[发明专利]可见光通信系统中基于自适应速率适配的通信方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及可见光通信，特别涉及可见光通信系统中自适应速率适配、数据同步的通信方法及模型设计，用于较远距离可变速率点对点通信，同时还可作为白光LED灯照明之外的第二功能存在。

背景技术

可见光通信技术是以荧光灯或发光二极管等作为光源，以大气为信道，将基带信号调制在可见光上进行通信的无线光通信技术。近些年，基于白光LED的可见光通信技术得到快速的发展，其突出的优点是用LED作光源成本低且发射功率较大(几W至几十W)，LED发出的可见光(特别是白光)的谱特性具有潜在的抗多径衰落的性能。目前研究的主要内容集中在高速近距离传输，具体分为两个方面：一是利用LED照明灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统。只要在室内灯光照到的地方，就可以进行数据通信。目前实验室中已经成功实现了几米之内，基于白光LED几十兆到几百兆的高速传输系统。二是用于智能交通系统，使用LED作为光源，光电二极管作为光探测器，对LED发出的已调光进行探测，并将探测到的光信号转化为电信号传给信息处理单元进行处理，从而实现几十米以内的信息的传输。

与传统采用光电二极管作为光探测器相比，采用CCD相机作为光探测器的灵敏度更高，并且不需要复杂的对准过程，但需要CCD相机自适应的对光源发送数据进行同步接收。

发明内容

本发明的目的是提供一种远距离自适应速率适配的可见光通信方法，可用于点对点长距离可见光通信系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

可见光通信系统中基于自适应速率适配的通信方法，包括以下四个过程：A1、数据传输准备过程：相机对准光源后，光源需要告知相机即将发送信息，此时相机应做好接收数据的准备，准备过程包含两个方面的功能，一是要告知相机即将通信，使其做好接收准备，二是需要完成发送端与接收端的初步同步过程；

A2、数据速率识别过程：光源通过改变其发射频率，来发射不同的信息，在这个过程中，光源发射连续3个周期的特定频率的高电平码，相机通过拍摄到的图像信息判断之后信息传输的速率，自适应的改变拍摄速率；

A3、数据同步过程：在这个阶段，通过光源发送的前导序列，相机在由前一阶段已知的发送速率的情况下，调整拍摄时间，使光源和相机达到同步，进而正确的接收信息；

A4、数据传输过程。数据信息在这个阶段进行传输接收。

所述的通信方法，具体包括以下步骤：

1)开始阶段，光源与相机对准做好通信准备，光源有“亮”和“不亮”两种状态，相机取默认帧频F，执行步骤(2)；

2)光源保持发送持续时间为T₁的点亮状态，即“亮”状态，作为预同步消息，相机判断是否收到预同步消息，若接收到则执行步骤(3)，否则回到步骤(1)；

3)光源发送速率识别码，光源发送连续3个周期的特定频率的“1”序列，相机以默认帧频拍摄，通过拍摄到的“1”序列形成的连续“亮状态”个数A来判断光源速率识别过程中的频率f，以及确定之后数据传输速率f′，执行步骤4)；

4)进入同步过程，光源采用归零OOK调制，占空比为η，相机进行拍摄，当处在亮状态用“1”表示，灭状态用“0”表示，上升或下降沿用“x”表示。在一个周期内拍摄位置有a，b，c，d四种情况(若占空比η为100％，则只有a、b、c三种情况)，分别对应序列为x0x0x0x0x0x0x0x0，1010101010101010，x0x0x0x0x0x0x0x0，0000000000000000。当拍摄位置在b时，同步已经完成，执行步骤(8)，当拍摄位置在d时执行步骤(5)，当拍摄位置在a或c时执行步骤(6)；

5)相机延迟时间，进行拍摄，下个字节进行判断，若是00000000，则继续执行步骤(5)，若是10101010，则执行步骤(8)；

6)相机延迟时间，进行拍摄，判断之后接收的序列，检测之后接收的字节，若检测为10101010则此之前的拍摄位置为a，此时同步完成，执行步骤(8)，若检测为00000000(若占空比η为100％，不会检测到00000000)，则执行步骤(7)；

7)相机延迟时间，进行拍摄，同步完成，执行步骤(8)；

8)数据同步过程结束，准备进行数据传输，执行步骤(9)；

9)光源进行数据传输，传输完成之后，返回步骤(1)，等待下一次通信过程的开始。

本发明具有如下优点：

1)本发明设计的可见光通信方法，能够自适应的完成信息传输。