[发明专利]一种基于可见光双向通信系统的通信方法和系统

说明书

本发明涉及一种基于可见光双向通信系统的通信方法和系统。该通信方法包括：基于时分复用的通信方式确定物理层传输数据的超时隙；超时隙包括第一时隙、第二时隙和第三时隙；采用多电平幅度键控调制方式确定物理层传输数据的原始符号；确定原始符号对应的补偿符号；原始符号与补偿符号之和为多电平幅度键控调制方式的幅度；可见光设备采用第一时隙发送原始符号或接收数据、第二时隙接收数据或发送原始符号以及第三时隙发送补偿符号的方式，发送数据和/或接收数据；采用基于CSMA/CD的媒介访问控制机制调节可见光设备发送数据和/或接收数据的接入信道。本发明可以支持多个设备进行同时收发，实现可见光通信网络的复杂通信。

技术领域

本发明涉及可见光通信领域，特别是涉及一种基于可见光双向通信系统的通信方法和系统。

背景技术

可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的。与目前使用的无线局域网(无线LAN)相比，可见光通信系统可利用已经存在的室内照明设备发射信道，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。同时可见光通信系统还具有安全性高、无电磁干扰、节能等特点，在部署了照明设备的室内环境下都有广泛的应用场景，尤其是对电磁信号敏感的医院、飞机等场景。因此可见光通信技术的研究具有重要的市场价值。

可见光通信系统中，通常使用发光二极管(light emitting diode，LED)作为数据发送端，接收端则有多种类型，包括光电二极管(Photo-Diode，PD)、CMOS摄像头、LED等。使用PD作为接收器可以实现较高的通信速率，但是需要额外设计接收器且成本较为昂贵。如果实现需要实现全双工双向通信，则需要通信双方配备发送器和接收器，二者相互独立。CMOS摄像头利用卷帘快门(Rolling Shutter)效应接收信号，其通信速率受限于摄像头的扫描频率，仅能实现kbps级别的通信速率，且仅能实现从LED到摄像头(LED-to-Camera)的单向通信，无法实现双向通信。双向通信必须借助手机上的蓝牙、WI-FI或闪光灯等设备，实现较为复杂。LED作为感光器件，可以通过设置偏置测量可见光强度，这一特性使得LED也可以作为可见光通信的接收器。这种LED-to-LED的可见光双向通信技术，可以仅利用已经存在的LED照明设备即可实现双向通信，是一种成本低廉极具应用前景的可见光通信技术。

但是LED-to-LED的通信系统也存在其局限性，即LED需要通过设置偏置，在同一时刻只能发送或只能接受信号，无法在同一时刻实现双向通信。目前可支持双向通信的LED-to-LED通信技术研究较少，都是基于曼彻斯特编码实现的。由于可见光通信通常采用曼彻斯特码以保持照明强度均衡，曼彻斯特码的“0”符号可以用来接收信号。但是已有工作仅支持不对称的数据速率，且无法保障照明均衡。有的工作改进了该机制可以保障照明均衡，但是仅支持一对设备进行同时收发，没有进行多设备存在时的媒介接入控制，因此不适用于可见光通信网络。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于可见光双向通信系统的通信方法和系统，以支持多个设备进行同时收发，实现可见光通信网络的复杂通信。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于可见光双向通信系统的通信方法，包括：

基于时分复用的通信方式确定物理层传输数据的超时隙；所述超时隙包括第一时隙、第二时隙和第三时隙；

采用多电平幅度键控调制方式确定物理层传输数据的原始符号；所述多电平幅度键控调制方式中不同的符号对应不同的幅值；所述幅值为可见光双向通信系统中可见光设备的光照强度；

确定所述原始符号对应的补偿符号；所述原始符号与所述补偿符号之和为所述多电平幅度键控调制方式的幅度；

所述可见光设备采用所述第一时隙发送所述原始符号或接收数据、所述第二时隙接收数据或发送所述原始符号以及所述第三时隙发送所述补偿符号的方式，发送数据和/或接收数据；