[发明专利]基于可见光和手机摄像头成像特性实现近距离光通信的方法

说明书

本发明公开了一种基于可见光和手机摄像头成像特性实现近距离通信的方法。该方法基于色移键控(Color Shift Keying,CSK)、码分多址(Code‑Division Multiple Access,CDMA)技术，分别把发光二极管(Light Emitting Diode,LED)和安卓(Android)智能手机作为数据的发送端和接收端，并采用里德‑所罗门编码，最终实现多接收端同时接收数据的可靠光通信。本发明结合当下普及的LED灯和智能手机，在实际生活中有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于可见光通信领域，利用发光二极管(Light Emitting Diode，LED)和手机摄像头成像特性，并基于色移键控(Color Shift Keying，CSK)、码分多址(Code-Division Multiple Access，CDMA)和安卓(Android)系统，实现多接收端数据可靠传输的近距离光通信方法。

背景技术

可见光通信技术是一种利用荧光灯或发光二极管等设备发出的高频率闪烁信号来传输数据的通信技术。该技术通过给照明设备增加一个微控制器，从而为其增添通信的功能。这使得日常生活中的照明灯不仅能用于正常的照明而且具备传输数据的能力。因此可见光通信技术能充分地发挥现有照明基础设施的潜力，对于实现智能化生活有着重要意义。

通常，可见光通信技术利用LED灯为光源及数据发送端。LED灯具有绿色节能、构造成本低、支持高频率通断控制等特点，被广泛应用于各种场景。这为可见光通信系统的实际部署奠定了良好的基础。

与传统的无线电通信方式不同，可见光通信技术采用可见光波段作为通信的载体。可见光的光谱资源非常丰富，可以实现更大的带宽和更高的速率，且尚属自由频段，无需授权即可使用。可见光的波长较短、无法穿透障碍物，所以其传输范围可控，不易被第三方截取信息，传输过程更加安全可靠。此外，可见光通信技术可以用于医疗航天等电磁敏感的环境，因此，对于可见光通信技术做出的研究有着巨大的价值。

现如今智能手机被广泛普及，和LED灯一样在生活中非常常见。智能手机摄像头的快门方式大多为卷帘快门(Rolling Shutter)，即摄像头传感器的像素点逐行得到曝光，直至所有像素点均得到曝光后才能成像。手机摄像头的卷帘快门特性为捕捉高频率的光信号提供了可能，使得单个图像可以同时包含多个颜色条纹，提升了单位时间内所能传输的数据量。

发明内容

本发明对可见光通信技术展开了新的探索，提出了一种可适用于多接收端数据可靠传输的近距离光通信方法。本发明将CSK与CDMA技术相互结合，采用了里德-所罗门编码(Reed-Solomon Codes)，分别把单个RGBLED灯和智能手机作为光通信的发送端与接收端，其中接收端利用智能手机摄像头的成像特性来接收光信号。其具体步骤如下：

步骤一、发送端采用里德-所罗门码对要发送的U条数据进行编码。

步骤二、将U条编码后的数据都转为二进制数据，并将其中的0替换为-1。以D表示此时的数据集合，D包含U条由-1与1组成的数据。

步骤三、用N(N＝U)阶阿达玛矩阵H对数据集合D进行沃尔什变换，得到变换后的数据S_m，其各个元素的取值范围为[-N，N]。

步骤四、对数据S_m中各个元素的取值进行归一化处理，使各个元素的取值范围为{-1，0，1}，而后将其映射成RGB符号，得到由RGB符号组成的字符串。

步骤五、以16个字符长度为单位，对该字符串进行分块。为每个块添加头部和尾部，形成数据帧。最终，由LED灯进行多个数据帧的连续发送。