一种基于紫外光二极管的汽车通信设备及通信方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车通信技术领域，具体涉及一种基于紫外光二极管的汽车通信设备及通信方法。
【背景技术】
[0002]汽车通信设备是汽车电子的重要组成部分，主要用于汽车与汽车之间的通信，是汽车智能化的一个重要方面。当汽车与汽车之间通过通信设备建立无线连接时，可以将每一车辆的位置、速度、方向等数据对外共享，同时获取其他车辆的类似信息，以此对潜在的交通威胁进行预警。
[0003]公开号为CN104485993A的中国发明专利申请公开了 “一种车载可见光无线数字语音通信系统”，并具体公开了应用可见光实现车与车之间的语音通信。可见光通信技术是在发光二极管迅猛发展下兴起的一种新型无线光通信技术，通过发光二极管高速的开关变化发送信息，与微波无线通信相比较，具有无电磁干扰、通信速率高等优点。然而，由于太阳辐射主要分布在可见光区，可见光辐射能量占太阳辐射总能量的约50%，因此太阳辐射会对现有的可见光通信造成很强的干扰，直接影响通信质量。在实际应用中，为了避免太阳辐射的强噪声，可见光通信只能适用于室内短距离通信或者夜晚通信，大大限制了使用范围。
[0004]存在的一个客观事实是，紫外区的太阳辐射能很少，只占总量的约7%，此外，由于瑞利散射的原因，紫外光比其他波长的光更容易散射到各个方向，上述两点使得应用紫外光通信成为一种更优的选择。
[0005]此外，现有技术中用于车与车之间通信的接收设备，多采用一般的光电探测器完成光电转换，将获取的电信号经过解调和译码后获取有用信号，没有对接收机本身存在的噪声和背景光的噪声进行有效过滤，因此使得最终获取的信号信噪比较低，从而使得车与车之间的通信质量较差。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种基于紫外光二极管的汽车通信设备及通信方法，以解决现有技术中存在的应用于车与车之间的可见光通信使用范围小且通信质量差的问题。
[0007]本发明为了实现上述目的，采用的技术方案为:
[0008]—种基于紫外光二极管的汽车通信设备，包括发射机和接收机，
[0009]所述发射机包括依次连接的信源、信道编码单元、高速开关、LED驱动电路及紫外光二极管;所述信道编码单元用于对信源的信号进行信道编码;所述高速开关和LED驱动电路用于控制紫外光二极管发光；
[0010]所述接收机包括依次连接的光电倍增管、放大滤波电路、自适应门限检测电路、信道解码单元及显示单元;所述光电倍增管用于接收光信号，将光信号转换为模拟电信号后发送至放大滤波电路;所述放大滤波电路用于将接收到的模拟电信号进行放大滤波后转换为脉冲串发送至自适应门限检测电路;所述自适应门限检测电路用于从接收到的脉冲串中识别出信号并完成模数转换;所述信道解码单元用于对接收到的数字信号进行解码并发送至显示单元进行显示。
[0011]进一步的，所述紫外光二极管的发射角度设计为120°以上。
[0012]进一步的，所述紫外光二极管的发射功率设计为IW以上。
[0013]—种应用如上所述的基于紫外光二极管的汽车通信设备进行通信的方法，包括以下步骤:
[0014]S1.发射机将信源的信号经过信道编码单元进行信道编码，通过高速开关和LED驱动电路控制紫外光二极管发出光载波信号，并将经过信道编码的信号调制到紫外光二极管发出的光载波信号上后向空间辐射；
[0015]S2.接收机采用光电倍增管接收光信号，将光信号转换为模拟电信号后发送至放大滤波电路，放大滤波电路对模拟电信号进行放大滤波后生成电脉冲串并发送至自适应门限检测电路，自适应门限检测电路对放大滤波电路输出的电脉冲串进行自适应门限判决并转换为数字信号后发送至信道解码单元，信道解码单元对接收到的数字信号进行解码并发送至显示单元进行显示。
[0016]进一步的，所述自适应门限检测电路对放大滤波电路输出的电脉冲串进行自适应门限判决并转换为数字信号，具体为:
[0017]接收机对周围环境的紫外光进行探测，得到背景紫外光噪声和接收机噪声对应的光子数，作为自适应判决门限；
[0018]自适应门限检测电路采用光子计数法对放大滤波电路输出的电脉冲串进行光子数统计，当输出的电脉冲对应的光子数超过自适应判决门限时，判定为接收到信号“I”，否则，判定为接收到信号“O”，从而实现模数转换。
[0019]更进一步的，所述自适应门限检测电路采用光子计数法对放大滤波电路输出的电脉冲串进行光子数统计，具体为:
[0020]每个电脉冲信号对应的光子数=每个电脉冲信号的能量/单个光子的能量。
[0021]本发明的有益技术效果为:本发明采用紫外光实现汽车之间的通信，利用紫外光二极管高速闪烁的发光响应特性将信息加载到紫外光高速率光载波信号，充分利用紫外光的抗干扰、高散射特性，大大提高了汽车通信设备的使用范围；此外，采用光子计数方法对光电倍增管接收的光子数以及接收机和背景光噪声的光子数进行统计，并将接收机和背景光噪声的光子数生成自适应判决门限，有效提高了接收信号的信噪比，从而大大提高了通信质量。
【附图说明】
[0022]图1是本发明提供的一种基于紫外光二极管的汽车通信设备的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，不能理解为对本发明具体保护范围的限定。
[0024]如图1所示，本发明实施例提供的一种基于紫外光二极管的汽车通信设备，包括发射机和接收机两个模块，所述发射机包括依次连接的信源、信道编码单元、高速开关、LED驱动电路及紫外光二极管;所述信道编码单元用于对信源的信号进行信道编码;所述高速开关和LED驱动电路用于控制紫外光二极管发光；
[0025]所述接收机包括依次连接的光电倍增管、放大滤波电路、自适应门限检测电路、信道解码单元及显示单元;所述光电倍增管用于接收光信号，将光信号转换为模拟电信号后发送至放大滤波电路;所述放大滤波电路用于将接收到的模拟电信号进行放大滤波后转换为脉冲串发送至自适应门限检测电路;所述自适应门限检测电路用于从接收到的脉冲串中识别出信号并完成模数转换;所述信道解码单元用于对接收到的数字信号进行解码并发送至显示单元进行显示。
[0026]本实施例中，两套汽车通信设备分别配置在两辆汽车上，进行相互之间的位置信息交互，并将对方车辆的位置显示出来。所述信源为GPS(全球定位系统)信源，发射机对GPS信源输出的串行数字信号在信道编码单元进行信道编码，根据数字信号的“O”或者“I”，控制高速开关和LED驱动电路，实现光强度调制，再利用紫外光二极管转换成光信号发送出去。对方接收机利用光电倍增管接收紫外光信号，将光信号转换成电信号，通过放大滤波电路进行预处理，采用光子计数方法进行统计，经过自适应门限检测电路的判决，获得数字信号，采用匹配接收技术，恢复通信信息，从而得到信源车辆的位置信息。这里的GPS信源采用了第三方的GPS接收机，其输出为串口输出的车辆位置数字信号。
[0027]由于汽车运动的环境比较复杂，发射的光信号到达接收机存在不同的路径，产生多径效应，不利于信号接收。因此，在实施例中，采用了编码调制技术，实施例采用了通信中常用的伪随机编码调制方式，避免了多径效应引起的码间干扰。
[0028]在本实施例中，基于紫外光二极管的汽车通信设备的发射机，接收GPS信源的数字信号，控制高速开关的通断，并采用紫外光二极管驱动电