[發明專利]一種混合可見光信息隱藏信道構造方法

在審

• 申請號: 201510967807.7
• 申請日: 2015-12-21
• 公開（公告）號: CN105610501A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 鄧健志;程小輝
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種混合可見光信息隱藏信道構造方法，其特征在于具體步 驟為：

(1)建立一種可見光多選4+1路混合光通信收發裝置，該裝置包 括發射端和接收端；發射端包括發射控制器、編碼器、發射時鐘、選 頻器、驅動器、光發射天線組；光發射天線組含有n個光發射天線， 每一個光發射天線都包含發射濾鏡和LED；接收端包括接收控制器、 解碼器、接收時鐘、分頻器、判決器和光接收天線組；光接收天線組 含有n個光接收天線，每一個光接收天線都包含接收濾鏡和光電接收 器；其中，n為大于或者等于5的自然數；

發射控制器分別與編碼器、選頻器和發射時鐘電連接；光發射天 線組分別與選頻器和驅動器電連接；驅動器與發射時鐘電連接；

接收控制器分別與解碼器、分頻器和接收時鐘電連接；光接收天 線組分別與分頻器和判決器電連接；判決器與接收時鐘電連接；

發射濾鏡和接收濾鏡都采用帶通濾鏡；帶通濾鏡只能通過某個波 長范圍內的光，帶通濾鏡用于濾除掉這個波長范圍以外的光；光發射 天線和光接收天線的光信號通帶，取決于所使用的帶通濾鏡的通帶范 圍，即取決于帶通濾鏡可通過的光波長范圍；

光發射天線組滿足條件：第1個光發射天線的光信號通帶包括可 見光范圍，第n-m個、第n個光發射天線的光信號通帶都是第1個的 子集，且第n-m個、第n個的各光發射天線的光信號通帶沒有交集； m為小于n且大于0的自然數，且n-m不等于1；

發射控制器,用于從外部設備獲取數據，并將獲取的數據按照4 位二進制一組進行分組，再將分組的數據輸出到編碼器；向選頻器發 出選頻指令，選擇當前數據發送所采用的光發射天線；給發射時鐘發 送驅動時鐘指令，確定發射端發送光信號的速度；

選頻指令，用于指示選頻器，選擇當前數據發送應采用的光發射 天線；

驅動時鐘指令，用于指示發射時鐘，驅動光發射天線發射光信號 應采用的驅動時鐘周期；

發射時鐘，用于根據驅動時鐘指令，確定發射端發送光信號的速 度；接收發射控制器的驅動時鐘指令，并給驅動器提供驅動光發射天 線發射光信號的時鐘信號；時鐘信號為一段占空比為50％的方波信 號，方波的頻率根據發射控制器的驅動時鐘指令決定；

編碼器，將一個由發射控制器輸入的4位二進制數，并編碼成一 組5個的4位二進制數，再輸出這5個4位二進制數；

選頻器，用于根據選頻指令，提供選頻序列，并根據選頻序列， 在n個光發射天線中選擇第1個光發射天線為第1路通信線路和剩余 n-1個光發射天線中的任意4個光發射天線作為通信的第2路、第3 路、第4路、第5路通信線路；

驅動器，用于根據編碼器輸出的5個4位二進制數的‘1’和‘0’信 號，以及選頻器選擇的5路通信線路，用這5個4位二進制數分別驅 動選頻器選擇的5路通信線路上的光發射天線，以LED亮度不同的 兩種狀態分別表示“1”和“0”；

驅動器，將編碼器輸出的一組5個4位二進制數，分別用于驅動 由選頻器選擇的5路光發射天線；在用每個由編碼器輸入的4位二進 制數驅動光發射天線時，根據發射時鐘提供的時鐘信號，將這個4位 二進制數按照自左到右的順序，每一個時鐘周期輸出一位，依次用于 驅動LED；

驅動器，驅動LED用亮度不同的兩種狀態分別表示“1”和“0”， 同時還要保證驅動LED發出的光信號的光強度還滿足：對于5路通 信線路在發射端的5個發射天線發出的光信號“1”在到達接收端時的 光強度保持一致，發出的光信號“0”在到達接收端時的光強度也保持 一致；

光發射天線，用于在驅動器控制下，用LED亮度不同的兩種狀 態變化，產生光信號，并經過發射濾鏡過濾后，以某一個波長范圍的 光信號發送出去；

光接收天線，用于接收來自發射端發出的光信號；

光接收天線組滿足條件：每個光接收天線的光信號通帶都不同； 第1個光接收天線的光信號通帶包括可見光范圍，第n-m個、第n 個光接收天線的光信號通帶都是第1個的子集，且第n-m個、第n 個的各光接收天線的光信號通帶沒有交集；同時，第1個光接收天線 的光信號通帶，又是第1個發射濾鏡光信號通帶的子集，第n-m個光 接收天線的光信號通帶，又是第n-m個發射濾鏡信號通帶的子集，第 n個光接收天線的光信號通帶，又是第n個發射濾鏡光信號通帶的子 集；

分頻器，用于根據分頻指令提供選頻序列，并根據選頻序列，在 n個光接收天線中選擇第1個光接收天線為第1路通信線路和剩余n-1 個光接收天線中的任意4個光接收天線作為通信的第2路、第3路、 第4路、第5路通信線路；使得接收端選用的5個光接收天線所覆蓋 的光信號通帶能分別與5個光發射天線的光信號通帶對應；接收端的 第1路通信線路的光接收天線能接收到發射端的第1路、第2路、第 3路、第4路、第5路通信線路的5個光發射天線發送的光信號；接 收端的第2路通信線路的光接收天線的能接收到發射端的第1路、第 2路通信線路的2個光發射天線發送的光信號；接收端的第3路通信 線路的光接收天線的能接收到發射端的第1路、第3路通信線路的2 個光發射天線發送的光信號；接收端的第4路通信線路的光接收天線 的能接收到發射端的第1路、第4路通信線路的2個光發射天線發送 的光信號；接收端的第5路通信線路的光接收天線的能接收到發射端 的第1路、第5路通信線路的2個光發射天線發送的光信號；

光電接收器，用于接收經接收濾鏡過濾后的光信號，并轉換成模 擬電信號輸出；

接收時鐘，用于根據判決時鐘指令，給判決器提供對光電接收器 輸出的電信號進行采樣判決的判決時鐘信號；在發射端和接收端同步 前，為判決器提供接收時鐘可以達到的最快的時鐘；當同步完成之后， 根據接收控制器的時鐘指令，為判決器提供判決時鐘；

判決器，用于接收光電接收器輸出的模擬電信號，并轉換為數字 信號輸出，對于每個光電接收器，都可以在每一個接收時鐘周期，輸 出一個判決的數字信號；

解碼器，用于將判決器輸出的數字信號還原成一組5個的4位數， 并將該5個的4位數解碼成一個4位二進制數，并輸出；

接收控制器，用于將解碼器的輸出還原成原數據，并將接收并還 原出的原數據輸出到外部設備；給接收時鐘提供判決時鐘指令，給分 頻器輸出分頻指令；

判決時鐘指令，用于指示接收時鐘，確定判決器采樣判決輸出數 字信號應采用的判決時鐘；

分頻指令，用于為分頻器確定應采用的選頻序列；

發射端和接收端，采用的是同樣的選頻序列；發射端和接收端在 通信時，每發送x組數據后，就改變一個選頻序列，根據選頻序列， 更換第2路、第3路、第4路、第5路通信線路所選用的光發射天線 和光接收天線；x為大于0的自然數；

(2)將步驟(1)建立的裝置的編碼器和解碼器進行編解碼，采用的 編解碼規則，詳見表1；表格的第一行為各列的列號，第一列為各行 的行號；

表1編解碼規則

表1中的Bin列為發射控制器轉換后輸入到編碼器的16個4位 二進制，Hex列為Bin列所對應的16進制數；編碼器將Bin列的每 個4位二進制數編碼成表1中相應行的S1列、S2列、S3列、S4列、 S5列的5個4位二進制，S1列、S2列、S3列、S4列、S5列的5列 的數值分別用作驅動器驅動5路通信線路的信號輸出；S1列的數值 用于驅動第1路通信線路上的第1個光發射天線的LED；S2列、S3 列、S4列、S5列的數值，則分別用于驅動由選頻器選擇的剩余n-1 個光發射天線中的第2路、第3路、第4路、第5路通信線路上的4 個光發射天線的LED；

R1列、R2列、R3列、R4列、R5列的5列分別為接收端的分頻 器選擇的5路通信線路上的5個光接收天線接收到發射端發出的光信 號并經過判決器處理后的輸出，R1列為第1路通信線路的判決器輸 出，R2列為第2路通信線路的判決器輸出，R3列為第3路通信線路 的判決器輸出，R4列為第4路通信線路的判決器輸出，R5列為第5 路通信線路的判決器輸出；

其中，R1列為第1路、第2路、第3路、第4路、第5路的5 路通信線路的發射端發出的光信號的疊加后的判決器輸出；R2列為 第1路和第2路的2路通信線路的發射端發出的光信號的疊加后的判 決器輸出；R3列為第1路和第3路的2路通信線路的發射端發出的 光信號的疊加后的判決器輸出；R4列為第1路和第4路的2路通信 線路的發射端發出的光信號的疊加后的判決器輸出；R5列為第1路 和第5路的2路通信線路的發射端發出的光信號的疊加后的判決器輸 出；

編碼器的處理方式為：將一個由發射控制器輸入的4位二進制 數，對應到表1中Bin列中一個4位二進制，并編碼成如表1中對應 的S1列、S2列、S3列、S4列、S5列的5列一組5個的4位二進制 數，再輸出這5個4位二進制數；

解碼器的處理方式為：將判決器輸出的數字信號還原成如表1中 的R1列、R2列、R3列、R4列、R5列的5列一組5個的4位數， 并將這5個的4位數解碼成如表1對應的Bin列的對應行的一個4位 二進制數，并輸出；

(3)步驟(1)建立的裝置的發射端和接收端通信時首先需要進行收 發同步，收發同步的方法為：

在發射端，由發射控制器給編碼器發出同步啟動指令，并由 編碼器驅動第1路通信線路的LED發送一段啟動光信號，第2路、 第3路、第4路、第5路不發送光信號；發射控制器并向發射時鐘發 出時鐘指令，以確定發射端發送光信號的速度；

啟動光信號中，包括了時鐘同步信號和采用的初始選頻序列，用 于確定光信號的發送的速度和發射端將采用的初始的5個光發射天 線；

在接收端，由于第1路通信線路的光信號通帶包含了剩余的n-1 個光接收天線的光通帶，所以n個光接收天線都可以接收到這一啟動 光信號；接收端由第1路通信線路、判決器和解碼器處理識別出啟動 光信號，由接收時鐘為判決器提供接收時鐘可以達到的最快的時鐘， 用作采樣判決的時鐘；并將啟動光信號輸出到接收控制器，從而確定 光信號的速度以及接收端開始接收正式數據的光信號時應采用的初 始選頻序列；

(4)發射端和接收端同步后，進行正式的數據收發，數據收發的 工作原理及步驟如下：

發射端的工作原理及步驟：

TX1、發射控制器從外部設備獲得數據，按4位二進制一組進行 分組，再將分組的數據輸出到編碼器，并給選頻器發出選頻指令，以 及向發射時鐘發送驅動時鐘指令，確定發射端發送光信號的速度；

TX2、編碼器根據表1的編碼規則，對照表1的Bin列，把從發 射控制器輸出的4位二進制數進行編碼成如表1中對應的S1列、S2 列、S3列、S4列、S5列的5列一組5個4位二進制，并輸出這5個 4位二進制數；同時，選頻器接收到選頻指令后，根據選頻序列，在 n個光發射天線中選通第1個光發射天線為第1路通信線路和剩余n-1 個光發射天線中的任意4個光發射天線作為通信的第2路、第3路、 第4路、第5路通信線路；

TX3、驅動器根據編碼器輸出的5個4位二進制數的‘1’和‘0’信 號，以及選頻器選擇的5路通信線路，驅動選頻器選擇的5路通信線 路上的光發射天線的用LED亮度不同的兩種狀態分別表示“1”和“0”； 其中，S1列用于驅動第1路通信線路上的LED，S2列、S3列、S4 列、S5列則依次用于驅動第2路、第3路、第4路、第5路上的LED；

TX4、5路通信線路的LED發出的亮度變化的光信號，經過各自 通信線路上的發射濾鏡過濾后，成為在某個通帶內的光信號發送出 去；

接收端的工作原理及步驟：

RX1、接收控制器接收到啟動光信號后，給接收時鐘提供判決時 鐘指令，給分頻器輸出分頻指令；確定光信號的速度以及接收端開始 接收正式數據的光信號時應采用的初始選頻序列；

RX2、分頻器根據分頻指令確定選頻序列，并根據選頻序列，在 n個光接收天線中選擇第1個光接收天線為第1路通信線路和剩余n-1 個光接收天線中的任意兩個光接收天線作為通信的第2路、第3路、 第4路、第5路通信線路；

RX3、5路通信線路上的5個光接收天線的接收濾鏡，分別對接 收到的光信號進行過濾，過濾后成為在某個通帶內的光信號；

RX4、5路通信線路上的光電接收器，接收經過接收濾鏡過濾后 的光信號，并轉換為模擬電信號輸出；

RX5、判決器將接收光電接收器輸出的模擬電信號，并轉換為數 字信號輸出；

RX6、解碼器根據表1的編解碼規則，對判決器輸出的數字信號 還原成如表1中的R1列、R2列、R3列、R4列、R5列的5列一組5 個4位數，并將該5個4位數解碼成如表1中的Bin列的對應行的一 個4位二進制數，并輸出；

RX7、接收控制器將解碼器的輸出還原成原數據，并輸出到外部 設備。