[發明專利]基于手機攝像頭的MIMO可見光通信信號提取方法

有效

• 申請號: 201910557890.9
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110166124B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 劉彬;蔡旭輝;張平;劉正達;陳玲;劉娟;吳強;何興道
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 張文杰

本發明提供了一種基于手機攝像頭的MIMO可見光通信信號提取方法，包括信號調制模塊、信號發送模塊以及信號接收和處理模塊；信號調制模塊用于調制不同的編碼信號；信號發送模塊包括LED驅動電路和LED燈組，LED燈組由多個白光LED燈珠組成；信號接收和處理模塊包括手機攝像頭信號接收單元和電腦端MATLAB信號處理單元；信號調制模塊、LED驅動電路、LED燈組依次相連，手機攝像頭信號接收單元接收信號并傳輸到電腦端MATLAB信號處理單元進行信號處理解調。本發明提供的信號提取方法可實現多個LED燈在同時傳輸不同頻率、不同類型的編碼信號時，能減弱信號間干擾對信號處理解調的影響。

技術領域

本發明涉及可見光通信技術領域，具體涉及基于手機攝像頭的MIMO可見光通信信號提取方法。

背景技術

可見光通信（VLC）作為一種光無線通信技術，是面向下一代無線通信和未來智慧家庭的關鍵技術之一。由于可同時用于照明和通信，利用照明的白光LED作為發射器的可見光通信系統受到了高度關注。在可系統接收端，用作接收器的器件有兩種：光電二極管和圖像傳感器；近年來，互補金屬氧化物半導體（CMOS）圖像傳感器在價格和性能方面取得了重大突破，被廣泛用作可見光通信接收器。為了提高基于手機攝像頭的可見光通信系統的吞吐量和信道容量，將多輸入多輸出技術（Multiple Input Multiple Output，簡稱MIMO）運用在系統中，即采用多個LED進行可見光信號的傳輸。在系統接收端，手機攝像頭接收白光LED傳輸的編碼信號，基于其卷簾快門特性會產生不同的明暗條紋，多個LED光源產生的光照重疊區域會對信號傳輸產生干擾，同時在光照中心由于亮度過亮會產生高光溢出的現象，這會使明暗條紋的對比度下降，這不利于信號的解調處理，系統的性能也會受到嚴重影響。

在提升基于手機攝像頭的可見光通信系統的吞吐量和信道容量的基礎上降低系統的誤碼率性能，一直是可見光通信技術領域的研究熱點。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于手機攝像頭的MIMO可見光通信信號提取方法，包括信號調制模塊、信號發送模塊以及信號接收和處理模塊；

所述信號調制模塊用于調制不同的編碼信號；

所述信號發送模塊包括LED驅動電路和LED燈組，所述LED燈組由多個白光LED燈珠組成；

所述信號接收和處理模塊包括手機攝像頭信號接收單元和電腦端MATLAB信號處理單元；

所述信號調制模塊、所述LED驅動電路和所述LED燈組依次相連，所述手機攝像頭信號接收單元接收光信號并傳輸到所述電腦端MATLAB信號處理單元。

其中，所述信號調制模塊由現場可編程門陣列組成。

其中，所述LED驅動電路是基于共射放大電路設計而成，用以接收、放大所述信號調制模塊調制的編碼信號，從而控制所述LED燈組的多個白光LED燈的亮滅以傳輸可見光信號，即二進制數字“1”表示“亮”，二進制數字“0”表示“滅”。

其中，所述手機攝像頭信號接收單元是基于智能手機攝像頭的卷簾快門特性接收光信號。

其中，所述電腦端MATLAB信號處理單元是運用智能手機的攝像頭以拍攝LED燈珠短視頻的方式接收信號。

其中，所述電腦端MATLAB信號處理單元是將手機攝像頭接收的信號傳輸至電腦端，運用MATLAB進行信號處理；處理過程包括：圖像幀提取、灰度轉換、數據游標法像素選擇、找到數據頭、運用算法確定閾值和信號邏輯判決。

其中，所述數據游標法像素選擇是采用數據游標法在LED光源中心的外圍對轉換得到的灰度圖片的像素進行選擇，即對信號進行提取。

其中，所述數據游標法像素選擇的方法包括：濾波處理、數據游標法、選取參考坐標、對坐標進行曲線擬合和選取圖片像素值。