利用LED照明光进行无线音频信号传输的性能研究

钟海泉 钟静 卢洪斌

摘   要：文章对设计的LED可见光音频信号传输系统进行了性能测试，得出系统工作频带宽度为2 KHz。结果分析表明，设置恰当的光调制及电路参数，可实现室内范围内的高质量宽带音频可见光无线信号传输。

关键词：可见光通信;音频传输;发光二极管照明

1    可见光通信简介

近年来，可见光通信得到了广泛、深入的研究，可應用于短距离的高速信息传输和室内定位中[1-4]。当前，音响系统的信号传输主要通过有线传输的方式，无线传输的方式也可通过无线电波进行音频信号传输，通过室内发光二极管（Light Emitting Diode，LED）照明光进行室内范围音频信号的传输比较少见。可见光信号传输可利用室内LED照明系统实现信号的单向传输，室内LED照明可同时兼顾照明和信号传输功能，具有使用成本低、无辐射、不占用无线频谱、安全节能、无电磁干扰等优点，特别在各种音响系统的信号传输上，能保障高保真音频信号的传输，对于提升音响系统的性能具有明显的优势。除此之外，室内LED照明系统实现了室内信号的全覆盖，便于灵活布置音响装置，为特殊的音响效果提供了便于实施的条件。

当前可见光信息传输涉及的调制技术比较复杂，成本高、稳定性不佳[4-5]，且实现的音频可见光传输不是基于室内照明环境的，而是特定的点对点可见光音频传输[8-9]。本文提出一种基于室内可见光照明环境下的音频信号无线传输装置，采用比较简单的信号调制方式，发送端通过音频信号调制LED照明灯的发光强度，通过可见光强度变化实现信号发送。接收端由光电转换模块接收光信号，通过低噪声信号放大电路实现功放信号驱动音箱工作，实现了可见光视距高保真传输音频信号的功能。

本文所设计的系统具有稳定可靠、成本低、信号室内覆盖范围宽等优点，能实现可见光视距高保真传输音频信号的功能。系统室内照明空间为6 m×6 m×3 m，9个LED阵列光源LED分布于6 m×6 m的室内吊顶平面上，图1为LED可见光照明模型。

2    系统性能测试及分析

图2为输入音频信号，幅度为5 V，频率分别为80 Hz，1 KHz，5 KHz时，接收信号幅度变化曲线。从测试结果得出：当可见光信号传输距离超过3 m后，由于信号衰减，接收信号幅度较小，噪声干扰明显。同时，观察到在不同传输距离接收的5 KHz信号幅度都很小，这是因为电路设计中主要考虑2 KHz以内音频信号的传输，接收端电路放大模块工作带宽有限的结果，与可见光传输带宽和信号衰减没关系。如需传输5 KHz及以上频率的信号，需在电路设计中提高放大电路模块的工作带宽。

为测量系统的工作频带宽度，设定发送端与接收端的距离为2 m，信号发生器连接发送端的音频输入端口并输出信号幅度分别为1 V，3 V，5 V的音频信号。通过调节信号发生器的输出信号频率，测量接收端放大电路输出信号的幅度变化曲线。如图3所示，系统工作频带宽度为2 KHz。可见光音频传输如用于高质量的音响系统里，需进一步提高工作带宽，如极品音响系统可把工作带宽提高到几十KHz。图3的测量结果也说明发送信号的幅度从5 V减小到1 V，放大后的接收信号幅度减小较少，对接收信号质量的影响不明显。相对于无线电波传输音频信号，可见光传输音频信号的信噪比提高很多，说明通过可见光传输音频信号的可靠性更高[8-9]。

3    结语

本文利用LED照明光的高带宽资源设计的音频信号光无线传输装置能实现高质量的音频信号传输功能。从测试结果可知，当可见光信号传输距离超过3 m后，噪声干扰明显，测试得出系统工作频带宽度为2 KHz。可见光音频传输如用于高质量的音响系统里，需进一步提高工作带宽。实验结果表明：恰当设置光调制参数及电路参数，可实现室内范围高质量的宽带音频可见光无线信号传输。

[参考文献]

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