[发明专利]基于手机摄像头的MIMO可见光通信信号提取方法

说明书

本发明提供了一种基于手机摄像头的MIMO可见光通信信号提取方法，包括信号调制模块、信号发送模块以及信号接收和处理模块；信号调制模块用于调制不同的编码信号；信号发送模块包括LED驱动电路和LED灯组，LED灯组由多个白光LED灯珠组成；信号接收和处理模块包括手机摄像头信号接收单元和电脑端MATLAB信号处理单元；信号调制模块、LED驱动电路、LED灯组依次相连，手机摄像头信号接收单元接收信号并传输到电脑端MATLAB信号处理单元进行信号处理解调。本发明提供的信号提取方法可实现多个LED灯在同时传输不同频率、不同类型的编码信号时，能减弱信号间干扰对信号处理解调的影响。

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，具体涉及基于手机摄像头的MIMO可见光通信信号提取方法。

背景技术

可见光通信（VLC）作为一种光无线通信技术，是面向下一代无线通信和未来智慧家庭的关键技术之一。由于可同时用于照明和通信，利用照明的白光LED作为发射器的可见光通信系统受到了高度关注。在可系统接收端，用作接收器的器件有两种：光电二极管和图像传感器；近年来，互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器在价格和性能方面取得了重大突破，被广泛用作可见光通信接收器。为了提高基于手机摄像头的可见光通信系统的吞吐量和信道容量，将多输入多输出技术（Multiple Input Multiple Output，简称MIMO）运用在系统中，即采用多个LED进行可见光信号的传输。在系统接收端，手机摄像头接收白光LED传输的编码信号，基于其卷帘快门特性会产生不同的明暗条纹，多个LED光源产生的光照重叠区域会对信号传输产生干扰，同时在光照中心由于亮度过亮会产生高光溢出的现象，这会使明暗条纹的对比度下降，这不利于信号的解调处理，系统的性能也会受到严重影响。

在提升基于手机摄像头的可见光通信系统的吞吐量和信道容量的基础上降低系统的误码率性能，一直是可见光通信技术领域的研究热点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于手机摄像头的MIMO可见光通信信号提取方法，包括信号调制模块、信号发送模块以及信号接收和处理模块；

所述信号调制模块用于调制不同的编码信号；

所述信号发送模块包括LED驱动电路和LED灯组，所述LED灯组由多个白光LED灯珠组成；

所述信号接收和处理模块包括手机摄像头信号接收单元和电脑端MATLAB信号处理单元；

所述信号调制模块、所述LED驱动电路和所述LED灯组依次相连，所述手机摄像头信号接收单元接收光信号并传输到所述电脑端MATLAB信号处理单元。

其中，所述信号调制模块由现场可编程门阵列组成。

其中，所述LED驱动电路是基于共射放大电路设计而成，用以接收、放大所述信号调制模块调制的编码信号，从而控制所述LED灯组的多个白光LED灯的亮灭以传输可见光信号，即二进制数字“1”表示“亮”，二进制数字“0”表示“灭”。

其中，所述手机摄像头信号接收单元是基于智能手机摄像头的卷帘快门特性接收光信号。

其中，所述电脑端MATLAB信号处理单元是运用智能手机的摄像头以拍摄LED灯珠短视频的方式接收信号。

其中，所述电脑端MATLAB信号处理单元是将手机摄像头接收的信号传输至电脑端，运用MATLAB进行信号处理；处理过程包括：图像帧提取、灰度转换、数据游标法像素选择、找到数据头、运用算法确定阈值和信号逻辑判决。

其中，所述数据游标法像素选择是采用数据游标法在LED光源中心的外围对转换得到的灰度图片的像素进行选择，即对信号进行提取。

其中，所述数据游标法像素选择的方法包括：滤波处理、数据游标法、选取参考坐标、对坐标进行曲线拟合和选取图片像素值。