CN108512598A - 一种光通信的方法及*** - Google Patents

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CN108512598A CN201710108512.3A CN201710108512A CN108512598A CN 108512598 A CN108512598 A CN 108512598A CN 201710108512 A CN201710108512 A CN 201710108512A CN 108512598 A CN108512598 A CN 108512598A
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Abstract

本发明涉及一种光通信的方法和***，发送端产生低于800ns的光脉冲，将需要传输的信号编码到所述光脉冲中，接收端结合使用跨阻抗放大器和预定电阻值的反馈电阻，对光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用信号。利用本发明的方法，能够实现在弱光环境甚至黑暗环境下的光通信，从根本上扩大可见光通信的应用场景。

Description

一种光通信的方法及***
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种光通信的方法及***。
背景技术
可见光通信技术利用LED灯的发光二极管发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，***电源插头即可使用。
利用这种技术做成的***能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接，并且具有高通信速率和高安全性的特点。
但是在现实生活中有很多情况我们并不需要室内灯，比如阳光充分照到室内的白天或是需要关灯睡觉的晚上，现有的可见光通信技术需要LED灯发出较亮的光束才能实现通信，这严重限制了可见光通信的应用场景。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种光通信的方法和***，实现在弱光环境下，即LED灯发出人眼不可察觉的光束的情况下进行通信，从根本上扩大了可见光通信的应用场景。
一种光通信的方法，所述方法包括以下步骤：
发送端产生低于800ns的光脉冲，将需要传输的信号编码到所述光脉冲中；
接收端结合使用跨阻抗放大器和预定电阻值的反馈电阻，对所述光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用信号。
一种光通信的***，所述光通信***包括：
发送端，用于产生低于800ns的光脉冲，将需要传输的信号编码到所述光脉冲中；
接收端，用于结合使用跨阻抗放大器和预定电阻值的反馈电阻，对所述光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用信号。
上述光通信的方法及***，发送端产生低于800ns的光脉冲，将需要传输的信号编码到所述光脉冲中，接收端结合使用跨阻抗放大器和预定电阻值的反馈电阻，对光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用信号。通过将数据编码到不能被人员察觉LED等光束的情况下实现可见光通信，从而可以实现在弱光环境甚至黑暗环境下的光通信，从根本上扩大了可见光通信的应用场景。
附图说明
图1为一实施例中光通信的方法的流程图；
图2为一实施例中光通信***的结构示意图。
具体实施方式
在一个实施例中，一种光通信的方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S101：发送端产生低于800ns的光脉冲，将需要传输的信号编码到光脉冲中。
其中，要实现在人眼无法察觉LED光束的情况下进行可见光通信，需要发送端的LED灯可以迅速上升到峰值强度以产生极短的光脉冲。本发明实施例中，极短的光脉冲可以是800ns以下的光脉冲，比如在具体实现时，可以是500ns～800ns的光脉冲。
作为其中的一种可能的实现方式，通过给光通信***的金属氧化物半导体场效应管加场效应管门驱动将场效应管的电压提高，从而发送端产生500～800ns的光脉冲。
其中一种可能的实现方式中，通过将场效应管的电压提高到6V，从而发送端产生500～800ns的光脉冲。
由于极短的LED占用周期导致光脉冲很稀疏，从而给调制或解调带来较大的挑战。通常的编码方式如开关键控、频移键控会导致很低的传输效率，因此，作为本发明实施例一种可能的实现方式，在将需要传输的信号编码到光脉冲时，通过重叠脉冲位置调制方式进行编码。具体来说，是将时间划分为等长的符号，每个符号又划分为2M个时隙，每个符号内仅有一个光脉冲，通过光脉冲在时域的上升边缘所在的时隙位置进行编码(假设光通信的传输速率为M比特/符号)。
步骤S102：接收端结合使用跨阻抗放大器和预定电阻值的反馈电阻，对光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用信号。
接收端通过结合使用跨阻放大器和预定电阻值的反馈电阻，目的是提高光电二极管的接收增益，从而提高通信距离。因此，这里预定电阻值的反馈电路，只要是能够实现上述目的的高电阻值的反馈电阻都能够应用于本发明。
本发明实施例中，在解码时，由于周围环境的光束干扰，不能直接使用最大似然解码，由于LED光脉冲的变化速度远大于干扰光束，因此，在本发明实施例的一种可能的实现方式中，通过高斯一阶求导来确定脉冲的上升边缘位置。
具体来说，是对光脉冲的信号进行识别，并通过高斯一阶求导来确定光脉冲的上升边缘位置，以对光脉冲中的信号进行识别并解码得到游泳的信号。
当发送端有多个LED光源同时发送数据时，接收端接收到的是多个LED流的叠加信号，这给接收端的解码带来较大的干扰。基于每个LED光源都有自己的时隙设置以及光脉冲的上升边缘出现在时隙的起始位置，因此，如果一个光脉冲的起始位置和一个LED流的距离最小的时隙位置不一致，则可以判定这个光脉冲不属于这个LED流。
因此，当发送端有多个LED光源时，通过高斯一阶求导得到光脉冲中的上升边缘位置，确定光脉冲中的上升边缘位置与每个LED流的光脉冲中距离最小的时隙位置的偏差，如果偏差在光脉冲中的上升边缘的偏差范围内，则判定光脉冲属于LED流，否则，将光脉冲从LED流中区分出来，对LED流中的每个光脉冲进行解码以得到有用的信号。
通过上述本发明实施例的详细说明，可以理解，本发明的光通信的方法，发送端产生低于800ns的光脉冲，将需要传输的信号编码到所述光脉冲中，接收端结合使用跨阻抗放大器和预定电阻值的反馈电阻，对光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用信号。通过将数据编码到不能被人员察觉LED等光束的情况下实现可见光通信，从而可以实现在弱光环境甚至黑暗环境下的光通信，从根本上扩大了可见光通信的应用场景。
请参阅图2，图2是本发明实施例提供的一种光通信***的结构示意图，本实施例所提供的光通信***用于执行上述图1所示的光通信的方法，如图所示，本实施例的光通信***100包括发送端11和接收端12，其中：
发送端11，用于产生低于800ns的光脉冲，将需要传输的信号编码到光脉冲中。
其中，要实现在人眼无法察觉LED光束的情况下进行可见光通信，需要发送端的LED灯可以迅速上升到峰值强度以产生极短的光脉冲。本发明实施例中，极短的光脉冲可以是800ns以下的光脉冲，比如在具体实现时，可以是500ns～800ns的光脉冲。
作为其中的一种可能的实现方式，通过给光通信***的金属氧化物半导体场效应管加场效应管门驱动将场效应管的电压提高，从而发送端11产生500～800ns的光脉冲。
其中一种可能的实现方式中，通过将场效应管的电压提高到6V，从而发送端11产生500～800ns的光脉冲。
由于极短的LED占用周期导致光脉冲很稀疏，从而给调制或解调带来较大的挑战。通常的编码方式如开关键控、频移键控会导致很低的传输效率，因此，作为本发明实施例一种可能的实现方式，发送端11在将需要传输的信号编码到光脉冲时，通过重叠脉冲位置调制方式进行编码。具体来说，是将时间划分为等长的符号，每个符号又划分为2M个时隙，每个符号内仅有一个光脉冲，通过光脉冲在时域的上升边缘所在的时隙位置进行编码(假设光通信的传输速率为M比特/符号)。
接收端12，用于结合使用跨阻抗放大器和预定电阻值的反馈电阻，对光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用信号。
接收端12通过结合使用跨阻放大器和预定电阻值的反馈电阻，目的是提高光电二极管的接收增益，从而提高通信距离。因此，这里预定电阻值的反馈电路，只要是能够实现上述目的的高电阻值的反馈电阻都能够应用于本发明。
本发明实施例中，在解码时，由于周围环境的光束干扰，不能直接使用最大似然解码，由于LED光脉冲的变化速度远大于干扰光束，因此，在本发明实施例的一种可能的实现方式中，接收端12通过高斯一阶求导来确定脉冲的上升边缘位置。
具体来说，是对光脉冲的信号进行识别，并通过高斯一阶求导来确定光脉冲的上升边缘位置，以对光脉冲中的信号进行识别并解码得到游泳的信号。
当发送端有多个LED光源同时发送数据时，接收端12接收到的是多个LED流的叠加信号，这给接收端12的解码带来较大的干扰。基于每个LED光源都有自己的时隙设置以及光脉冲的上升边缘出现在时隙的起始位置，因此，如果一个光脉冲的起始位置和一个LED流的距离最小的时隙位置不一致，则可以判定这个光脉冲不属于这个LED流。
因此，当发送端11有多个LED光源时，接收端12通过高斯一阶求导得到光脉冲中的上升边缘位置，确定光脉冲中的上升边缘位置与每个LED流的光脉冲中距离最小的时隙位置的偏差，如果偏差在光脉冲中的上升边缘的偏差范围内，则判定光脉冲属于LED流，否则，将光脉冲从LED流中区分出来，对LED流中的每个光脉冲进行解码以得到有用的信号。
上述本发明实施例所提供的光通信的方法及***，发送端产生低于800ns的光脉冲，将需要传输的信号编码到所述光脉冲中，接收端结合使用跨阻抗放大器和预定电阻值的反馈电阻，对光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用信号。通过将数据编码到不能被人员察觉LED等光束的情况下实现可见光通信，从而可以实现在弱光环境甚至黑暗环境下的光通信，从根本上扩大了可见光通信的应用场景。另外，还解决了使用可见光通信的移动终端设备的能量过度消耗问题。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请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，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种光通信的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
发送端产生低于800ns的光脉冲，将需要传输的信号编码到所述光脉冲中；
接收端结合使用跨阻抗放大器和预定电阻值的反馈电阻，对所述光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用信号。
2.根据权利要求1所述的光通信的方法，其特征在于，所述将需要传输的信号编码到所述光脉冲中包括：
通过重叠脉冲位置调制方式将所述需要传输的信号编码到所述光脉冲中；
所述对所述光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用的信号包括：
对所述光脉冲中的信号进行识别，并通过高斯一阶求导来确定所述光脉冲的上升边缘位置，以对所述光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用的信号。
3.根据权利要求2所述的光通信的方法，其特征在于，所述通过重叠脉冲位置调制方式将所述需要传输的信号编码到所述光脉冲中包括：
将时间划分为等长的符号，每个符号又被划分为2M个时隙，每个符号内仅有一个光脉冲，通过光脉冲在时域的上升边缘所在的时隙位置，将需要传输的信号编码到所述光脉冲中，其中，M为光通信的传输速率。
4.根据权利要求3所述的光通信的方法，其特征在于，当所述发送端为多个LED光源时，所述对所述光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用的信号包括：
对所述光脉冲中的信号进行识别，并通过高斯一阶求导得到所述光脉冲的上升边缘位置，确定所述光脉冲的上升边缘位置与每个LED流的光脉冲中距离最小的时隙位置的偏差，如果所述偏差在所述光脉冲的上升边缘的偏差范围内，则判定所述光脉冲属于所述LED流，否则，将所述光脉冲从所述LED流中区分出来，对LED流中的每个光脉冲进行解码以得到有用的信号。
5.根据权利要求1所述的光通信的方法，其特征在于，所述发送端产生低于800ns的光脉冲包括：
通过给金属氧化物半导体场效应管加场效应管门驱动将所述场效应管的电压提高，所述发送端产生500ns～800ns的光脉冲。
6.根据权利要求5所述的光通信的方法，其特征在于，通过给光通信***的金属氧化物半导体场效应管加场效应管门驱动将所述场效应管的电压提高到6V，所述发送端产生500ns～800ns的光脉冲。
7.一种光通信***，其特征在于，所述光通信***包括：
发送端，用于产生低于800ns的光脉冲，将需要传输的信号编码到所述光脉冲中；
接收端，用于结合使用跨阻抗放大器和预定电阻值的反馈电阻，对所述光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用信号。
8.根据权利要求7所述的光通信***，其特征在于，所述发送端用于通过重叠脉冲位置调制方式将所述需要传输的信号编码到所述光脉冲中；
所述接收端用于对所述光脉冲中的信号进行识别，并通过高斯一阶求导来确定所述光脉冲的上升边缘位置，以对所述光脉冲中的信号进行识别并解码得到有用的信号。
9.根据权利要求8所述的光通信***，其特征在于，所述发送端将时间划分为等长的符号，每个符号又被划分为2M个时隙，每个符号内仅有一个光脉冲，通过光脉冲在时域的上升边缘所在的时隙位置，将需要传输的信号编码到所述光脉冲中。
10.根据权利要求9所述的光通信***，其特征在于，当所述光通信***的发送端包括多个LED光源时，所述接收端对所述光脉冲中的信号进行识别，并通过高斯一阶求导得到所述光脉冲中的上升边缘位置，确定所述光脉冲中的上升边缘位置与每个LED流的光脉冲中距离最小的时隙位置的偏差，如果所述偏差在所述光脉冲中的上升边缘的偏差范围内，则判定所述光脉冲属于所述LED流，否则，将所述光脉冲从所述LED流中区分出来，对LED流中的每个光脉冲进行解码以得到有用的信号。
11.根据权利要求7所述的光通信***，其特征在于，通过给金属氧化物半导体场效应管加场效应管门驱动将所述场效应管的电压提高，所述发送端产生500ns～800ns的光脉冲。
12.根据权利要求11所述的光通信***，其特征在于，通过给光通信***的金属氧化物半导体场效应管加场效应管门驱动将所述场效应管的电压提高到6V，所述发送端产生500ns～800ns的光脉冲。
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