[發明專利]自適應閾值解碼的可視光通信方法

有效

• 申請號: 202110610119.0
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113315575B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 徐江濤;高坤;高志遠;聶凱明;王秀宇;高靜
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04B10/556;H04B10/60
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

本發明涉及可視光通信領域，為解決可視光通信中圖像傳感器幀頻變化導致的通信誤碼率高的問題，本發明旨在提出新的可視光通信方法。為此，本發明采取的技術方案是，自適應閾值解碼的可視光通信方法，發送端進行數據的打包和混合相?頻移開關鍵控調制，然后通過雙通道發射出去。接收端進行自適應的處理傳感器接收的圖像，根據閾值動態切換解碼通道，補償由于通信距離的增加和幀頻變化而引起的光照變化，提高誤碼率性能。本發明主要應用于可視光通信場合。

技術領域

本發明涉及可視光通信領域，具體涉及自適應閾值解碼的可視光通信方法。

背景技術

典型的可視光通信(VLC)系統由包含一個LED的發射機和一個光電二極管(PD)作為接收器的接收機組成。基于PD的VLC鏈路可以獲得較高的數據速率，但其通信距離和抗干擾的魯棒性是有限的。智能交通系統等應用可達到的通信距離是一個關鍵參數，而基于PD的VLC鏈路的最大通信距離為15米，為了實現更長的通信距離，基于圖像傳感器的接收機幀解碼處理的方式已被證明可行。因此利用CMOS圖像傳感器作為VLC鏈路的接收器得到了廣泛的關注。為了提高數據量需要使用高速圖像傳感器進行解調，但這增加了方案成本。針對低成本、低數碼速率的應用，欠采樣頻移開關鍵控和欠采樣相移開關鍵控調制并提出，但這往往沒有考慮圖像傳感器的幀頻變化現象導致的光照變化，極大地影響了誤碼率性能。

發明內容

為克服現有技術的不足，針對可視光通信中圖像傳感器幀頻變化導致的通信誤碼率高的問題，本發明旨在提出新的可視光通信方法。為此，本發明采取的技術方案是，自適應閾值解碼的可視光通信方法，發送端進行數據的打包和混合相-頻移開關鍵控調制，然后通過雙通道發射出去。接收端進行自適應的處理傳感器接收的圖像，根據閾值動態切換解碼通道，補償由于通信距離的增加和幀頻變化而引起的光照變化，提高誤碼率性能。

具體步驟如下：

1)發送端的數據打包

為了配合后續的自適應閾值解碼算法，按照如下方式將數據打包，每50位數碼組成一包，前4個0代表標頭，接著兩位是數碼1和0，隨后的44位數碼是通訊負載；

2)發送端打包后數據的調制和發射

發送端通過相-頻移開關鍵控將一包數據進行調制，然后通過發射端的兩個發射裝置L1和L2同時將數據發送出去，即兩個通道發送相同的數據,但它們進行了不同的調制，具體的調制方式如下：以1KHZ的方波調制L1和L2通路的數據表示數碼0，以125HZ的方波調制L1通路數據表示數碼1，以相移90°的125HZ的方波調制L2通路的數據表示數碼1，完成調制后，發送端通過已調方波信號控制L1和L2的開啟和關閉將數據發送出去；

3)接收端的數據采集

接收端的攝像頭幀頻為50fps，使用時選擇1/250的快門速度拍攝視頻，接收發送端傳送的數據，使每一幀圖片的感光時間是4ms,即在每一幀的成像時間20ms中，同時也是一位數碼的調制持續時長，鏡頭僅進行4ms的感光接收，即進行數碼的欠采樣；

4)接收端的自適應閾值解碼

a)采樣解碼，1和0數碼的識別方法

通過1/250的快門速度4ms進行數碼一幀對應一位、20ms的欠采樣，兩通路都采用1KHZ的載波調制表示0，因此相機在幀頻變化或不同的時刻采樣時，接收端的兩個通路在4ms內都會產生50％的強度，雙通路都采用125HZ的調制波發射信息表示1，但L1相比L2有90°的相移，因此，接收端在進行數碼1采樣時，125HZ載波若在4ms內有開關的變化，則會導致和數碼0相當的光照強度，引起誤碼。此時無論數碼1或者0都轉到另一個通路進行解碼，以此來區分1和0，自適應的解碼算法如下：

b)自適應閾值解碼算法