行下行光鏈路通信，利用“離焦型貓眼”逆向調制器件對接收到的照明光源進行調制加載上行信息，實現可見光系統的上行通信，進而實現無源雙向可見光通信。

“離焦型貓眼”逆向調制器主要基于“貓眼效應”構建，由光學透鏡、壓電陶瓷片、調制驅動電路以及回波接收電路組成。

圖1“貓眼”結構的原理圖

“貓眼”結構的調制原理如圖1所示。發射機發出的光線使用透鏡匯聚到焦平面，裝有反射結構的焦平面在調制器控制下進行前后移動，將反射光在通過透鏡回到同一光路位于焦平面處的反射平面在軸向偏離焦平面的情況下，這種“離焦”會引起光束后向反射回波的發散而使光束回波強度減小，也就是光束回波功率隨反射面偏離焦平面的距離的增大而減小。

“貓眼”效應能夠使入射光原路返回，所以“貓眼”逆向調制器具有與角反射器相同的逆向反射特性。將“貓眼”結構與調制器結合，可以構建“貓眼”逆向調制器。調制器放置于貓眼逆向反射器焦平面處，入射光束通過“貓眼”光學系統聚焦在調制器表面，從而產生受調制器控制作用的反射光。

圖2離焦反射原理

根據焦平面處反射鏡的移動方向不同，“貓眼”逆向調制器具有正向離焦和反向離焦兩種狀態，正向離焦是反射鏡往靠近透鏡的方向振動，反向離焦的振動方向與之相反。正向和反向離焦的原理如圖2所示，圖（a）為正向離焦示意圖，圖（b）為反向離焦示意圖。

“離焦型貓眼”逆向調制系統工作時，主動照明光源首先向上行調制端發送調制光束，由于白光LED的發散角度很大，在上行調制端的接收聚焦透鏡和“貓眼”逆向調制器并排放置，均處于LED光源的有效照明區域內。在接收端，通過逆向調制器對下行鏈路的光信號進行二次調制，將上行信息調制到下行的光路上，反射回照明端，照明端的光接收機接收返回的光信號，從中分離出上行調制信號，并發送給解調器作解調，實現雙工通信鏈路，圖3為照明+無源可見光通信系統的實現結構圖。

圖3照明+無源可見光通信系統

本系統相比傳統可見光通信系統，具有優點如下：

1.本系統使用照明光源的調制與逆調制實現了單一可見光源的雙向通信，相比其他系統來說，是實現了“無源”可見光通信。

2本系統中所使用的逆向調制器為“離焦型貓眼”貓眼逆向調制器，與角錐棱鏡型逆向調制器器相比，具有視場角大，結構簡單的優點，適用于室內可見光通信這種光束發散角較大的通信系統。“離焦型貓眼”逆向調制器由聚焦透鏡和調制反射器組成，其中調制反射器使用鍍反射膜的壓電陶瓷片。通過給壓電陶瓷片上加上不同頻率的驅動信號，控制反射膜在透鏡焦平面的離焦量，影響返回光信號強度大小，實現逆向調制功能。

3.本系統實現獲得國家發明專利。

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