[發(fā)明專利]室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710082307.4
• 申請(qǐng)日: 2017-02-16
• 公開（公告）號(hào): CN106888051B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵昭磊;尚韜;高妍;楊銀堂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/116
• 分類號(hào): H04B10/116;H04W74/08
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發(fā)明公開了一種室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入超幀結(jié)構(gòu)和接入方法，主要解決現(xiàn)有多用戶接入中碰撞概率大，信道資源利用率低的問題。本發(fā)明的超幀結(jié)構(gòu)定義了多用戶競(jìng)爭(zhēng)接入階段和動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段，同步時(shí)段和用戶工作時(shí)段構(gòu)成動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段；多用戶接入方法包括有：在接入階段針對(duì)多用戶競(jìng)爭(zhēng)引入沖突避免；在動(dòng)態(tài)信道時(shí)隙分配階段，基于優(yōu)先級(jí)的時(shí)隙分配算法對(duì)用戶時(shí)隙分配；引入空閑時(shí)隙競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，充分利用用戶空閑時(shí)隙，將用戶不進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)隙分配給其他用戶競(jìng)爭(zhēng)使用。本發(fā)明減少了多用戶接入時(shí)的碰撞概率，提高了吞吐量，減少了信道帶寬資源的浪費(fèi)，可以用于室內(nèi)可見光通信領(lǐng)域，也可延伸至無線光通信領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及室內(nèi)可見光通信的接入技術(shù)，具體是一種室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)多用戶接入超幀結(jié)構(gòu)和接入方法，用于多用戶的室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中多用戶接入。

背景技術(shù)

室內(nèi)可見光通信(Visible light communication,VLC)是近年來迅速發(fā)展的一種新型無線通信方式，它將照明與通信相結(jié)合，在LED照明設(shè)施上增加數(shù)據(jù)傳輸功能，通過LED光源高速明暗閃爍來傳遞信息。相比射頻無線通信而言，室內(nèi)可見光通信具有可利用帶寬大且不用授權(quán)、不會(huì)產(chǎn)生電磁輻射、安全性高等特點(diǎn)，可以應(yīng)用于醫(yī)院、加油站、機(jī)艙等要求電磁干擾小，安全性要求高的場(chǎng)所，而且能夠有效緩解當(dāng)前射頻頻帶緊張問題，成為一種全新的室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)的寬帶接入方式。

由于發(fā)光二極管(light emitting diode，LED)具有許多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境、良好的照明效果、可持續(xù)利用時(shí)間長等，使它成為未來的主要照明方式。LED所發(fā)出的光線是自然光，不易傷害到人類的雙眼。隨著白光LED技術(shù)日趨成熟，未來的照明裝置將更多的采用LED陣列布局，會(huì)使得照明的能耗大幅度降低。

因此，將基于LED照明光源的VLC技術(shù)應(yīng)用于下一代無線通信中具有可行性基礎(chǔ)，是構(gòu)建室內(nèi)無線通信系統(tǒng)的一個(gè)備用選擇，具有很大的工程應(yīng)用前景。

在室內(nèi)VLC系統(tǒng)中，存在移動(dòng)多用戶接入情況，由于LED終端上可集成的光探測(cè)器數(shù)目有限，而且在可見光通信網(wǎng)絡(luò)中波長資源有限，多個(gè)使用相同波長的用戶同時(shí)請(qǐng)求接入時(shí)會(huì)產(chǎn)生碰撞，降低網(wǎng)絡(luò)的通信效率。因此，如何避免碰撞，有效的完成用戶接入，是室內(nèi)VLC系統(tǒng)急需解決的問題。在無線通信中存在的多址接入?yún)f(xié)議有固定多址接入?yún)f(xié)議(如TDMA、FDMA、CDMA等)、隨機(jī)多址接入?yún)f(xié)議(如CSMA/CD、CSMA/CA等)。由于光載波不能監(jiān)聽信道狀態(tài)，所以在無線通信中傳統(tǒng)的多址接入方法不能簡(jiǎn)單地，直接用于室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中。

解決多用戶接入問題是室內(nèi)可見光通信發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，針對(duì)這方面的研究相對(duì)較少。下面是幾種解決方法：

IEEE 802.15.7提供了一種使用時(shí)隙CSMA/CA來避免碰撞的思想，但是它沒有介紹多用戶接入系統(tǒng)的詳細(xì)步驟和具體方案。

J.Liu等人在“Experiment on Space and Time Division Multiple AccessScheme over Free Space Optical Communication”中提出一種空分/時(shí)分多址接入技術(shù)(SD/TDMA)，但是當(dāng)用戶移動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)反射鏡的角度很難去定義，所以這個(gè)方法不適合移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。

Ratna Kalos Zakiah Sahbudin and Mazlin Kamarulzaman等人在“Performanceof SAC OCDMA-FSO communication systems”中提出使用光碼分多址接入技術(shù) (OpticalCDMA)作為無線光通信的接入技術(shù)，但是當(dāng)用戶增多時(shí)，直接序列擴(kuò)頻很難保持完全正交，多址干擾將會(huì)變得嚴(yán)重。

綜上，在室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中，現(xiàn)有的多用戶接入技術(shù)主要存在承擔(dān)的接入用戶數(shù)量有限，多用戶接入時(shí)碰撞概率大，信道資源利用率低等問題。

發(fā)明內(nèi)容