路进行功率放大，控制大功率紫外光二极管的高速闪烁，基于光强度调制，将数字信号调制到光信号。为了保证发射的光信号覆盖足够角度范围，要求紫外光二极管的发射角度达到120° (含以上)范围，同时，紫外光二极管的发射功率设计为IW以上，保证光信号到达对方车辆的接收机具有足够的强度。
[0029]基于紫外光二极管的汽车通信设备的接收机的主要任务是以最小的附加噪声及失真，恢复出经由光信道传输的光载波所携带的信息。为了提高光电探测的灵敏度，接收机采用了光电倍增管。此外，在接收机中采用了紫外滤波镜片，紫外滤波镜片配置在光电倍增管的接收光路的前段，用于滤除空间中其它波长的光信号。
[0030]应用本实施例所述的基于紫外光二极管的汽车通信设备进行通信的方法，包括以下过程:
[0031]发射机将GPS信源的信号经过信道编码单元进行信道编码，通过高速开关和LED驱动电路控制紫外光二极管发出光载波信号，并将经过信道编码的信号调制到紫外光二极管发出的光载波信号上，然后向空间辐射；
[0032]本实施例中，基于紫外光二极管的汽车通信设备的接收机采用了光子计数法作为微弱紫外光信号检测的技术，其典型方式是以光电倍增管作为接收器，将光信号以电子形式来检测。当光子入射到光电倍增管上时，光电倍增管的阴极释放的电子在管内电场作用下运动至阳极，在阳极的负载电阻上出现模拟电脉冲信号。弱辐射信号是时间上离散的光子流，因而光电倍增管输出的是自然离散化的模拟电脉冲信号，采用脉冲放大、脉冲甄别和计数技术可以有效提高弱光探测的灵敏度。本实施例中，将光电倍增管输出模拟电脉冲信号发送至放大滤波电路进行预处理，先对模拟电脉冲信号进行滤波放大，再通过电压比较器抑制噪声形成电脉冲串，最后将电压比较器输出的电脉冲串发送至自适应门限检测电路。本实施例中的电压比较器是放大滤波电路的组成部分。
[0033]接收机对周围环境的紫外光进行探测，得到背景紫外光噪声和接收机噪声对应的光子数，作为自适应判决门限；自适应门限检测电路采用光子计数法对放大滤波电路输出的电脉冲串进行光子数统计，具体为:每个电脉冲信号对应的光子数=每个电脉冲信号的能量/单个光子的能量；当输出的电脉冲对应的光子数超过自适应判决门限时，判定为接收到信号“I”，否则，判定为接收到信号“O”，从而实现信号的识别和模数转换。
[0034]采用光子计数方法具有以下优势:(I)信噪比和测量精度高。在极弱辐射测量时，比电荷积分法高5?10倍，可以区分信号强度的微小差别，因此可以探测极低的辐射信号；
(2)动态范围宽，可达1000000 ;(3)稳定性好，可以抑制放大器的零点漂移、暗电流漂移、漏电流等影响。
[0035]本实施例中，将两套基于紫外光二极管的汽车通信设备分别安装在两辆汽车上，选择GPS设备作为信源，进行车辆之间的位置信息交互。实验结果表明，基于紫外光二极管的汽车通信设备工作稳定，在200米的范围内，传输速率达到2Mbps以上，误码率低于10—6，具有良好的传输性能，可以实现车辆之间以及车辆与交通基础设施之间的数字、语音等信号的交互。该实施例显示基于紫外光二极管的汽车通信设备具有抗电磁干扰、信噪比高、环境适应性好等优点，且适用于复杂的道路交通环境。
[0036]本发明不局限于本文公开的确切的实施例。本领域的技术人员将会认识到在不脱离本发明构思的情况下可以进行改变和修改。例如发射机的信源可以为GPS、无线通信设备、语音通话设备等，接收机根据信源的类型，选择相应的接收电路模块，该信源和接收电路模块均能够从第三方供应商获取，但是可能需要根据一些用户需要，通过定制化设计与本文所述的实施例兼容。
[0037]上述【具体实施方式】仅用于解释和说明本发明的权利要求，并不能构成对权利要求的限定。本领域技术人员应当清楚，在本发明的技术方案的基础上进行的任何简单的修改变形或者替换，而得到的新的技术方案，均将落入本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于紫外光二极管的汽车通信设备，包括发射机和接收机，其特征在于， 所述发射机包括依次连接的信源、信道编码单元、高速开关、LED驱动电路及紫外光二极管;所述信道编码单元用于对信源的信号进行信道编码;所述高速开关和LED驱动电路用于控制紫外光二极管发光； 所述接收机包括依次连接的光电倍增管、放大滤波电路、自适应门限检测电路、信道解码单元及显示单元;所述光电倍增管用于接收光信号，将光信号转换为模拟电信号后发送至放大滤波电路;所述放大滤波电路用于将接收到的模拟电信号进行放大滤波后转换为电脉冲串发送至自适应门限检测电路;所述自适应门限检测电路用于从接收到的电脉冲串中识别出信号并完成模数转换;所述信道解码单元用于对接收到的数字信号进行解码并发送至显示单元进行显示。2.根据权利要求1所述的基于紫外光二极管的汽车通信设备，其特征在于，所述紫外光二极管的发射角度设计为120°以上。3.根据权利要求1所述的基于紫外光二极管的汽车通信设备，其特征在于，所述紫外光二极管的发射功率设计为IW以上。4.一种应用如权利要求1-3中任一项所述的基于紫外光二极管的汽车通信设备进行通信的方法，其特征在于，包括以下步骤: 51.发射机将信源的信号经过信道编码单元进行信道编码，通过高速开关和LED驱动电路控制紫外光二极管发出光载波信号，并将经过信道编码的信号调制到紫外光二极管发出的光载波信号上，然后向空间辐射； 52.接收机采用光电倍增管接收光信号，将光信号转换为模拟电信号后发送至放大滤波电路，放大滤波电路对模拟电信号进行放大滤波后生成电脉冲串并发送至自适应门限检测电路，自适应门限检测电路对放大滤波电路输出的电脉冲串进行自适应门限判决并转换为数字信号后发送至信道解码单元，信道解码单元对接收到的数字信号进行解码并发送至显示单元进行显示。5.根据权利要求4所述的基于紫外光二极管的汽车通信方法，其特征在于，所述自适应门限检测电路对放大滤波电路输出的电脉冲串进行自适应门限判决并转换为数字信号，具体为: 接收机对周围环境的紫外光进行探测，得到背景紫外光噪声和接收机噪声对应的光子数，作为自适应判决门限； 自适应门限检测电路采用光子计数法对放大滤波电路输出的电脉冲串进行光子数统计，当输出的电脉冲对应的光子数超过自适应判决门限时，判定为接收到信号“I”，否则，判定为接收到信号“O”，从而实现模数转换。6.根据权利要求5所述的基于紫外光二极管的汽车通信方法，其特征在于，所述自适应门限检测电路采用光子计数法对放大滤波电路输出的电脉冲串进行光子数统计，具体为: 每个电脉冲信号对应的光子数=每个电脉冲信号的能量/单个光子的能量。
【专利摘要】本发明公开了一种基于紫外光二极管的汽车通信设备及通信方法，所述汽车通信设备包括发射机和接收机，所述发射机包括依次连接的信源、信道编码单元、高速开关、LED驱动电路及紫外光二极管，所述接收机包括依次连接的光电倍增管、放大滤波电路、自适应门限检测电路、信道解码单元及显示单元。本发明采用紫外光实现汽车之间的通信，利用紫外光二极管高速闪烁的发光响应特性将信息加载到紫外光高速率光载波信号，充分利用紫外光的抗干扰、高散射特性，大大提高了汽车通信设备的使用范围；采用光子计数方法对光电倍增管接收的光子数以及接收机和背景光噪声的光子数进行统计，有效提高了接收信号的信噪比，从而提高了通信质量。
【IPC分类】H04B10/114
【公开号】CN105656550
【申请号】
【发明人】王孝军, 潘晓晟, 杨延成, 薛冰, 刘海涛
【申请人】青岛云集控制技术有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月8日