[發明專利]一種基于可見光雙向通信系統的通信方法和系統

有效

• 申請號: 202010009088.9
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111193544B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 郝潔;孫大壯;董振元;陳靜
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04B10/54;H04B10/50;H04B10/40;H04J14/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 楊媛媛

本發明涉及一種基于可見光雙向通信系統的通信方法和系統。該通信方法包括：基于時分復用的通信方式確定物理層傳輸數據的超時隙；超時隙包括第一時隙、第二時隙和第三時隙；采用多電平幅度鍵控調制方式確定物理層傳輸數據的原始符號；確定原始符號對應的補償符號；原始符號與補償符號之和為多電平幅度鍵控調制方式的幅度；可見光設備采用第一時隙發送原始符號或接收數據、第二時隙接收數據或發送原始符號以及第三時隙發送補償符號的方式，發送數據和/或接收數據；采用基于CSMA/CD的媒介訪問控制機制調節可見光設備發送數據和/或接收數據的接入信道。本發明可以支持多個設備進行同時收發，實現可見光通信網絡的復雜通信。

技術領域

本發明涉及可見光通信領域，特別是涉及一種基于可見光雙向通信系統的通信方法和系統。

背景技術

可見光通信技術，是利用熒光燈或發光二極管等發出的肉眼看不到的高速明暗閃爍信號來傳輸信息的。與目前使用的無線局域網(無線LAN)相比，可見光通信系統可利用已經存在的室內照明設備發射信道，其通信速度可達每秒數十兆至數百兆，未來傳輸速度還可能超過光纖通信。同時可見光通信系統還具有安全性高、無電磁干擾、節能等特點，在部署了照明設備的室內環境下都有廣泛的應用場景，尤其是對電磁信號敏感的醫院、飛機等場景。因此可見光通信技術的研究具有重要的市場價值。

可見光通信系統中，通常使用發光二極管(light emitting diode，LED)作為數據發送端，接收端則有多種類型，包括光電二極管(Photo-Diode，PD)、CMOS攝像頭、LED等。使用PD作為接收器可以實現較高的通信速率，但是需要額外設計接收器且成本較為昂貴。如果實現需要實現全雙工雙向通信，則需要通信雙方配備發送器和接收器，二者相互獨立。CMOS攝像頭利用卷簾快門(Rolling Shutter)效應接收信號，其通信速率受限于攝像頭的掃描頻率，僅能實現kbps級別的通信速率，且僅能實現從LED到攝像頭(LED-to-Camera)的單向通信，無法實現雙向通信。雙向通信必須借助手機上的藍牙、WI-FI或閃光燈等設備，實現較為復雜。LED作為感光器件，可以通過設置偏置測量可見光強度，這一特性使得LED也可以作為可見光通信的接收器。這種LED-to-LED的可見光雙向通信技術，可以僅利用已經存在的LED照明設備即可實現雙向通信，是一種成本低廉極具應用前景的可見光通信技術。

但是LED-to-LED的通信系統也存在其局限性，即LED需要通過設置偏置，在同一時刻只能發送或只能接受信號，無法在同一時刻實現雙向通信。目前可支持雙向通信的LED-to-LED通信技術研究較少，都是基于曼徹斯特編碼實現的。由于可見光通信通常采用曼徹斯特碼以保持照明強度均衡，曼徹斯特碼的“0”符號可以用來接收信號。但是已有工作僅支持不對稱的數據速率，且無法保障照明均衡。有的工作改進了該機制可以保障照明均衡，但是僅支持一對設備進行同時收發，沒有進行多設備存在時的媒介接入控制，因此不適用于可見光通信網絡。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于可見光雙向通信系統的通信方法和系統，以支持多個設備進行同時收發，實現可見光通信網絡的復雜通信。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種基于可見光雙向通信系統的通信方法，包括：

基于時分復用的通信方式確定物理層傳輸數據的超時隙；所述超時隙包括第一時隙、第二時隙和第三時隙；

采用多電平幅度鍵控調制方式確定物理層傳輸數據的原始符號；所述多電平幅度鍵控調制方式中不同的符號對應不同的幅值；所述幅值為可見光雙向通信系統中可見光設備的光照強度；

確定所述原始符號對應的補償符號；所述原始符號與所述補償符號之和為所述多電平幅度鍵控調制方式的幅度；

所述可見光設備采用所述第一時隙發送所述原始符號或接收數據、所述第二時隙接收數據或發送所述原始符號以及所述第三時隙發送所述補償符號的方式，發送數據和/或接收數據；