本发明涉及一种可见光通信系统中的调光装置及其调光控制方法，属于可见光通信系统、调光控制和数据编解码等相关技术领域。
背景技术：
伴随着无线通信技术的迅猛发展以及移动通信网络的不断升级换代，使得无线电频谱成为日益稀缺的资源。在这种背景下，光无线通信（Optical Wireless Communication，OWC）成为解决该问题的重要手段而脱颖而出。近年来伴随着LED技术的突飞猛进以及广泛普及使用，使得借助于LED实现通信的可见光通信（Visible Light Communication，VLC）系统成为光无线通信的主要实现手段。由于VLC系统采用可见光作为信息传输的载波，因此VLC系统具有其他通信方式不具备的优势，如带宽巨大，低成本，低功耗，高安全性，无电磁干扰，频谱无需使用许可等。
在VLC系统中，LED不仅要实现照明功能，而且还要实现通信功能。因此在VLC系统中，在实现可靠通信的前提下，还要实现对LED的照明亮度进行控制的功能，即实现调光控制。通常，FEC编码技术用来提高信息传输的可靠性，但是却会使得信息数据中“1”码和“0”码占比变化而造成明暗闪烁现象。所以必须采用调光控制技术来使得LED的发光亮度符合实际照明的需求，即符合所设定的照明亮度和调光值。所以在VLC系统中调光控制是一个具有挑战性的技术。
通常采用插入补偿符号（Compensation Symbol，CS）（全“1”码或者全“0”码）的方式来改变信息数据中“1”码和“0”码的占比实现调光控制。但是由于为了实现所设定的调光值（尤其是调光值很大或者很小），需要插入大量的补偿符号，因此这种调光控制方式会造成VLC系统传输效率的极大降低。所以如何在实现可靠通信前提下，实现有效调光的调光控制方案极为重要。
技术实现要素：
本发明提出了一种可见光通信系统中的调光装置及其调光控制方法，极大地降低了由于调光控制而插入的额外补偿符号的平均数目，提高了VLC系统中信息数据传输的效率。
本发明所采用的技术方案是：
一种可见光通信系统中的调光装置，该调光装置由发射机和接收机两部分组成，其中：
发射机包括：FEC编码器，CRC编码器，调光编码器，OOK调制器，发光二极管LED；
接收机包括：光电检测器，OOK解调器，调光译码器，CRC检测器，FEC译码器。
各部分的具体功能如下：
FEC编码器：实现对信息数据的信道编码；
CRC编码器：实现对FEC编码块的CRC编码，从而接收端可以判定所接收FEC编码块是否正确；
调光编码器：对CRC校验块进行调光编码，使得送到LED处的信息中“1”码和“0”码的占比符合设定的调光值，不会出现明暗闪烁的现象；
OOK调制器：实现对调光后信息的调制；
发光二极管LED：将电信号转换为适合光无线信道传输的光信号；
光电检测器：将从光无线信道中接收到的光信号转换为电信号；
OOK解调器：实现对接收电信号的解调；
调光译码器：去除发送端的调光编码，恢复得到CRC校验块；
CRC译码器：对接收的校验块进行CRC校验，检测所接收到的校验块是否正确；
FEC译码器：对正确接收的FEC编码块进行译码，恢复得到数据信息。
一种可见光通信系统中的调光装置的调光控制方法，通过对待发送校验块的调光编码来实现可见光通信系统中的调光控制；具体步骤如下：
步骤一：可见光通信系统的发射机将待发送的信息数据进行分块处理，小于一块按照一块来处理；将每个数据块逐一发送给FEC（Forward Error Correction）编码器；
步骤二：对每一个数据块，FEC编码器按照所采用的信道编码方案进行编码，产生编码块；将每个编码块逐一送到CRC （Cyclic Redundancy Check）编码器；
步骤三：对每一个编码块，进行CRC编码，产生校验块；将每个校验块逐一送到调光编码器；
步骤四：对每一个校验块，调光编码器按照一定长度进行分块；从而将每一个校验块分成若干个校验子块；对于每一个校验子块，进行调光编码，编码得到符合调光要求的调光子块，最终构成符合调光要求的调光块；
步骤五：对于调光编码器输出的调光块采用OOK（On-off Keying）方式进行调制，将调制后的电信号送到LED；
步骤六：LED进行光电转换，将电信号转换为光信号，并将光信号送入无线光信道传输；
步骤七：可见光通信系统的接收机在接收到光信号后，由光电检测器（PD）将接收到的光信号转换为OOK已调电信号；
步骤八：转换得到的OOK已调电信号送给OOK解调器解调，得到调光块；
步骤九：调光块送到调光译码器进行译码，得到校验块；将校验块送到CRC检测器；
步骤十：CRC检测器对每个校验块进行CRC检测，判断接收的校验块是否正确；不正确的校验块将被删除，只有通过CRC检测的校验块中的编码块才被送到FEC译码器；
步骤十一：FEC译码器按照译码准则进行译码，恢复数据块。
所述步骤四中，将每一个校验块分成若干个长度为M的校验子块；为了得到调光值，将每一个长度为M的校验子块调光编码为长度为N的调光子块，其中，N的取值必须满足 。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的效果：
本专利提出的VLC系统中的调光控制方案相比原来采用的插入补偿符号实现调光控制的方案是一种新的调光控制方案。由于本调光方案同时结合了FEC信道编码和调光控制，使得该VLC系统一方面能够实现可靠通信，另一方面能够实现LED的调光控制，从而满足实际照明的使用需求，同时由于调光编码的采用，使得为了实现调光而插入的额外补偿符号的平均数目极大地降低，从而极大地提高和改善了VLC系统中信息数据的传输效率。
附图说明
图1为本发明VLC系统组成框图；
图2为传统调光控制方法；
图3为本发明的调光编码器的调光控制原理示意图；
图4为本发明的调光编码器的调光编码原理图；
图5为传统调光控制方法与本发明提出的调光控制方法的性能仿真图。
具体实施方法
为了使本发明的内容被清楚的理解，下面根据具体实例并结合附图对本发明作进一步详细说明。
在可见光通信系统中，发光二极管LED（Light-emitting Diodes）一方面要实现照明功能，另一方面要实现通信功能。可见光通信系统中，调光就是改变LED的发光亮度，使得LED的发光亮度符合实际设定的亮度值。但是信息数据在经过信道编码后由于“1”码和“0”码的占比时刻在发生变化，从而造成LED出现明暗闪烁现象。因此需要进行调光控制。
一种可见光通信系统中的调光装置，由发射机和接收机两部分组成，如图1所示。其中：
发射机包括：FEC编码器，CRC编码器，调光编码器，OOK调制器，发光二极管LED；
接收机包括：光电检测器，OOK解调器，调光译码器，CRC检测器，FEC译码器。
各部分的具体功能如下：
FEC编码器：实现对信息数据的信道编码，可以采用如LT码等FEC编码方式；
CRC编码器：实现对FEC编码块的CRC编码，从而接收端可以判定所接收FEC编码块是否正确；
调光编码器：对CRC校验块进行调光编码，使得送到LED处的信息中“1”码和“0”码的占比符合设定的调光值，不会出现明暗闪烁的现象；
OOK调制器：实现对调光后信息的调制；
LED：将电信号转换为适合光无线信道传输的光信号；
光电检测器：将从光无线信道中接收到的光信号转换为电信号；
OOK解调器：实现对接收电信号的解调；
调光译码器：去除发送端的调光编码，恢复得到CRC校验块；
CRC译码器：对接收的校验块进行CRC校验，检测所接收到的FEC编码块是否被正确接收；
FEC译码器：对正确接收的FEC编码块进行译码，恢复得到数据信息。
基于一种可见光通信系统中的调光装置，本发明提出的一种可见光通信系统中的调光装置的调光控制方法是通过对待发送校验块的调光编码来实现可见光通信系统中的调光控制；具体步骤如下：
步骤一：可见光通信系统的发射机将待发送的信息数据进行分块处理，小于一块按照一块来处理；将每个数据块逐一发送给FEC（Forward Error Correction）编码器；
步骤二：对每一个数据块，FEC编码器按照所采用的信道编码方案进行编码，产生编码块；将每个编码块逐一送到CRC （Cyclic Redundancy Check）编码器；
步骤三：对每一个编码块，进行CRC编码，产生校验块；将每个校验块逐一送到调光编码器；
步骤四：对每一个校验块，调光编码器按照一定长度进行分块；从而将每一个校验块分成若干个校验子块；对于每一个校验子块，进行调光编码，编码得到符合调光要求的调光子块，最终构成符合调光要求的调光块；
步骤五：对于调光编码器输出的调光块采用OOK（On-off Keying）方式进行调制，将调制后的电信号送到LED；
步骤六：LED进行光电转换，将电信号转换为光信号，并将光信号送入无线光信道传输；
步骤七：可见光通信系统的接收机在接收到光信号后，由光电检测器（PD）将接收到的光信号转换为OOK已调电信号；
步骤八：转换得到的OOK已调电信号送给OOK解调器解调，得到调光块；
步骤九：调光块送到调光译码器进行译码，得到校验块；将校验块送到CRC检测器；
步骤十：CRC检测器对每个校验块进行CRC检测，判断接收的校验块是否正确；不正确的校验块将被删除，只有通过CRC检测的校验块中的编码块才被送到FEC译码器；
步骤十一：FEC译码器按照译码准则进行译码，恢复数据块。
所述调光编码器的调光控制原理如图3、4所示。在图3中，将每一个校验块分成若干个长度为M的校验子块；在图4中，为了得到调光值，将每一个长度为M的校验子块调光编码为长度为N的调光子块，其中，N的取值必须满足。这样经过调光编码后，调光块中的“1”码和“0”码的占比符合所设定的调光值，达到了调光控制的目的。
例如，若检验块长度为408，取M=8的条件下：
（1）插入补偿符号的数目
传统调光控制方案（如图2所示）与本发明提出的调光控制方案在不同调光值条件下需要插入补偿符号的数目如图5所示。
（2）插入补偿符号的平均数目
对于调光值区间，传统调光控制方案插入补偿符号的平均数目为1489.888，本发明提出的调光控制方案插入补偿符号的平均数目为622.722。
从上述实验数据可以看出，本发明提出的调光控制方案能够在很大程度上降低因调光控制而插入补偿符号的平均数目，从而极大地提高和改善了VLC系统的传输效率，同时减小了VLC系统的传输时延。