[发明专利]可见光空分多址多路通信系统

说明书

技术领域

本发明属于光无线通信领域，是一种实现分布式或阵列式可见光LED照明系统与具有光电探测器阵列的固定或便携设备之间进行多址多路通信的一种方法。

背景技术

可见光LED已经广泛使用在户外大型广告屏、室内信息发布屏，以及交通信号灯、车灯、照明灯等领域。在当前节能环保要求的推动下，LED半导体照明由于其高亮度、高可靠性、低功耗和长寿命的特点，将逐步取代白炽灯和荧光灯进入实际应用并将大范围普及，特别是在办公楼宇、住宅以及智能交通领域。根据这种发展以及当前信息社会对各种通信数据高速传输的需求，利用半导体LED在照明的同时实现室内(包括车内)/室外的实际无线通信网络的可行性研究正在许多相关企业进行，可见光LED通信与无线传感网络、WLAN(无线局域网)以及电力线通信系统相结合的合适途径也在探讨中。已经可以证实这种通信方式将是未来可选的短距超宽带通信方式之一。

实现可见光LED通信的基本原理是以传送数据对LED所发光进行某种调制，比如PWM(脉冲宽度调制)、PPM(脉冲位置/频率调制)或者PAM(脉冲幅度调制)。这种调制的光能量通过空间信道传输并被目标装置上的光电探测器(传感器)接收，光电探测器将光信号转换为电信号后经过后续处理再解调出所发送的数据。这种装置可以是特定的，比如安装在汽车上或房间里的光接收器，也可以是在设计上附加有这种功能的普通便携设备，如手机、数码相机、笔记本电脑等。

如同RF(射频)、IR(红外)无线通信一样，可见光通信同样面临着一些问题，比如光信道上存在的阴影、遮挡、反射，以及日常环境光的干扰等。但是这些问题随着研究的深入，均可得到很好的解决。

在论文“可见光通信与电力线通信的融合”(Integrated System of White LEDVisible-light Communication and Power-line Communication，Toshihiko Komine and MasaoNakagawa)中，作者提出了一种将当前照明布线改造为LED照明并实现通信的方式。在论文“LED可见光通信的基本分析”(Fundamental Analysis for Visible-Light CommunicationSystem using LED Lights)中，作者分析了多路可见光信道的反射和干扰特性。在论文“白光LED室内通信信道阴影研究”(A Study of Shadowing on Indoor Visible-light WirelessCommunication Utilizing Plural White LED Lighting)中，作者认为利用多个LED同时发射相同的信号可以改善阴影对通信性能的影响。

利用照明的LED实现与便携设备进行通信的系统设想中，已经存在多个专利申请，这些专利从不同的角度在不同的应用背景下提出了实现LED通信的一些详细的或含糊的方法。

专利200610151572“可见光通信系统及方法”提出了一种利用RGB三色LED发送数据进而提高数据传输速率的方法。

专利200580003881“可见光通信用的带照相机便携式终端”提出了一种将光电探测器与便携终端摄像头的探测器分置方案，由此可简便地实现可见光通信。

专利US 20050265731[Wireless Terminal for Carrying out Visible Light Short-RangeCommunication Using Camera Device]描述了一种利用数码相机摄像头的CCD(或CMOS)图像传感器及闪光灯(或LED)实现可见光通信的便携终端设备。在此专利文献中，提到了利用图像传感器特定的一个或多个探测单元接收单个LED信号，并给出了两个图例。此专利只针对接收终端，没有涉及到利用面阵图像传感器接收光信号时与所需要光学系统的关系，以及如何选择图像传感器上的探测单元、如何进行后续的信号处理等关键技术问题，也不涉及发射信号及接收信号的多路和多址问题。

根据未来可见光LED的应用场景及特点，分布式或阵列式LED将成为各个场合的主流应用方式，同时各种配备了摄像头的便携设备也会越来越多。利用各种LED作为信息发布系统，各种便携/移动终端作为接收系统，是一种简便的通信方式。类似无线局域网的构成，这里可以称一组LED为接入点，而便携终端构成网络中的节点。由此出发，本专利提出了一种主要针对这种系统的可以实现光空分多址多路的高速通信方式。

发明内容