一種可見光通信系統(tǒng)及可見光通信方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可見光通信系統(tǒng)及可見光通信方法，該可見光通信系統(tǒng)包括：信號(hào)發(fā)射端、數(shù)據(jù)處理裝置、LED模組、信號(hào)接收端；所述LED模組包括多個(gè)并聯(lián)的LED燈芯；信號(hào)發(fā)射端用于將信源信息轉(zhuǎn)換為多路并行的第一00K信號(hào)，并在第一00K信號(hào)的預(yù)設(shè)位置插入設(shè)定的訓(xùn)練序列，形成標(biāo)識(shí)00K信號(hào)，標(biāo)識(shí)00K信號(hào)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)LED燈芯發(fā)光，LED燈芯發(fā)射的光信號(hào)發(fā)生光強(qiáng)疊加，形成可見光信號(hào)；信號(hào)接收端用于將可見光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，根據(jù)訓(xùn)練序列的變化對(duì)解調(diào)所需的判決門限電平進(jìn)行校正，將校正后的電信號(hào)解調(diào)為多路并行的第二001(信號(hào)，將多路并行的第二00K信號(hào)轉(zhuǎn)換為信源信息。所述技術(shù)方案能夠降低可見光通信中的誤碼率。
【專利說(shuō)明】一種可見光通信系統(tǒng)及可見光通信方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及可見光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的涉及一種可見光通信系統(tǒng)及光通信方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 可見光通信因?yàn)槠鋽?shù)據(jù)不易被干擾和捕獲，光通信設(shè)備制作簡(jiǎn)單且不易損壞和消 磁，可以用來(lái)制作無(wú)線光加密鑰匙。與微波技術(shù)相比，可見光通信技術(shù)有相當(dāng)豐富的頻譜資 源，這是一般微波通信和無(wú)線通信無(wú)法比擬的；同時(shí)可見光通信可以使用任何通信協(xié)議、適 用于任何環(huán)境；在安全方面，其相比于傳統(tǒng)的磁性材料，無(wú)需擔(dān)心消磁問(wèn)題，更不必?fù)?dān)心通 信內(nèi)容被別人竊??；無(wú)線光通信的設(shè)備假設(shè)靈活邊界，且成本低廉，適合大規(guī)模的普及與應(yīng) 用。
[0003] 現(xiàn)有的可見光通信系統(tǒng)包括：信號(hào)發(fā)射端、LED模組以及信號(hào)接收端。起重工，所 述信號(hào)發(fā)射端用于將信源信息轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述LED模組發(fā)射可見光信號(hào)，所述 信號(hào)接收端用于接收所述可見光信號(hào)，并對(duì)所述可見光信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，以獲取所述信源信 息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可見光通信。
[0004] 在可見光通信系統(tǒng)中，由于發(fā)射端存在電壓波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中會(huì)出 現(xiàn)失真問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致可見光通信的誤碼率較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種可見光通信系統(tǒng)及光通信方法，降低了可見 光通信的誤碼率。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了
[0007] -種可見將光通信系統(tǒng)，該可見將光通信系統(tǒng)包括：信號(hào)發(fā)射端、數(shù)據(jù)處理裝置、 LED模組、信號(hào)接收端；
[0008] 所述LED模組包括多個(gè)并聯(lián)的LED燈芯；
[0009] 所述信號(hào)發(fā)射端用于將信源信息轉(zhuǎn)換為多路并行的第一 00K信號(hào)，并在所述第一 00K信號(hào)的預(yù)設(shè)位置插入設(shè)定的訓(xùn)練序列，形成標(biāo)識(shí)00K信號(hào)，一路標(biāo)識(shí)00K信號(hào)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng) 一個(gè)LED燈芯發(fā)光，所有LED燈芯發(fā)射的光信號(hào)在傳播過(guò)程中發(fā)生光強(qiáng)疊加，形成混合的可 見光信號(hào)；
[0010] 所述信號(hào)接收端用于獲取所述可見光信號(hào)，將所述可見光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，根 據(jù)所述訓(xùn)練序列的變化對(duì)所述電信號(hào)中解調(diào)所需的判決門限電平進(jìn)行校正，將校正后的電 信號(hào)解調(diào)為多路并行的第二00K信號(hào)，將所述多路并行的第二00K信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述信源信 肩、。
[0011] 優(yōu)選的，在上述可見光通信系統(tǒng)中，所述信號(hào)發(fā)射端包括：
[0012] 串并轉(zhuǎn)換模塊，所述串并轉(zhuǎn)換模塊用于將所述信源信息轉(zhuǎn)換為多路并行的數(shù)字信 息；
[0013] 調(diào)制模塊，所述調(diào)制模塊用于將所述多路并行的數(shù)字信息調(diào)制為對(duì)應(yīng)的多路并行 的第一 00K信號(hào)；
[0014] 數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)據(jù)處理裝置用于在所述第一 00K信號(hào)的預(yù)設(shè)位置插入設(shè)定 的訓(xùn)練序列，形成標(biāo)識(shí)00K信號(hào)。
[0015] 優(yōu)選的，在上述可見光通信系統(tǒng)中，所述信號(hào)接收端包括：
[0016] 光電轉(zhuǎn)換模塊，所述光電轉(zhuǎn)換模塊用于獲取所述可見光信號(hào)，將所述可見光信號(hào) 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0017] 控制器，所述控制器用于根據(jù)所述訓(xùn)練序列的變化對(duì)所述電信號(hào)中解調(diào)所需的判 決門限電平進(jìn)行校正；
[0018] 解調(diào)模塊，所述解調(diào)模塊用于對(duì)校正后的電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，形成Μ路并行的第二 οοκ信號(hào)；
[0019] 并串轉(zhuǎn)換模塊，所述并串轉(zhuǎn)換模塊用于將所述Μ路并行的第二00Κ信號(hào)轉(zhuǎn)換為所 述信源信息。
[0020] 優(yōu)選的，在上述可見光通信系統(tǒng)中，所述LED模組包括：第一 LED燈芯、第二LED燈 芯以及第三LED燈芯；且第一 LED燈芯的幅值：第二LED燈芯的幅值：第三LED燈芯的幅值 為 4:2:1。
[0021] 優(yōu)選的，在上述可見光通信系統(tǒng)中，所述訓(xùn)練序列為8ASK信號(hào)，所述8ASK信號(hào)的 碼元包括000-111范圍內(nèi)的8種連續(xù)的碼字。
[0022] 優(yōu)選的，在上述可見光通信系統(tǒng)中，所述標(biāo)識(shí)00K信號(hào)包括一幀或多幀數(shù)字信號(hào)， 每一幀所述數(shù)字信號(hào)均包括所述訓(xùn)練序列以及信息序列。
[0023] 優(yōu)選的，在上述可見光通信系統(tǒng)中，所述信號(hào)接收端對(duì)所述電信號(hào)中對(duì)應(yīng)所述訓(xùn) 練序列的數(shù)據(jù)進(jìn)行8ASK判決解調(diào)，并根據(jù)所述判決解調(diào)的結(jié)果對(duì)所述訓(xùn)練序列中對(duì)應(yīng)所 述第一 00K信號(hào)的解調(diào)所需的判決門限電平進(jìn)行校正。
[0024] 本發(fā)明還提供了一種可見光通信方法，用于上述任一項(xiàng)所述的可見光通信系統(tǒng)， 該可見光通信方法包括：
[0025] 將信源信息轉(zhuǎn)換為多路并行的第一 00K信號(hào)；
[0026] 在所述第一 00K信號(hào)的預(yù)設(shè)位置插入設(shè)定的訓(xùn)練序列，形成標(biāo)識(shí)00K信號(hào)，一路標(biāo) 識(shí)00K信號(hào)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED燈芯發(fā)光，所有LED燈芯發(fā)射的光信號(hào)在傳播過(guò)程中發(fā)生光 強(qiáng)疊加，形成混合的可見光信號(hào)；
[0027] 獲取所述可見光信號(hào)，將所述可見光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0028] 根據(jù)所述訓(xùn)練序列的變化對(duì)所述電信號(hào)中解調(diào)所需的判決門限電平進(jìn)行校正，將 校正后的電信號(hào)解調(diào)為多路并行的第二00K信號(hào)；
[0029] 將所述多路并行的第二00K信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述信源信息。
[0030] 優(yōu)選的，在上述可見光通信方法中，所述LED模組包括：第一 LED燈芯、第二LED燈 芯以及第三LED燈芯；且第一 LED燈芯的幅值：第二LED燈芯的幅值：第三LED燈芯的幅值 為 4:2:1 ;
[0031] 所述在所述第一 00K信號(hào)的預(yù)設(shè)位置插入設(shè)定的訓(xùn)練序列為在所述第一 00K信號(hào) 的預(yù)設(shè)位置插入8ASK信號(hào)，所述8ASK信號(hào)的碼元包括000-111范圍內(nèi)的8種連續(xù)的碼字。
[0032] 優(yōu)選的，在上述可見光通信方法中，所述根據(jù)所述訓(xùn)練序列的變化對(duì)所述電信號(hào) 中非所述訓(xùn)練序列的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正為對(duì)所述電信號(hào)中對(duì)應(yīng)所述訓(xùn)練序列的數(shù)據(jù)進(jìn)行8ASK 判決解調(diào)，并根據(jù)所述判決解調(diào)的結(jié)果對(duì)所述訓(xùn)練序列中對(duì)應(yīng)所述第一 00K信號(hào)的解調(diào)所 需的判決門限電平進(jìn)行校正。
[0033] 通過(guò)上述描述可知，本發(fā)明技術(shù)方案提供的可見光通信系統(tǒng)包括：信號(hào)發(fā)射端、數(shù) 據(jù)處理裝置、LED模組、信號(hào)接收端；所述LED模組包括多個(gè)并聯(lián)的LED燈芯；所述信號(hào)發(fā)射 端用于將信源信息轉(zhuǎn)換為多路并行的第一 00K信號(hào)，并在所述第一 00K信號(hào)的預(yù)設(shè)位置插 入設(shè)定的訓(xùn)練序列，形成標(biāo)識(shí)00K信號(hào)，一路標(biāo)識(shí)00K信號(hào)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED燈芯發(fā)光，所 有LED燈芯發(fā)射的光信號(hào)在傳播過(guò)程中發(fā)生光強(qiáng)疊加，形成混合的可見光信號(hào)；所述信號(hào) 接收端用于獲取所述可見光信號(hào)，將所述可見光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，根據(jù)所述訓(xùn)練序列的 變化對(duì)所述電信號(hào)中解調(diào)所需的判決門限電平進(jìn)行校正，將校正后的電信號(hào)解調(diào)為多路并 行的第二00K信號(hào)，將所述多路并行的第二00K信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述信源信息。
[0034] 可見，所述可見光通信系統(tǒng)根據(jù)所述訓(xùn)練序列對(duì)所述電信號(hào)中解調(diào)所需的判決門 限電平進(jìn)行校正，降低了可見光通信中誤碼率。本發(fā)明提供的可見光通信方法可以通過(guò)所 述可見光通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可見光通信，降低了可見光通信的誤碼率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0036] 圖1本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種可見光通信系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射端的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種可見光通信系統(tǒng)的信號(hào)接收端的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖3為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種一幀數(shù)字信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)；
[0039] 圖4為引入訓(xùn)練序列前后可見光通信系統(tǒng)的誤碼率和誤比特率性能對(duì)比示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0041] 雖然現(xiàn)有的可見光通信系統(tǒng)中部分系統(tǒng)通過(guò)采用波分復(fù)用的方式實(shí)現(xiàn)了可見光 疊加傳輸，其接收端解調(diào)時(shí)需要3個(gè)濾光片將三種顏色的信號(hào)分離，對(duì)應(yīng)3套處理系統(tǒng)，使 得系統(tǒng)復(fù)雜度增加并增加系統(tǒng)成本。
[0042] 且現(xiàn)有的可見光通信系統(tǒng)中，不考慮發(fā)送端電壓波動(dòng)，只研究 EOE (electro-optical-electrical，電光電）信道中的加性高斯白噪聲對(duì)系統(tǒng)性能帶來(lái)的 影響。所述電壓波動(dòng)主要可以分為一下三大類噪聲：①由于生產(chǎn)參數(shù)的不一致性帶來(lái)的隨 機(jī)波動(dòng)；②元器件受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生的溫度噪聲和熱噪聲；③由于信號(hào)激勵(lì)而產(chǎn)生的 隨機(jī)起伏。在此，將各類不確定因素的影響統(tǒng)一歸類為發(fā)送端的電壓波動(dòng)，而如【背景技術(shù)】所 述，發(fā)送端的電壓波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)失真問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致可見光通信的 誤碼率較高。
[0043] 但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于上述各類噪聲影響，發(fā)送端信源信息的星座圖已經(jīng)發(fā)生 了漂移，近似于信源信息上疊加了部分噪聲，實(shí)際值與設(shè)計(jì)值存在一定偏差。如果忽略所述 電壓波動(dòng)帶來(lái)的影響，必然會(huì)導(dǎo)致可見光通信的誤碼率較高，無(wú)法獲取較好的傳輸性能。 [0044] 對(duì)于信號(hào)發(fā)射端的電壓波動(dòng)，可以等效為一個(gè)慢速變化的隨機(jī)噪聲，結(jié)合實(shí)際噪 聲模型，所述信源信息熵最大的典型分布包括：當(dāng)信源輸出信號(hào)的幅度受限（或峰值功率 受限）條件下的均勻分布和信源輸出信號(hào)的平均功率受限時(shí)的高斯分布。
[0045] 假設(shè)信源信息的輸出幅值被限定在[a，b]區(qū)間內(nèi)，則當(dāng)輸出信號(hào)的概率密度為均 勻分布時(shí)，信源可獲得最大熵，其熵值為log(b-a)。因此，假設(shè)信源信息當(dāng)前的波動(dòng)服從其 幅值一定比例的均勻分布，例如當(dāng)幅值為A時(shí)，波動(dòng)因子設(shè)為α，信源信息的波動(dòng)服從區(qū)間 [-α Α，α Α]內(nèi)的隨機(jī)均勻分布，即：
[0046]

【權(quán)利要求】
1. 一種可見將光通信系統(tǒng)，其特征在于，包括：信號(hào)發(fā)射端、數(shù)據(jù)處理裝置、LED模組、 信號(hào)接收端； 所述LED模組包括多個(gè)并聯(lián)的LED燈芯； 所述信號(hào)發(fā)射端用于將信源信息轉(zhuǎn)換為多路并行的第一 00K信號(hào)，并在所述第一 00K 信號(hào)的預(yù)設(shè)位置插入設(shè)定的訓(xùn)練序列，形成標(biāo)識(shí)00K信號(hào)，一路標(biāo)識(shí)00K信號(hào)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)一個(gè) LED燈芯發(fā)光，所有LED燈芯發(fā)射的光信號(hào)在傳播過(guò)程中發(fā)生光強(qiáng)疊加，形成混合的可見光 信號(hào)； 所述信號(hào)接收端用于獲取所述可見光信號(hào)，將所述可見光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，根據(jù)所 述訓(xùn)練序列的變化對(duì)所述電信號(hào)中解調(diào)所需的判決門限電平進(jìn)行校正，將校正后的電信號(hào) 解調(diào)為多路并行的第二00K信號(hào)，將所述多路并行的第二00K信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述信源信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)射端包括： 串并轉(zhuǎn)換模塊，所述串并轉(zhuǎn)換模塊用于將所述信源信息轉(zhuǎn)換為多路并行的數(shù)字信息； 調(diào)制模塊，所述調(diào)制模塊用于將所述多路并行的數(shù)字信息調(diào)制為對(duì)應(yīng)的多路并行的第 一 00K信號(hào)； 數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)據(jù)處理裝置用于在所述第一 00K信號(hào)的預(yù)設(shè)位置插入設(shè)定的訓(xùn) 練序列，形成標(biāo)識(shí)00K信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)接收端包括： 光電轉(zhuǎn)換模塊，所述光電轉(zhuǎn)換模塊用于獲取所述可見光信號(hào)，將所述可見光信號(hào)轉(zhuǎn)換 為電信號(hào)； 控制器，所述控制器用于根據(jù)所述訓(xùn)練序列的變化對(duì)所述電信號(hào)中解調(diào)所需的判決門 限電平進(jìn)行校正； 解調(diào)模塊，所述解調(diào)模塊用于對(duì)校正后的電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，形成Μ路并行的第二00K信 號(hào)； 并串轉(zhuǎn)換模塊，所述并串轉(zhuǎn)換模塊用于將所述Μ路并行的第二00Κ信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述信 源信息。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述LED模組包括：第一 LED 燈芯、第二LED燈芯以及第三LED燈芯；且第一 LED燈芯的幅值：第二LED燈芯的幅值：第 三LED燈芯的幅值為4:2:1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述訓(xùn)練序列為8ASK信號(hào)，所 述8ASK信號(hào)的碼元包括000-111范圍內(nèi)的8種連續(xù)的碼字。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述標(biāo)識(shí)OOK信號(hào)包括一幀或 多幀數(shù)字信號(hào)，每一幀所述數(shù)字信號(hào)均包括所述訓(xùn)練序列以及信息序列。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)接收端對(duì)所述電信 號(hào)中對(duì)應(yīng)所述訓(xùn)練序列的數(shù)據(jù)進(jìn)行8ASK判決解調(diào)，并根據(jù)所述判決解調(diào)的結(jié)果對(duì)所述訓(xùn) 練序列中對(duì)應(yīng)所述第一 OOK信號(hào)的解調(diào)所需的判決門限電平進(jìn)行校正。
8. -種可見光通信方法，用于如權(quán)利要求1-7所述的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，包 括： 將信源信息轉(zhuǎn)換為多路并行的第一 OOK信號(hào)； 在所述第一 OOK信號(hào)的預(yù)設(shè)位置插入設(shè)定的訓(xùn)練序列，形成標(biāo)識(shí)OOK信號(hào)，一路標(biāo)識(shí) 00K信號(hào)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED燈芯發(fā)光，所有LED燈芯發(fā)射的光信號(hào)在傳播過(guò)程中發(fā)生光強(qiáng)疊 力口，形成混合的可見光信號(hào)； 獲取所述可見光信號(hào)，將所述可見光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 根據(jù)所述訓(xùn)練序列的變化對(duì)所述電信號(hào)中解調(diào)所需的判決門限電平進(jìn)行校正，將校正 后的電信號(hào)解調(diào)為多路并行的第二00K信號(hào)； 將所述多路并行的第二00K信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述信源信息。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的可見光通信方法，其特征在于，所述LED模組包括：第一 LED 燈芯、第二LED燈芯以及第三LED燈芯；且第一 LED燈芯的幅值：第二LED燈芯的幅值：第 三LED燈芯的幅值為4:2:1 ; 所述在所述第一 00K信號(hào)的預(yù)設(shè)位置插入設(shè)定的訓(xùn)練序列為在所述第一 00K信號(hào)的預(yù) 設(shè)位置插入8ASK信號(hào)，所述8ASK信號(hào)的碼元包括000-111范圍內(nèi)的8種連續(xù)的碼字。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的可見光通信方法，其特征在于，所述根據(jù)所述訓(xùn)練序列的變 化對(duì)所述電信號(hào)中非所述訓(xùn)練序列的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正為對(duì)所述電信號(hào)中對(duì)應(yīng)所述訓(xùn)練序列 的數(shù)據(jù)進(jìn)行8ASK判決解調(diào)，并根據(jù)所述判決解調(diào)的結(jié)果對(duì)所述訓(xùn)練序列中對(duì)應(yīng)所述第一 00K信號(hào)的解調(diào)所需的判決門限電平進(jìn)行校正。
【文檔編號(hào)】H04B10/116GK104218990SQ201410519377
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】朱義君, 陳紫陽(yáng), 鄔江興, 于宏毅, 劉洛琨, 張效義, 張劍, 李青, 仵國(guó)鋒, 田忠駿 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué)