CN106850061B - 可见光通信***及其同步检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可见光通信***及其同步检测方法。本发明提供的可见光通信***,包括:发送端和接收端;发送端包括组帧模块、发送模块和模拟发送前端,其中,所述组帧模块耦接所述发送模块,所述发送模块耦接所述模拟发送前端;所述组帧模块用于对所接收到的传输数据进行组帧以形成固定帧长数据,每个帧包含帧同步码、数据帧控制字、有效数据长度、有效数据、填充数据和帧校验码字段。在发明的可见光通信***中,通过发送端将接收到的传输数据进行组帧以形成固定帧长数据,以便于接收端能正确识别出每帧数据,以实现收发数据帧的同步功能,从而更好保持可见光通信的同步性,以提高可见光通信的效率。
Description
技术领域
本发明涉及可见光通信领域,尤其涉及一种可见光通信***及其同步检测方法。
背景技术
可见光通信(VLC)是一种在白光LED技术上发展起来的新兴的无线光通信技术。其利用LED器件的高速响应特性,将信号调制到LED可见光上进行传输,该通信采用可见光做为信息传输载体,具有不受电磁干扰影响、绿色环保、传输容量大、可实现照明与通信相结合等特点。由于可见光通信采用可见光做为信息传输载体,该载体容易受到遮挡、多径效应影响,特别是在移动环境中,因可见光短时被遮挡、多径效应影响可见光通信的可靠性,采用传统的通信同步方式导致可见光通信收发信道频繁在同步、失步状态间进行转换,加长了通信中断恢复的时间,降低了可见光通信的效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种可见光通信***,可更好保持可见光通信的同步性,以提高可见光通信的效率。
为实现上述目的,本发明提供的可见光通信***,包括:发送端和接收端;
发送端包括组帧模块、发送模块和模拟发送前端,其中,所述组帧模块耦接所述发送模块,所述发送模块耦接所述模拟发送前端;
所述组帧模块用于对所接收到的传输数据进行组帧以形成固定帧长数据,每个帧包含帧同步码、数据帧控制字、有效数据长度、有效数据、填充数据和帧校验码字段;
所述发送模块用于接收并发送所述固定帧长数据;
所述模拟发送前端用于将所述固定帧长数据以可见光信号的形式向外发送;
所述接收端包括模拟接收前端、接收模块、同步检测模块和解帧模块;其中,所述模拟接收前端耦接所述接收模块,所述接收模块耦接所述同步检测模块,所述同步检测模块耦接所述解帧模块;
所述模拟接收前端用于接收所述可见光信号,并将所述可见光信号转换为所述固定帧长数据;
所述接收模块用于接收并发送所述固定帧长数据;
所述同步检测模块用于按字节流对所述固定帧长数据进行数据接收,并扫描帧同步码;
所述解帧模块用于解析所述固定帧长数据的每帧数据,并输出所述解析后的数据。
优选地,模拟发送前端包括第一数字模拟转换器和可见光光源;其中,所述第一数字模拟转换器耦接所述发送模块,所述可见光光源耦接所述第一数字模拟转换器;
所述第一数字模拟转换器用于将所述固定帧长数据转换为第一模拟信号;所述可见光光源用于接收所述第一模拟信号,并将所述第一模拟信号以可见光信号的形式向外发送。
优选地,模拟接收前端包括可见光接收模块和第二数字模拟转换器;
所述可见光接收模块耦接所述第二数字模拟转换器,所述第二数字模拟转换器耦接所述接收模块,
所述可见光接收模块用于接收可见光信号,并将所述可见光信号转换为第二模拟信号;
所述第二数字模拟转换器用于将所述第二模拟信号转换为所述固定帧长数据。
优选地,所述固定帧长数据的帧长采用128字节帧长。
优选地,所述帧同步码的字节长度为1个字节,所述数据帧控制字的字节长度为2个字节,所述有效数据长度的字节长度为1个字节,所述有效数据的字节长度为n个字节,所述填充数据的字节长度为m个字节,所述帧校验码字段的字节长度为2个字节,而m=128-n-6。
优选地,所述可见光光源为LED白光灯,所述发送模块为OFDM发送器,所述接收模块为OFDM接收器。
本发明还提出一种基于上述的可见光通信***的可见光通信同步检测方法,所述方法包括:
接收端的同步检测模块用于按字节流对固定帧长数据进行数据接收,并扫描帧同步码;
当扫描到第1个帧同步码时,启动字节接收计数器对所述固定帧长数据的字节进行计数;
当计数到达到一个数据帧的帧长时,继续扫描下一个数据帧;
当扫描到第2个帧同步码时,且当计数到达到一个数据帧的帧长时,继续扫描下一个数据帧;
当扫描到第3个帧同步码时,判断接收端相对于发送端进入同步状态。
优选地,所述当扫描到第3个帧同步码时,判断接收端相对于发送端进入同步状态的步骤之后还包括:
接收端的同步检测模块继续按字节流对固定帧长数据进行数据接收,并扫描帧同步码;
当连续4次没有检测到帧同步码时,判断接收端相对于发送端进入同步状态。
优选地,所述当扫描到第3个帧同步码时,判断接收端相对于发送端进入同步状态的步骤之后还包括:
所述接收端的所述解帧模块解析所述固定帧长数据的每帧数据,并将解析后的数据输出。
在发明的可见光通信***中,通过发送端将接收到的传输数据进行组帧以形成固定帧长数据,以便于接收端能正确识别出每帧数据,以实现收发数据帧的同步功能,从而更好保持可见光通信的同步性,以提高可见光通信的效率。
附图说明
图1为本发明可见光通信***一实施例的功能模块示意图;
图2为图1中模拟发送前端一实施例的功能模块示意图;
图3为图1中模拟接收前端一实施例的功能模块示意图;
图4为本发明可见光通信***所采用帧的结构示意图;
图5为本发明可见光通信***的可见光通信同步检测方法一实施例的流程示意图。
附图标号说明:
1 发送端
11 组帧模块
12 发送模块
13 模拟发送前端
131 第一数字模拟转换器
132 可见光光源
2 接收端
21 模拟接收前端
211 可见光接收模块
212 第二数字模拟转换器
22 接收模块
23 同步检测模块
24 解帧模块
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明提供一种可见光通信***。
图1为本发明可见光通信***一实施例的功能模块示意图。图2为图1中模拟发送前端13一实施例的功能模块示意图。图3为图1中模拟接收前端21一实施例的功能模块示意图。图4为本发明可见光通信***所采用帧的结构示意图。请结合参照图1至图4,在本实施例中,该可见光通信***包括发送端1和接收端2。发送端1包括组帧模块11、发送模块12和模拟发送前端13,其中,组帧模块11耦接发送模块12,发送模块12耦接模拟发送前端13。
其中,组帧模块11用于对所接收到的传输数据进行组帧以形成固定帧长数据。具体请参照图4,在本实施例中,固定帧长数据的帧长采用128字节帧长。每个帧包含帧同步码、数据帧控制字、有效数据长度、有效数据、填充数据和帧校验码字段。帧同步码的字节长度为1个字节,数据帧控制字的字节长度为2个字节,有效数据长度的字节长度为1个字节,有效数据的字节长度为n个字节,填充数据的字节长度为m个字节,帧校验码字段的字节长度为2个字节,而m=128-n-6。
发送模块12用于接收并发送固定帧长数据。
模拟发送前端13用于将固定帧长数据以可见光信号的形式向外发送。
请参照图2,在本实施例中,模拟发送前端13包括第一数字模拟转换器131和可见光光源132;其中,第一数字模拟转换器131耦接发送模块12,可见光光源132耦接第一数字模拟转换器131。其中,可见光光源132可为LED白光灯,发送模块12可为OFDM发送器。
第一数字模拟转换器131用于将固定帧长数据转换为第一模拟信号;可见光光源132用于接收第一模拟信号,并将第一模拟信号以可见光信号的形式向外发送。
接收端2包括模拟接收前端21、接收模块22、同步检测模块23和解帧模块24;其中,模拟接收前端21耦接接收模块22,接收模块22耦接同步检测模块23,同步检测模块23耦接解帧模块24。其中,接收模块22可为OFDM接收器。
请参照图3,在本实施例中,模拟接收前端21包括可见光接收模块22211和第二数字模拟转换器212。可见光接收模块22211耦接第二数字模拟转换器212,第二数字模拟转换器212耦接接收模块22。
其中,可见光接收模块22211用于接收可见光信号,并将可见光信号转换为第二模拟信号。
第二数字模拟转换器212用于将第二模拟信号转换为固定帧长数据。
模拟接收前端21用于接收可见光信号,并将可见光信号转换为固定帧长数据。
接收模块22用于接收并发送固定帧长数据。
同步检测模块23用于按字节流对固定帧长数据进行数据接收,并扫描帧同步码。
解帧模块24用于解析固定帧长数据的每帧数据,并输出解析后的数据。
在本实施例中,组帧模块11接收到的传输数据之后,对该传输数据进行组帧以形成帧长为128字节帧长固定帧长数据,每个帧包含帧同步码、数据帧控制字、有效数据长度、有效数据、填充数据和帧校验码字段。其中数据帧控制字可根据具体应用进行定义,有效数据长度表示本数据帧有效数据字节数,填充数据在有效数据不能满帧下进行填充(固定填充字节0x55),图4中有效数据长度为n个字节,填充数据长度m=128-n-6,帧校验实现对整帧数据的校验,传输数据完成组帧运算后,再发往发送模块12,发送模块12再将该固定帧长数据传输给模拟发送前端13,模拟发送前端13的第一数字模拟转换器131对该传输数据进行D/A数据转换,将转换后的数据传输给可见光光源132,然后,可见光光源132将转换后的数据以可见光信号的形式向外发送。在接收端2,可见光接收模块22接收可见光信号后,经第二数字模拟转换器212对该可见光信号进行A/D转换,然后通过同步检测模块23按字节流对该转换后的固定帧长数据进行数据接收,并扫描帧同步码。接着,解帧模块24解析该固定帧长数据的每帧数据,并输出解析后的数据。
在本实施例中,通过发送端1将接收到的传输数据进行组帧以形成固定帧长数据,以便于接收端2能正确识别出每帧数据,以实现收发数据帧的同步功能,从而更好保持可见光通信的同步性,以提高可见光通信的效率。
本发明还提出了一种基于上述可见光通信***的可见光通信同步检测方法。图5为本发明可见光通信***的可见光通信同步检测方法一实施例的流程示意图。请参照图5,该流程包括以下步骤:
开始;
步骤S10:接收端2的同步检测模块23用于按字节流对固定帧长数据进行数据接收,并扫描帧同步码。
步骤S20:判断是否扫描到第1个帧同步码。若是,执行步骤S30;若否,执行步骤S90。(其中,S90:判断接收端2相对于发送端1进入失步状态。)
步骤S30:启动字节接收计数器对固定帧长数据的字节进行计数。
步骤S40:当计数到达到一个数据帧的帧长时,继续扫描下一个数据帧;
步骤S50:判断是否扫描到第2个帧同步码,若是,执行步骤S60;若否,执行步骤S90。
步骤S60:当计数到达到一个数据帧的帧长时,继续扫描下一个数据帧。步骤S70:判断是否扫描到第3个帧同步码,若是,执行步骤S80;若否,执行步骤S90。
步骤S80:判断接收端2相对于发送端1进入同步状态。
当判断接收端2相对于发送端1进入同步状态后,接收端2的解帧模块24解析固定帧长数据的每帧数据,并将解析后的数据输出。
在上述流程中,通过判断是否扫描到第1个帧同步码之后,接着,再判断是否扫描到第2个帧同步码,接着,再判断是否扫描到第3个帧同步码,直至连续3次扫描到帧同步码之后,进而,判断接收端2相对于发送端1进入同步状态,本发明的检测方法可很方便的判断出该可见光通信***可见光通信的同步性。
请继续参照图5,在本实施例中,在判断接收端2相对于发送端1进入同步状态之后,可再执行步骤S100。
步骤S100:接收端2的同步检测模块23继续按字节流对固定帧长数据进行数据接收,并扫描帧同步码。
步骤S110:判断是否连续4次没有检测到帧同步码。若是,执行步骤S80;若否,执行步骤S90。
在本实施例中,采用4次没有检测到同步码而决定接收器进入失步状态是为提高传输***的抗干扰能力和因短时中断而快速恢复能力,因为光传输通道上因瞬间遮挡而中断造成的短时的中断或误码(4个帧同步码丢失)不影响传输***工作,可让传输通道进入保持状态,保持当前的同步状态,并继续按原同步状态解析、还原通道的数据。当接收同步保持时间过长,如4个帧后仍未检测到同步码,则接收器进入失步状态,如在4帧数据内能检测的同步码,可继续保持在同步状态,这就避免了因信道短时间被干扰而对数据传输造成的影响。该同步方法在实际应用中获得较好的传输效果。本发明也可根据实际环境的特点,即可见光通信通道平均干扰持续时间,通过调整接收端2同步码连续丢失个数,调整接收端2的同步保持时间,使该保持时间大于通道的平均干扰持续时间,以消除干扰对通信***的影响。
以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种可见光通信***,其特征在于,包括:发送端和接收端;
发送端包括组帧模块、发送模块和模拟发送前端,其中,所述组帧模块耦接所述发送模块,所述发送模块耦接所述模拟发送前端;
所述组帧模块用于对所接收到的传输数据进行组帧以形成固定帧长数据,每个帧包含帧同步码、数据帧控制字、有效数据长度、有效数据、填充数据和帧校验码字段;
所述发送模块用于接收并发送所述固定帧长数据;
所述模拟发送前端用于将所述固定帧长数据以可见光信号的形式向外发送;
所述接收端包括模拟接收前端、接收模块、同步检测模块和解帧模块;其中,所述模拟接收前端耦接所述接收模块,所述接收模块耦接所述同步检测模块,所述同步检测模块耦接所述解帧模块;
所述模拟接收前端用于接收所述可见光信号,并将所述可见光信号转换为所述固定帧长数据;
所述接收模块用于接收并发送所述固定帧长数据;
所述同步检测模块用于按字节流对所述固定帧长数据进行数据接收,并扫描帧同步码;
所述解帧模块用于解析所述固定帧长数据的每帧数据,并输出所述解析后的数据;
所述固定帧长数据的帧长采用128字节帧长,所述帧同步码的字节长度为1个字节,所述数据帧控制字的字节长度为2个字节,所述有效数据长度的字节长度为1个字节,所述有效数据的字节长度为n个字节,所述填充数据的字节长度为m个字节,所述帧校验码字段的字节长度为2个字节,而m=128-n-6
模拟接收前端包括可见光接收模块和第二数字模拟转换器;
所述可见光接收模块耦接所述第二数字模拟转换器,所述第二数字模拟转换器耦接所述接收模块,
所述可见光接收模块用于接收可见光信号,并将所述可见光信号转换为第二模拟信号;
所述第二数字模拟转换器用于将所述第二模拟信号转换为所述固定帧长数据。
2.如权利要求1所述的可见光通信***,其特征在于,
模拟发送前端包括第一数字模拟转换器和可见光光源;其中,所述第一数字模拟转换器耦接所述发送模块,所述可见光光源耦接所述第一数字模拟转换器;
所述第一数字模拟转换器用于将所述固定帧长数据转换为第一模拟信号;所述可见光光源用于接收所述第一模拟信号,并将所述第一模拟信号以可见光信号的形式向外发送。
3.如权利要求1所述的可见光通信***,其特征在于,所述可见光光源为LED白光灯,所述发送模块为OFDM发送器,所述接收模块为OFDM接收器。
4.一种基于如权利要求1-3任意一项所述的可见光通信***的可见光通信同步检测方法,其特征在于,所述方法包括:
接收端的同步检测模块用于按字节流对固定帧长数据进行数据接收,并扫描帧同步码;
当扫描到第1个帧同步码时,启动字节接收计数器对所述固定帧长数据的字节进行计数;
当计数到达到一个数据帧的帧长时,继续扫描下一个数据帧;
当扫描到第2个帧同步码时,且当计数到达到一个数据帧的帧长时,继续扫描下一个数据帧;
当扫描到第3个帧同步码时,判断接收端相对于发送端进入同步状态。
5.一种如权利要求4所述的可见光通信同步检测方法,其特征在于,所述当扫描到第3个帧同步码时,判断接收端相对于发送端进入同步状态的步骤之后还包括:
接收端的同步检测模块继续按字节流对固定帧长数据进行数据接收,并扫描帧同步码;
当连续4次没有检测到帧同步码时,判断接收端相对于发送端进入同步状态。
6.一种如权利要求4所述的可见光通信同步检测方法,其特征在于,所述当扫描到第3个帧同步码时,判断接收端相对于发送端进入同步状态的步骤之后还包括:
所述接收端的所述解帧模块解析所述固定帧长数据的每帧数据,并将解析后的数据输出。
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