一種基于rgb型的led可見光通信頻率調(diào)制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及可見光通信頻率調(diào)制領(lǐng)域，特別涉及一種基于RGB型的LED可見光通信頻率調(diào)制方法，充分利用頻率資源，將數(shù)據(jù)比特流中前3個(gè)比特映射到RGB顏色組合選擇上，使得LED進(jìn)行燈芯選擇的同時(shí)攜帶了映射比特信息，相比于普通的照明通信方式，本發(fā)明中的方案可以每次閃爍平均傳輸4.5個(gè)比特，有效提高可見光通信系統(tǒng)的傳輸速率，直接將速率提高了4.5倍；且在接收端只需使用濾波技術(shù)將接收到的光信號進(jìn)行濾波，根據(jù)每個(gè)顏色濾波器得到的信號的功率是否大于設(shè)定的判決門限即可判斷出所選用的LED燈芯組合及發(fā)光燈芯承載的比特從而恢復(fù)出發(fā)送數(shù)據(jù)，復(fù)雜度低，抗干擾性強(qiáng)，有效保證了系統(tǒng)的可靠性和可用性。
【專利說明】—種基于RGB型的LED可見光通信頻率調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于可見光通信頻率調(diào)制領(lǐng)域，特別涉及一種基于RGB型的LED可見光通 頻率調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可見光通信(Visible Light Communication, VLC)具有發(fā)射功率高、無電磁干擾、無頻譜認(rèn)證、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效緩解無線電頻譜資源趨于枯竭的問題，近年來越來越受到人們的重視。它采用可見光波段的光作為信息傳播的載體，利用白光發(fā)光二極管(LED)發(fā)出肉眼觀察不到的高速調(diào)制光波信號來對信息進(jìn)行調(diào)制和傳輸，然后利用光電二極管(PD)等光電轉(zhuǎn)換器件接收光載波信號并獲得信息。隨著多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)傳輸速率的需求越來越高，實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸成為室內(nèi)VLC的一個(gè)重要研究目標(biāo)。
[0003]現(xiàn)有的可見光通信中的調(diào)制方式主要有開關(guān)鍵控(On-Off Keying，00K)、脈沖位置調(diào)制(Pulse Position Modulation, PPM)、光空間調(diào)制(Optical Spatial Modulation,0SM)、正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)等。00K 方式通過簡單的開關(guān)通斷來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)簡單，但頻譜效率低；PPM方式由光脈沖所在的位置來表示信息，降低了發(fā)射功率要求，但增加了系統(tǒng)帶寬要求；0SM方式將一部分比特映射到LED燈選擇上，另一部分比特經(jīng)過編碼在指定的LED上傳輸，能實(shí)現(xiàn)比較高的吞吐量和傳輸功率，但頻譜效率比較低且需要大量訓(xùn)練開銷來得到信道狀態(tài)信息。上述調(diào)制方式都嚴(yán)重的受限于帶寬，而常用白光LED調(diào)制帶寬較低，僅有約20M，嚴(yán)重制約了可將光通信速率的提聞。
[0004]RGB型LED由一個(gè)藍(lán)色燈芯、一個(gè)紅色燈芯一個(gè)綠色燈芯組成，三種顏色的燈芯共同發(fā)光混合成白光。三種顏色具有不同的頻率，但是目前的可見光通信中，RGB型LED燈的三種顏色都被用來傳輸相同的數(shù)據(jù)，浪費(fèi)了頻率資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對目前可見光通信的調(diào)制方法嚴(yán)重受限于帶寬及未充分利用RGB型LED燈頻率資源的問題，本發(fā)明提供一種充分利用RGB型LED燈頻率資源、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)幕赗GB型的LED可見光通信頻率調(diào)制方法，復(fù)雜度低，抗干擾性能強(qiáng)，有效保證可見光通信系統(tǒng)的可靠性和可用性。
[0006]按照本發(fā)明所提供的設(shè)計(jì)方案，一種基于RGB型的LED可見光通信頻率調(diào)制方法，包含如下步驟:
步驟1、建立比特符號和顏色燈芯組合狀態(tài)的映射規(guī)則，確定顏色燈芯的承載恢復(fù)比特的順序規(guī)則；
步 驟2、確定發(fā)光的顏色燈芯組合狀態(tài)，根據(jù)映射規(guī)則選取與當(dāng)前輸入的前3比特?cái)?shù)據(jù)相對應(yīng)發(fā)光的顏色燈芯組合狀態(tài)，并根據(jù)發(fā)光顏色燈芯的數(shù)目確定顏色燈芯的承載恢復(fù)比特；步驟3、根據(jù)映射規(guī)則確定發(fā)光顏色燈芯組合后，未選中的燈芯不被激活，選中的燈芯被激活發(fā)光，發(fā)光燈芯根據(jù)步驟I中的順序規(guī)則依次從比特流中承載一個(gè)對應(yīng)比特進(jìn)行并行傳輸，當(dāng)燈芯承載比特為I時(shí)，燈芯發(fā)射一個(gè)強(qiáng)度為I1的信號，當(dāng)承載比特為O時(shí)，燈芯發(fā)射一個(gè)強(qiáng)度為I2的信號，其中，I1^ I2滿足I1M2 ;
步驟4、可見光通信頻率調(diào)制的接收端將光信號分別通過R、G、B的顏色濾波器，得到對應(yīng)顏色的濾波信號，采用門限判決準(zhǔn)則對各顏色燈芯的發(fā)光狀態(tài)及其傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)據(jù)進(jìn)行判決，得出發(fā)射端所選擇的燈芯激活狀態(tài)組合及其承載恢復(fù)比特；
步驟5、基于步驟I中的映射規(guī)則，由步驟4中得到的燈芯激活狀態(tài)組合獲得對應(yīng)的顏色映射比特，并根據(jù)其承載恢復(fù)比特按照對應(yīng)的順序規(guī)則得到發(fā)光燈芯的承載數(shù)據(jù)，將二者進(jìn)行拼接即可恢復(fù)數(shù)據(jù)。
[0007]根據(jù)上述的基于RGB型的LED可見光通信頻率調(diào)制方法，可見光通信頻率調(diào)制的發(fā)射端利用RGB型LED燈的三種顏色燈芯(R、G、B)分別發(fā)送不同的比特?cái)?shù)據(jù)。 [0008]根據(jù)上述的基于RGB型的LED可見光通信頻率調(diào)制方法，所述步驟I的映射規(guī)則中顏色燈芯的激活狀態(tài)對應(yīng)比特符號1，未被激活的狀態(tài)對應(yīng)比特符號O。
[0009]根據(jù)上述的基于RGB型的LED可見光通信頻率調(diào)制方法，所述步驟4中顏色濾波器分別對應(yīng)一個(gè)功率檢測器，通過功率檢測器可得到濾波信號強(qiáng)度。優(yōu)選的，所述步驟4中的門限判決準(zhǔn)則包含內(nèi)容如下:若得到的濾波信號強(qiáng)度為零，則判定在發(fā)射端該對應(yīng)的顏色燈芯處于未激活狀態(tài)；若得到的濾波信號強(qiáng)度大于(IfI2)/2，則判定對應(yīng)的顏色燈芯被激活，且發(fā)送一個(gè)承載恢復(fù)比特I ;若得到的濾波信號強(qiáng)度小于(IJI2)/2，則判定對應(yīng)的顏色燈芯被激活，且發(fā)送了一個(gè)承載恢復(fù)比特O。
[0010]本發(fā)明基于RGB型的LED可見光通信頻率調(diào)制方法的有益效果:
1.本發(fā)明充分利用RGB型LED的頻率資源，提高可見光通信系統(tǒng)傳輸速率，相比現(xiàn)有的可見光通信調(diào)制方法，該發(fā)明基于RGB型LED中三原色燈芯發(fā)出的三色光具有不同頻率特性的特點(diǎn)，充分利用其頻率資源，通過將數(shù)據(jù)比特流中3個(gè)比特映射到RGB顏色組合選擇上，使得LED進(jìn)行燈芯選擇的同時(shí)攜帶了映射比特信息，選中的燈芯同時(shí)還能傳輸一個(gè)承載恢復(fù)比特，相比于普通的照明通信方式，LED閃爍一次傳輸I個(gè)比特，本發(fā)明的方案有效提高可見光通信系統(tǒng)的傳輸速率，將傳輸速率提高了 4.5倍。
[0011]2.本發(fā)明在可見光通信系統(tǒng)頻率調(diào)制的接收端只需使用濾波技術(shù)將接收到的光信號進(jìn)行濾波，根據(jù)每個(gè)顏色濾波器得到的信號的功率是否大于設(shè)定的判決門限，即可判斷出所選用的LED燈芯激活狀態(tài)組合，即其傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)據(jù)，將兩種比特?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行拼接，即可恢復(fù)發(fā)射數(shù)據(jù)，復(fù)雜度低，抗干擾性強(qiáng)，有效保證了系統(tǒng)的可靠性和可用性。
[0012]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為可見光通信系統(tǒng)的收發(fā)原理框圖；
圖2為本發(fā)明的原理框圖；
圖3為本發(fā)明的頻選比特映射原理圖之一；
圖4為本發(fā)明的頻選比特映射原理圖之二；
圖5為本發(fā)明的可見光通信系統(tǒng)頻率調(diào)制接收端的濾波原理框圖。
[0013]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖和技術(shù)方案對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，并通過優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式,但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。
[0014]實(shí)施例一，參見圖廣5，由圖1可見光通信系統(tǒng)的收發(fā)原理框圖可知，發(fā)送的電信號經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換、編碼調(diào)制處理后到達(dá)光源驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光，光信號在經(jīng)過自由空間傳輸后到達(dá)接收端，經(jīng)過接收端的濾波器濾波、透鏡、聚焦后到達(dá)光電探測器，光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過接收處理模塊放大恢復(fù)數(shù)據(jù)?！揪唧w實(shí)施方式】為一種基于RGB型的LED可見光通信頻率調(diào)制方法，將每種顏色的燈芯信號強(qiáng)度均設(shè)置為I，輸入的比特?cái)?shù)據(jù)為,其中\(zhòng)為比特長度等于激活燈芯數(shù)目的比特串，為集合的一個(gè)
值，該方法包含如下步驟:
步驟1、建立比特符號和顏色燈芯組合狀態(tài)的映射規(guī)則，將3比特?cái)?shù)據(jù)的8種組合映射到3種顏色燈芯的8種激活狀態(tài)組合，發(fā)光燈芯按照藍(lán)、紅、綠的順序依次承載恢復(fù)比特，由此確定顏色燈芯的承載恢復(fù)比特的順序規(guī)則，映射規(guī)則和順序規(guī)則收發(fā)雙方共同遵守，映射規(guī)則見表一；
【權(quán)利要求】
1.一種基于RGB型的LED可見光通信頻率調(diào)制方法，其特征在于:包含如下步驟: 步驟1、建立比特符號和顏色燈芯組合狀態(tài)的映射規(guī)則，確定顏色燈芯的承載恢復(fù)比特的順序規(guī)則； 步驟2、確定發(fā)光的顏色燈芯組合狀態(tài)，根據(jù)映射規(guī)則選取與當(dāng)前輸入的前3比特?cái)?shù)據(jù)相對應(yīng)發(fā)光的顏色燈芯組合狀態(tài)，并根據(jù)發(fā)光顏色燈芯的數(shù)目確定顏色燈芯的承載恢復(fù)比特； 步驟3、根據(jù)映射規(guī)則確定發(fā)光顏色燈芯組合后，未選中的顏色燈芯不被激活，選中的顏色燈芯被激活發(fā)光，發(fā)光的顏色燈芯根據(jù)步驟I中的順序規(guī)則依次從比特流中承載一個(gè)對應(yīng)比特進(jìn)行并行傳輸，當(dāng)燈芯承載比特為I時(shí)，燈芯發(fā)射一個(gè)強(qiáng)度為I1的信號，當(dāng)承載比特為O時(shí)，燈芯發(fā)射一個(gè)強(qiáng)度為I2的信號，其中，I1^ I2滿足I1M2 ； 步驟4、可見光通信頻率調(diào)制的接收端將光信號分別通過R、G、B的顏色濾波器，得到對應(yīng)顏色的濾波信號，采用門限判決準(zhǔn)則對各顏色燈芯的發(fā)光狀態(tài)及其傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)據(jù)進(jìn)行判決，得出發(fā)射端所選擇的燈芯激活狀態(tài)組合及其承載恢復(fù)比特； 步驟5、基于步驟I中的映射規(guī)則，由步驟4中得到的燈芯激活狀態(tài)組合獲得對應(yīng)的顏色映射比特，并根據(jù)其承載恢復(fù)比特按照對應(yīng)的順序規(guī)則得到發(fā)光燈芯的承載數(shù)據(jù)，將二者進(jìn)行拼接即可恢復(fù)數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RGB型的LED可見光通信頻率調(diào)制方法，其特征在于:可見光通信頻率調(diào)制的發(fā)射端利用RGB型LED燈的三種顏色燈芯(R、G、B)分別發(fā)送不同的比特?cái)?shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RGB型的LED可見光通信頻率調(diào)制方法，其特征在于:所述步驟I的映射規(guī)則中顏色燈芯的激活狀態(tài)對應(yīng)比特符號1，未被激活的狀態(tài)對應(yīng)比特符號O。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RGB型的LED可見光通信頻率調(diào)制方法，其特征在于:所述步驟4中顏色濾波器分別對應(yīng)一個(gè)功率檢測器，通過功率檢測器得到濾波信號強(qiáng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于RGB型的LED可見光通信頻率調(diào)制方法，其特征在于:所述步驟4中的門限判決準(zhǔn)則包含內(nèi)容如下:若得到的濾波信號強(qiáng)度為零，則判定在發(fā)射端該對應(yīng)的顏色燈芯處于未激活狀態(tài)；若得到的濾波信號強(qiáng)度大于(IfI2) /2，則判定對應(yīng)的顏色燈芯被激活，且發(fā)送一個(gè)承載恢復(fù)比特I ;若得到的濾波信號強(qiáng)度小于(I^I2)/2，則判定對應(yīng)的顏色燈芯被激活，且發(fā)送了一個(gè)承載恢復(fù)比特O。
【文檔編號】H04B10/116GK104022822SQ201410212900
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】楊靜, 黃開枝, 鐘州, 趙華, 季新生, 彭建華, 陸慶峰, 肖帥芳, 楊梅樾, 鄭浩天, 方馨蔚 申請人:中國人民解放軍信息工程大學(xué)