CN106341185A - Led可见光通信系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED可见光通信系统，包括：发射装置，包括多个LED，用于将电信号转换为多路光信号并输出；接收装置，包括多个光电探测器，用于以分集接收的方式接收各路光信号并转换为电信号；多个检测装置，分别设置于多个光电探测器所在的通信信道上，用于对各通信信道上的信号进行畸变检测；以及反馈装置，用于将多个检测装置的检测结果反馈给发射装置；发射装置还包括控制单元，用于根据检测结果判断各通信信道是否发生畸变，并对发生畸变的通信信道上的LED的发射方向进行调整直至消除通信信道上的畸变。上述LED可见光通信系统能够确保通信过程的稳定性。本发明还提供一种LED可见光通信控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及可见光通信技术领域，特别是涉及一种LED可见光通信系统，还涉及一种LED可见光通信控制方法。
背景技术
LED(发光二极管)可见光通信系统大多数工作在直射条件下，当有人走动或者直射通道上有障碍物时，将会在接收端处形成阴影效应，影响通信过程的稳定性，甚至出现通信盲区，使得通信无法继续。
发明内容
基于此，有必要提供一种通信稳定性较好为LED可见光通信系统。
一种LED可见光通信系统，包括：发射装置，包括多个LED，用于将电信号转换为多路光信号并输出；接收装置，包括多个光电探测器，用于以分集接收的方式接收各路光信号并转换为电信号；多个检测装置，分别设置于所述多个光电探测器所在的通信信道上，用于对各通信信道上的信号进行畸变检测；以及反馈装置，分别与所述多个检测装置以及所述发射装置连接；所述反馈装置用于将多个检测装置的检测结果反馈给所述发射装置；所述发射装置还包括控制单元；所述控制单元与所述多个LED连接，用于根据检测结果判断各通信信道是否发生畸变，并对发生畸变的通信信道上的LED的发射方向进行调整直至消除所述通信信道上的畸变。
在其中一个实施例中，所述LED为白光LED。
在其中一个实施例中，所述检测装置包括采样单元，用于对通信信道上的信号强度进行采样并输出采样值；所述反馈装置用于将所述采样值反馈给所述发射装置；所述发射装置的控制单元用于判断采样值是否在对应的通信信道上的预设数值区间之内，若否则判断所述通信信道发生畸变，并对所述通信信道上的LED的发射方向进行调整直至消除所述通信信道上的畸变。
在其中一个实施例中，所述检测装置包括摄像装置，用于检测各通信信道上是否有障碍物遮挡并输出检测结果；所述发射装置的控制单元用于根据所述检测结果对有故障物遮挡的通信信道上的LED的发射方向进行调整直至消除所述通信信道上的畸变。
在其中一个实施例中，所述发射方向包括LED的发射角度以及LED的位置。
在其中一个实施例中，所述发射装置和所述接收装置之间采用定向链路进行通信。
在其中一个实施例中，所述发射装置和所述接收装置均包括信号处理器，用于对所述电信号进行处理以提高信号的信噪比。
在其中一个实施例中，所述发射装置和所述接收装置均还包括均衡单元，用于对通信信道的带宽进行调制。
在其中一个实施例中，所述发射装置和所述接收装置均还包括编码调制单元；所述编码调制单元采用正交频分复用调制以及多输入多输出调制方式对信号进行编码或调制。
还提供一种LED可见光通信控制方法。
一种LED可见光通信控制方法，包括以下步骤：通过多个LED将电信号转换为多路光信号并输出；通过多个光电探测器以分集接收的方式接收各路光信号并转换为电信号；对各光电探测器所在的通信信道上的信号进行畸变检测；根据检测结果判断各通信信道上的信号是否发生畸变；若是，则对发生畸变的通信信道上的LED的发射方向进行调整直至消除所述通信信道上的畸变。
上述LED可见光通信系统及LED可见光通信控制方法，可以对通信信道上的信号是否发生畸变进行检测并将检测结果反馈给发射装置。发射装置可以根据检测结果对发生畸变的通信信道上的LED的发射方向进行调整直至消除该通信信道上的畸变，确保通信过程的稳定性。
附图说明
图1为一实施例中的LED可见光通信系统的结构框图；
图2为一实施例中的LED可见光通信控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一实施例中的LED可见光通信系统的结构框图如图1所示。该LED可见光通信系统包括发射装置110、接收装置120、检测装置130以及反馈装置140。
发射装置110包括由多个LED112组成的光源，用于将数据传输过程中的电信号转换为多路光信号后输出。LED112可以为白光发光二极管，也可以为其他颜色的发光二极管。多个LED112组成阵列，可以达到较好的照明效果以及通信效果，防止障碍物造成的“阴影”影响。
接收装置120包括多个光电探测器122，用于以分集接收的方式接收各路光信号并转换为电信号。多个光电探测器122均匀分布在半球面上，从而提高信号接收效果。在本实施例中，发射装置110和接收装置120之间采用定向链路进行通信，从而可以降低环境噪声对通信性能的影响，同时提高了系统抗多径畸变的能力。
多个检测装置130，分别设置于多个光电探测器所在的通信信道上，用于对各通信信道上的信号进行畸变检测，检测该信号是否发生畸变。在本实施例中，信号强度不在预设信号强度范围内则认为该信号发生畸变，或者信号的信噪比不在预设信噪比范围内时认为该信号发生畸变。在其他的实施例中，也可以对其他能够表征通信性能或者质量的参数进行检测，来判断该通信信道是否发生了畸变。具体地，检测装置130可以包括采样单元，用于对通信信道上的信号强度进行采样并输出采样值。在其他的实施例中，检测装置130可以包括摄像装置，用于检测通信信道上是否有障碍物遮挡并输出检测结果。
反馈装置140用于将检测装置130的检测结果反馈给发射装置110。发射装置110用于根据检测结果判断各通信信道上是否存在畸变并根据判断结果对各LED进行相应的调整。具体地，当检测装置130是通过对通信信道中的信号强度进行检测时，发射装置110会将检测到的信号强度与对应通信信道上的信号的预设信号强度范围进行比较，当检测到的信号强度不在预设信号强度范围内则认为该通信信道上存在畸变。发射装置110会对发生畸变的通信信道上的LED的发射方向如发射角度以及位置等进行调整直至消除该通信信道上的畸变，使得检测装置130检测到信号强度在预设信号强度范围内，确保通信过程的稳定性。当检测装置130直接通过摄像装置对通信信道上是否有障碍物遮挡进行检测时，发射装置110会直接对有障碍物遮挡的通信信道上的LED的发射方向进行调整，直至消除该通信信道上的畸变(即通信信道上无障碍物遮挡)。
上述LED可见光通信系统中，检测装置130可以对通信信道上的信号是否发生畸变进行检测并由反馈装置140将检测结果反馈给发射装置110。发射装置110可以根据检测结果对发生畸变的通信信道上的LED112的发射方向进行调整直至消除该通信信道上的畸变，从而确保通信过程的稳定性。
在一实施例中，发射装置110和接收装置120均还包括信号处理器、均衡单元以及编码调制单元。具体地，信号处理器可以对电信号进行处理以提高信号的信噪比，从而使得系统具有更好的灵活性及调节预见性。通过对电信号进行处理，可以降低环境噪声、非平衡干扰以及多径干扰的影响，从而提高系统的抗畸变能力。
均衡单元用于对通信信道上的带宽进行调制。具体地，对发射装置110中的每个LED112前置均衡单元。均衡单元中的均衡电路由缓存器、谐振电路、谐振电容、谐振电感以及直流源组成，从而将产生的直流信号叠加到原始电信号上。在发射装置110中设置均衡单元可以将LED的调制带宽从3MHz提高至25MHz，同时可相应降低系统的误码率。在本实施例中，接收装置120中的均衡单元采用一个简单的一阶模拟均衡器。通过实验测试表明，在收发两端引入均衡单元后，系统在10-6级误码率的同时提供超过75Mbit/s的传输速率。适度增加均衡单元的复杂性，可以进一步优化系统性能。例如，通过适度增加均衡单元的复杂性，在一个中等大小的房间内的可见光通信的速率有潜力达到500Mbit/s。
编码调制单元用于对传输信号进行编码或者调制。对于可见光通信来说，多经传播是引入码间串扰(Intersymbol Interference，ISI)的主要原因，其限制了通信传输速率。为提高可见光通信的传输数据率，编码调制单元采用多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)以及正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiple，OFDM)调制方式对信号进行调制，即将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据，并对不同的载波进行调制。将串行的高速数据并行地调制在多个正交的子载波上，降低了码速率，减少了ISI的影响，具有高抗多径能力，可以广泛用于高速可见光通信中。在本实施例中，在OFDM符号之间还加入了保护间隔，进一步消除残留的ISI。仿真实验表明：OFDM调制一定程度上增加了LED可见光(白光)通信系统的冗余，同时可将误码率稳定在较低的水平。
图2为一实施例中的LED可见光通信控制方法的流程图，包括以下步骤：
S210，通过多个LED将电信号转换为多路光信号并输出。
S220，通过多个光电探测器以分集接收的方式接收各路光信号并转换为电信号。
S230，对各光电探测器所在的通信信道上的信号进行畸变检测。
在本实施例中，信号强度不在预设信号强度范围内则认为该信号发生畸变，或者信号的信噪比不在预设信噪比范围内时认为该信号发生畸变。在其他的实施例中，也可以对其他能够表征通信性能或者质量的参数进行检测，来判断该通信信道是否发生了畸变。在本实施例中，可以通过对通信信道上的信号强度进行采样并输出采样值，在其他的实施例中，也可以直接通过摄像装置检测通信信道上是否有障碍物遮挡并输出检测结果。
S240，根据检测结果判断各通信信道上的信号是否发生畸变。
具体地，当通过对通信信道中的信号强度进行畸变检测时，将检测到的信号强度与对应通信信道行的信号的预设信号强度范围进行比较。若检测到的信号强度不在预设信号强度范围内时则认为该通信信道上存在畸变，则执行步骤S250，反之执行步骤S260。当通过摄像装置对通信信道上是否有障碍物遮挡进行畸变检测时，若该通信信道上有障碍物遮挡则执行步骤S250，反之执行步骤S260。
S250，对发生畸变的通信信道上的LED的发射方向进行调整直至消除所述通信信道上的畸变。
对发生畸变的通信信道上的LED的发射方向如发射角度以及位置等进行调整直至消除该通信信道上的畸变，使得检测到信号强度在预设信号强度范围内，确保通信过程的稳定性。
S260，结束操作。
上述LED可见光通信控制方法，可以对通信信道上的信号是否发生畸变进行检测，从而根据检测结果对发生畸变的通信信道上的LED的发射方向进行调整直至消除该通信信道上的畸变，从而确保通信过程的稳定性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种LED可见光通信系统，其特征在于，包括：
发射装置，包括多个LED，用于将电信号转换为多路光信号并输出；
接收装置，包括多个光电探测器，用于以分集接收的方式接收各路光信号并转换为电信号；
多个检测装置，分别设置于所述多个光电探测器所在的通信信道上，用于对各通信信道上的信号进行畸变检测；以及
反馈装置，分别与所述多个检测装置以及所述发射装置连接；所述反馈装置用于将多个检测装置的检测结果反馈给所述发射装置；
所述发射装置还包括控制单元；所述控制单元与所述多个LED连接，用于根据检测结果判断各通信信道是否发生畸变，并对发生畸变的通信信道上的LED的发射方向进行调整直至消除所述通信信道上的畸变。
2.根据权利要求1所述的LED可见光通信系统，其特征在于，所述LED为白光LED。
3.根据权利要求1所述的LED可见光通信系统，其特征在于，所述检测装置包括采样单元，用于对通信信道上的信号强度进行采样并输出采样值；
所述反馈装置用于将所述采样值反馈给所述发射装置；
所述发射装置的控制单元用于判断采样值是否在对应的通信信道上的预设数值区间之内，若否则判断所述通信信道发生畸变，并对所述通信信道上的LED的发射方向进行调整直至消除所述通信信道上的畸变。
4.根据权利要求1所述的LED可见光通信系统，其特征在于，所述检测装置包括摄像装置，用于检测各通信信道上是否有障碍物遮挡并输出检测结果；
所述发射装置的控制单元用于根据所述检测结果对有故障物遮挡的通信信道上的LED的发射方向进行调整直至消除所述通信信道上的畸变。
5.根据权利要求1所述的LED可见光通信系统，其特征在于，所述发射方向包括LED的发射角度以及LED的位置。
6.根据权利要求1所述的LED可见光通信系统，其特征在于，所述发射装置和所述接收装置之间采用定向链路进行通信。
7.根据权利要求1所述的LED可见光通信系统，其特征在于，所述发射装置和所述接收装置均包括信号处理器，用于对所述电信号进行处理以提高信号的信噪比。
8.根据权利要求1所述的LED可见光通信系统，其特征在于，所述发射装置和所述接收装置均还包括均衡单元，用于对通信信道的带宽进行调制。
9.根据权利要求1所述的LED可见光通信系统，其特征在于，所述发射装置和所述接收装置均还包括编码调制单元；所述编码调制单元采用正交频分复用调制以及多输入多输出调制方式对信号进行编码或调制。
10.一种LED可见光通信控制方法，包括以下步骤：
通过多个LED将电信号转换为多路光信号并输出；
通过多个光电探测器以分集接收的方式接收各路光信号并转换为电信号；
对各光电探测器所在的通信信道上的信号进行畸变检测；
根据检测结果判断各通信信道上的信号是否发生畸变；
若是，则对发生畸变的通信信道上的LED的发射方向进行调整直至消除所述通信信道上的畸变。
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