专利名称：一种基于ocdma技术的可见光通信系统及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于OCDMA技术的可见光通信系统及其装置，适用于室内可见光通信网络。特别涉及基于OCDMA技术的可实现双向链路通信，保密通信和IP Over VLC(Visible Light Communication)的可见光通信系统及其装置。
背景技术：
可见光通信技术是一种在白光LED发明及应用后发展起来的新兴的无线光通信技术。LED不仅可以提供室内照明，而且可以应用到无线光通信系统中满足室内个人网络需求。可见光通信将提供给人们更加安全，方便的通信环境。它不存在电磁辐射，对人体更健康。用于通信的LED光源可以安装在任何需要的地方，可以很方便地实现高速无线数据传输，并且无需无线电频谱证，无电磁干扰。可见光无线通信技术的主要应用可以分为室外通信和室内通信两大类。现在的应用还仅限于室内通信，主要用于室内通信网络，可以实现单工通信。例如将存储好的视频源数据，通过室内屋顶的白光LED阵列以光信号发送下去，地面附近的设备可以接收此光信号，并进行处理后最终还原为发送的视频数据，将其在显示器中播放出来。目前，室内可见光通信系统仅实现了单工通信，可以进行下行链路通信。如何实现双向链路通信成为了可见光通信技术的研究热点，实现双工通信是LED可见光通信实用化必须解决的。另外系统进行下行链路通信时，各设备均能收到此信号，如果数据不是用于广播的，则无法保证数据的保密性。而且目前的室内可见光通信系统无法接入因特网，不能向因特网上传和下载数据，这些都是系统的缺点。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术上的上述缺点，提出一种可以实现双工通信，保密通信和可以与因特网交换数据的室内可见光通信系统及其装置。OCDMA是在光域内的一种扩频技术，可以动态分配带宽资源实现光信号的直接复用与交换，保密性好，抗干扰能力强，是具有广阔前景的多址技术。此通信系统利用OCDMA技术解决双向链路通信问题和保密问题，并且可以实现与因特网进行实时的通信，交换数据。本发明还提供一种基于OCDMA技术的可见光通信系统装置，如图1所示，该通信系统由客户端和服务器两大部分组成。其中客户端由客户端设备(如PC机，移动终端)， OCDMA编解码器和光发射接收电路组成。服务器由服务器设备，OCDMA编解码器和光发射接收电路组成。其中OCDMA编码器结构如图2所示，OCDMA解码器结构如图3所示。整个系统的室内网络通信过程是服务器和客户端之间通过基于OCDMA的可见光通信技术进行通信。上行通信时，根据通信协议为每个客户端分配一个进行OCDMA编码所需的地址，服务器根据相应的地址解析出相应客户端发送的数据。下行通信时，当服务器需要广播信息时，为其分配一个所有客户端都知道的公共地址，这样所有客户端都可以解析出服务器发送的数据。当服务器需要专门与某一个客户端进行通信时，则为其分配一个只有这个客户端和服务器才知道的地址，这样只有这个客户端才可以解析出服务器所发送的数据。为了便于接收端分离信号，整个系统的OCDMA地址采用光正交码。本发明所提出的通信系统是双向链路的，上行通信过程是客户端的数据首先通过OCDMA编码器进行编码，编码后的信号再通过光发射电路转换成可见光信号在室内信道进行传播。服务器上的光接收电路接收到光信号后，将其转换成电信号并送入OCDMA解码器进行解码，最后恢复出客户端发送的原始数据，将其传给服务器。下行通信过程是服务器的数据首先通过OCDMA编码器进行编码，编码后的信号再通过光发射电路转换成可见光信号在室内信道进行传播。客户端上的光接收电路接收到光信号后，将其转换成电信号并送入OCDMA解码器进行解码， 最后恢复出服务器发送的原始数据，将其传给客户端，这样就实现了室内双工通信和保密
ififn。系统与因特网的通信过程是服务器设备有以太网口，并配有网卡，可以向因特网上传和下载数据，整个室内通信系统与因特网进行通信时依然采用TCP/IP协议。上行通信过程是客户端的数据首先通过TCP/IP协议转化为物理层的比特流，再将其送入OCDMA编码器进行编码，编码后的信号再通过光发射电路转换成可见光信号在室内信道进行传播。服务器上的光接收电路接收到光信号后，将其转换成电信号并送入OCDMA解码器进行解码， 最后恢复出客户端发送的物理层比特流，将其传给服务器，服务器再将其上传给因特网。下行通信过程是服务器从因特网下载数据后，首先将物理层比特流通过OCDMA编码器进行编码，编码后的信号再通过光发射电路转换成可见光信号在室内信道进行传播。客户端上的光接收电路接收到光信号后，将其转换成电信号，送入OCDMA解码器进行解码，最后恢复出服务器发送的物理层比特流，将其传给客户端，客户端再根据TCP/IP协议恢复出从因特网下载的数据。这样就实现了与因特网进行实时的通信，并可以向因特网上传和下载数据。整个网络的示意图如图4所示。本发明具有如下的技术优势和有益效果1)利用OCDMA保密性好，抗干扰能力强，可以进行多址分配的技术优势，实现了室内的双向链路通信。2)实现了数据的保密通信。3)可以与因特网进行实时的通信，向因特网上传和下载数据，使通信系统的信息来源多样化，灵活化。
通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其他目的和优点将会变得更加清楚，其中图1示出可见光通信系统的结构图。其中101是客户端装置，用于接收服务器数据和向服务器发送数据；102是客户端装置的OCDMA编解码器，当上行通信时，客户端装置将其数据发送给 OCDMA编码器进行编码，当下行通信时，客户端装置接收OCDMA解码器所解码后的数据；103是客户端装置的光发射和光接收电路，当上行通信时，光发射电路将OCDMA编码器所编码后的电信号转化为光信号在室内信道中传播。当下行通信时，光接收电路将光信号转化为电信号发送给OCDMA解码器进行解码；
104是服务器装置的光发射和光接收电路，当上行通信时，光接收电路将光信号转化为电信号发送给OCDMA解码器进行解码。当下行通信时，光发射电路将OCDMA编码器所编码后的电信号转化为光信号在室内信道中传播；105是服务器装置的OCDMA编解码器，当上行通信时，服务器装置接收OCDMA解码器所解码后的数据。当下行通信时，服务器装置将其数据发送给OCDMA编码器进行编码，图中的N个OCDMA编解码器，对应着N个客户端，分别为对应的客户端数据进行编解码；106是服务器装置，用于接收客户端数据和向客户端发送数据，同时可以向因特网上传和下载数据。图2示出此通信系统中所用到OCDMA编码器的结构图。其中201是电脉冲生成器，用来产生电编码器所需要的电脉冲，脉冲时间宽度为一个码片周期；202是电编码器，它将电脉冲分别延迟不同的码片周期，从而产生相应的码字；203是待编码的数据源。将它与电编码器生成的码字通过乘法器相乘后，得到编码后的数据，再将其接至光发射电路，把电信号转换为光信号在室内信道中传播。图3示出此通信系统中所用到OCDMA解码器的结构图。其中301是电信号放大器，它将光接收电路输出的电信号进行放大，便于电解码器进行解码。302是电解码器，它将产生与电编码器相同的码字，并将码字与电信号放大器输出的信号进行相关运算，最后送入数据恢复装置。303是数据恢复装置，它将对电解码器输出的信号进行采样和判决，最终恢复出 OCDMA编码器所编码前的原始数据。图4示出可见光通信系统的示意图。其中401是服务器装置，用于接收客户端数据和向客户端发送数据，同时可以向因特网上传和下载数据；402是服务器装置的OCDMA编解码器，当上行通信时，服务器装置接收OCDMA解码器所解码后的数据。当下行通信时，服务器装置将其数据发送给OCDMA编码器进行编码；403是白光LED阵列，是服务器装置的光发射电路，当下行通信时，光发射电路将 OCDMA编码器所编码后的电信号转化为光信号在室内信道中传播；404是服务器装置光接收电路中的光电二极管，当上行通信时，光接收电路将光信号转化为电信号发送给OCDMA解码器进行解码；405是PC机，代表位置固定的客户端设备。它还应连着OCDMA编解码器和光发射接收电路，在此图中省略；406是移动终端，如手机，代表着位置可以移动的客户端设备。它还应连着OCDMA 编解码器和光发射接收电路，在此图中省略。
具体实施例方式通过参照下面对示例性的非限定性的实施例和附图的详细描述，本发明的优点和特征以及实现本发明的方法可更易于理解。然而，本发明可以以多种不同的形式来实施，而不应被解释为受限于在此阐释的实施例。此外，提供这些实施例从而该公开将是彻底的和完全的，并将完整地将本发明的构思传达给本领域技术人员，本发明将仅由所附权利要求定义。本实施例中以客户端从因特网下载和向因特网上传邮件为例，参照图1和图4详细叙述本发明的可见光通信系统及其装置是如何通信的。如图4所示，当客户端从因特网下载邮件1时，服务器首先从因特网下载邮件1，如果需要让PC机和手机都知道这封邮件的内容，那么服务器此时就用一个PC机和手机都知道的OCDMA编码地址，为了便于接收端分离信号，整个系统的OCDMA地址采用光正交码。比如码字是09 ;1，2，21，24)。服务器将从以太网口接收到的物理层比特流送入OCDMA编码器。OCDMA编码器根据码字09;1，2，21， 24)将其编码，然后将编码后的信号传给光发射电路将电信号转化为光信号在室内信道进行传播。PC机和手机上的光接收电路接收到此光信号后，将其转化为电信号再送入OCDMA 解码器，根据码字(49 ；1,2,21,24)进行解码，恢复出服务器发送的物理层比特流，最后根据TCP/IP协议将其恢复出邮件1数据。这样PC机和手机就都收到了从因特网下载的邮件 1内容。如果邮件1内容只想让手机知道，那么服务器就用一个只有手机才知道的OCDMA编码地址，比如码字为(49 ；1,3,14，18)，这样虽然PC机和手机的光接收电路都收到了此光信号，但只有手机能够用码字09;1，3，14，18)恢复出编码前的数据。当客户端向因特网上传邮件时，例如PC机将上传邮件2，手机将上传邮件3。首先手机和PC机将邮件的内容根据TCP/IP协议转化为物理层比特流，然后将其送入OCDMA编码器。为了服务器可以区别出是哪个客户端发送的数据，手机和PC机将采用不同的码字进行编码，并且采用光正交码，例如PC机的编码码字为09 ；1，6，13，22)，手机的编码码字为 (49 ；1，7，15，25)。这样PC机和手机的OCDMA编码器分别用不同的码字进行编码后，将信号传给光发射电路把电信号转化为光信号在室内信道进行传播。服务器的光接收电路接收到此光信号后，将其转化为电信号再同时送入两个OCDMA解码器，一个根据码字09 ；1,6,13, 22)进行解码，恢复出PC机发送的物理层比特流，它对应着邮件2的内容，最后将其上传给因特网。另一个OCDMA解码器根据码字09 ；1,7,15,25)进行解码，恢复出手机发送的物理层比特流，它对应着邮件3的内容，最后将其上传给因特网。本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。如可以将PC机的编码码字改为(49 ；1,4,9,16).
权利要求
1.一种室内可见光通信系统，该通信系统由客户端部分和服务器部分组成。其特征在于客户端部分包括客户端设备(如PC机，移动终端)，OCDMA编解码器和光发射接收电路。服务器部分包括服务器设备，OCDMA编解码器和光发射接收电路。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于客户端设备用来发送和接收数据，可以根据TCP/IP协议完成应用层数据与物理层比特流之间的相互转化。服务器设备有以太网口，并配有网卡，可以向因特网上传和下载数据。
3.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于0CDMA编解码器可以对电信号进行编解码，其结构如说明书附图2和图3所示。光发射接收电路可以完成光电信号的转化。
4.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于上行通信时，根据通信协议为每个客户端分配一个进行OCDMA编码所需的地址，服务器根据相应的地址解析出相应客户端发送的数据。下行通信时，当服务器需要广播信息时，为其分配一个所有客户端都知道的公共地址，这样所有客户端都可以解析出服务器发送的数据。当服务器需要专门与某一个客户端进行通信时，则为其分配一个只有这个客户端和服务器才知道的地址，这样只有这个客户端才可以解析出服务器所发送的数据。为了便于接收端分离信号，整个系统的OCDMA地址采用光正交码。
5.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于室内网络进行通信时，上行通信过程是客户端的数据首先通过OCDMA编码器进行编码，编码后的信号再通过光发射电路转换成可见光信号在室内信道进行传播。服务器上的光接收电路接收到光信号后，将其转换成电信号并送入OCDMA解码器进行解码，最后恢复出客户端发送的原始数据，将其传给服务器。 下行通信过程是服务器的数据首先通过OCDMA编码器进行编码，编码后的信号再通过光发射电路转换成可见光信号在室内信道进行传播。客户端上的光接收电路接收到光信号后， 将其转换成电信号并送入OCDMA解码器进行解码，最后恢复出服务器发送的原始数据，将其传给客户端。
6.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于系统与因特网的通信过程是服务器设备有以太网口，并配有网卡，可以向因特网上传和下载数据，整个室内通信系统与因特网进行通信时依然采用TCP/IP协议。上行通信过程是客户端的数据首先通过TCP/IP协议转化为物理层的比特流，再将其送入OCDMA编码器进行编码，编码后的信号再通过光发射电路转换成可见光信号在室内信道进行传播。服务器上的光接收电路接收到光信号后，将其转换成电信号并送入OCDMA解码器进行解码，最后恢复出客户端发的物理层比特流，将其传给服务器，服务器再将其上传给因特网。下行通信过程是服务器从因特网下载数据后，首先将物理层比特流通过OCDMA编码器进行编码，编码后的信号再通过光发射电路转换成可见光信号在室内信道进行传播。客户端上的光接收电路接收到光信号后，将其转换成电信号，送入OCDMA解码器进行解码，最后恢复出服务器发的物理层比特流，将其传给客户端， 客户端再根据TCP/IP协议恢复出从因特网下载的数据。这样就实现了与因特网进行实时的通信，并可以向因特网上传和下载数据。
7.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于此可见光通信系统能够实现双工通信和保密通信，并且可以接入因特网，向因特网上传和下载数据。
全文摘要
本发明适用于室内可见光通信领域，提出一种基于OCDMA技术的可见光通信系统及其装置。该通信系统由客户端和服务器两大部分组成。其中客户端由客户端设备(如PC机，移动终端)，OCDMA编解码器和光发射接收电路组成。服务器由服务器设备，OCDMA编解码器和光发射接收电路组成。本发明提出的系统，实现了室内网络的双工通信和保密通信，并且可以接入因特网，向因特网上传和下载数据。
文档编号H04B10/24GK102324974SQ20111019176
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者安中文, 张永军 申请人:北京邮电大学