一种基于颜色调制的可见光通信方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于颜色调制的可见光通信方法和系统包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端和用于接收并解析光波的接收端。发送端和接收端采用颜色调制技术进行通信。其颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2N个星座点。其中，一组二进制数据映射为一个星座点，且一个星座点对应一种波长的光波。本发明中，发送端生成一组二进制数据，并依据颜色星座图获取与二进制数据对应的星座点，驱动生成与星座点对应的波长的光波，发送至接收端。接收端接收并解析光波，以获取与光波的波长对应的星座点，进而依据颜色星座图获取与星座点对应的二进制数据。本发明中的颜色调制技术的频带利用率为N，增加了数据传输速率。
【专利说明】—种基于颜色调制的可见光通信方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及可见光通信【技术领域】，更具体的说，涉及一种基于颜色调制的可见光通信方法和系统。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的不断发展，可见光通信技术得到广泛应用。
[0003]但现有技术中受于LED (Light-Emitting D1de，发光二极管)调制带宽的限制，使用常规的调制方法很难实现高速的可见光通信。基于此，专家学者们相继提出了各种增加数据传输速率的方法，如采用叠加编码调制技术、空间调制技术以及波分复用技术等。
[0004]专利号为CN201210451695.6的专利申请文件中公开了一种基于RGBLED (red-green-blue LED,红绿蓝发光二极管)的多路波分复用可见光通信系统，其通过采用波分复用技术以增加数据传输速率。然而其只能实现R、G、B三路信号的复用，数据传输速率的提高非常有限，而且对于接收端来讲，接收端需要设置滤光片等装置，实现较为复杂。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明提供一种基于颜色调制的可见光通信方法和系统，其利用简单、高效的颜色调制技术实现可见光的高速通信，且不需接收端设置滤光片等装置，简化了接收端的结构。技术方案如下:
[0006]基于本发明的一方面，本发明提供一种基于颜色调制的可见光通信方法，包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端和用于接收并解析所述光波的接收端，所述N为正整数，其特征在于，所述发送端和所述接收端采用颜色调制技术进行通信，所述颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2N个星座点，其中，一组二进制数据映射为一个所述星座点，且一个所述星座点对应一种波长的光波；所述方法包括:
[0007]所述发送端生成一组二进制数据；
[0008]所述发送端将所述二进制数据映射到所述颜色星座图上的星座点，以获取与所述二进制数据对应的星座点；
[0009]所述发送端驱动生成与所述星座点对应的波长的光波；
[0010]所述接收端接收所述光波，生成电压值；
[0011]所述接收端依据所述电压值，确定所述电压值对应的光波的波长；
[0012]所述接收端依据确定的光波的波长获取所述波长对应的星座点，进而依据所述颜色星座图，解映射出所述颜色星座图上与所述星座点对应的二进制数据。
[0013]基于本发明的另一方面，本发明提供一种基于颜色调制的可见光通信系统，包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端和用于接收并解析所述光波的接收端，所述N为正整数，其特征在于，所述发送端和所述接收端采用颜色调制技术进行通信，所述颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2N个星座点，其中，一组二进制数据映射为一个所述星座点，且一个所述星座点对应一种波长的光波；其中，
[0014]所述发送端具体包括:
[0015]信号源模块，用于生成二进制数据；
[0016]映射模块，用于将所述二进制数据映射到所述颜色星座图上的星座点，以获取与所述二进制数据对应的星座点；
[0017]驱动模块，用于依据所述星座点，驱动光源模块生成与所述星座点对应的波长的光波；
[0018]光源模块，用于生成并发送不同波长的光波；
[0019]所述接收端具体包括:
[0020]光电二极管ro检测模块，用于在接收到所述发送端发送的光波后，生成电压值；
[0021]波长确定模块，用于依据所述ro检测模块生成的电压值，确定所述电压值对应的光波的波长；
[0022]解映射模块，用于依据确定的光波的波长获取所述波长对应的星座点，进而依据所述颜色星座图，解映射出所述颜色星座图上与所述星座点对应的二进制数据。
[0023]可选地，所述光源模块包括2N个不同颜色的发光二极管LED，其中，一个所述LED对应一种波长；
[0024]所述驱动模块具体用于,依据所述星座点驱动与所述星座点对应的LED生成一种颜色的光波；或，
[0025]所述光源模块包括一个能够生成2N种不同波长的光波的LED ；
[0026]所述驱动单元具体用于，依据所述星座点驱动所述能够生成2N种不同波长的光波的LED生成与所述星座点对应的波长的光波。
[0027]可选地，所述光电二极管ro检测模块包括ro和检测电路；其中，
[0028]所述ro的响应灵敏度随光波波长的变化而变化。
[0029]应用上述技术方案，本发明提供的一种基于颜色调制的可见光通信方法和系统包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端和用于接收并解析光波的接收端，N为正整数。其中，发送端和接收端采用颜色调制技术进行通信，其颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2N个星座点，其中，一组二进制数据映射到一个星座点上，且一个星座点对应一种波长的光波。具体地，发送端生成一组二进制数据，并依据颜色星座图获取与二进制数据对应的星座点，驱动生成与星座点对应的波长的光波，发送至接收端。接收端接收并解析所述光波，以获取与光波的波长对应的星座点，进而依据颜色星座图获取与星座点对应的二进制数据。因此，本发明将信息加载到颜色域上，利用颜色调制技术使发送端发出不同波长的光波以实现数据传输。且本发明中的颜色调制技术的频带利用率为N，增加了数据传输速率。
[0030]同时，颜色调制技术能够简单、高效地实现了可见光的高速通信，无需接收端设置滤光片等额外装置，实现简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本发明提供的一种基于颜色调制的可见光通信方法的流程图；
[0033]图2为本发明提供的一种基于颜色调制的可见光通信系统的结构示意图；
[0034]图3为ro的响应灵敏度随光波波长变化的一种示意图；
[0035]图4为ro的响应灵敏度随光波波长变化的另一种示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]首先发明人需要说明的是，在本发明中，一种颜色的光波对应一种波长。本发明中的光波光源可以发出不同颜色的光波即实现发送不同波长的光波。
[0038]实施例一
[0039]本发明保护的基于颜色调制的可见光通信方法中包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端和用于接收并解析所述光波的接收端，其中N为正整数，2n为数学表达式2的N次方。在本发明中，发送端和接收端采用颜色调制技术进行通信，其颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2Nf星座点，其中，一组二进制数据映射为一个所述星座点，且一个所述星座点对应一种波长的光波。具体地，请参见图1，其示出了本发明提供的一种基于颜色调制的可见光通信方法的流程图。包括:
[0040]步骤101:发送端生成一组二进制数据。
[0041]步骤102:发送端将二进制数据映射到颜色星座图上的星座点，以获取与二进制数据对应的星座点。
[0042]步骤103:发送端驱动生成与星座点对应的波长的光波。
[0043]步骤104:接收端接收光波，生成电压值。
[0044]步骤105:接收端依据电压值，确定电压值对应的光波的波长。
[0045]步骤106:接收端依据确定的光波的波长获取波长对应的星座点，进而依据颜色星座图，解映射出颜色星座图上与星座点对应的二进制数据。
[0046]在本实施例中，通过颜色星座图建立了二进制数据与光波波长的对应关系。具体地，发送端生成一组二进制数据，并依据颜色星座图将二进制数据映射到颜色星座图上的星座点，以获取与二进制数据对应的星座点，进而驱动生成与星座点对应的波长的光波，发送至接收端。
[0047]接收端接收所述光波，生成电压值，依据电压值，确定电压值对应的光波的波长，进而依据确定的光波的波长获取波长对应的星座点，进而依据颜色星座图，解映射出颜色星座图上与星座点对应的二进制数据。
[0048]因此，本发明将信息加载到颜色域上，利用颜色调制技术使发送端发出不同波长的光波以实现数据传输。本发明中的颜色调制技术的频带利用率为N，增加了数据传输速率。
[0049]实施例二
[0050]请参见图2，其示出了本发明提供的一种基于颜色调制的可见光通信系统的结构示意图，包括:用于发出2N种不同波长的光波的发送端100和用于接收并解析光波的接收端200，其中，N为正整数。
[0051]其中，发送端100和接收端200采用颜色调制技术进行通信，其颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2N个星座点。一组二进制数据映射为一个所述星座点，且一个所述星座点对应一种波长的光波。
[0052]在本实施例中，发送端100具体用于，生成一组二进制数据，并依据颜色星座图获取与二进制数据对应的星座点，驱动生成与星座点对应的波长的光波。
[0053]具体地，发送端100包括:信号源模块101、映射模块102、驱动模块103和光源模块104。其中，
[0054]信号源模块101，用于生成二进制数据。
[0055]在本发明中，信号源模块101生成二进制数据。
[0056]映射模块102，用于将二进制数据映射到颜色星座图上的星座点，以获取与所述二进制数据对应的星座点。
[0057]在本实施例中,颜色星座图包括至少2Nf星座点,其中，一个星座点对应一组二进制数据。当信号源模块101生成一组二进制数据后，映射模块103会依据颜色星座图，将二进制数据映射到颜色星座图上的星座点，以获取与所述二进制数据对应的星座点。
[0058]驱动模块103，用于依据所述星座点，驱动光波光源104生成与所述星座点对应的波长的光波。
[0059]光源模块104，用于生成并发送不同波长的光波。
[0060]在本实施例中，光源模块104可以包括以下两种实现方式:
[0061](一)、光源模块104包括2N个不同颜色的LED(Light-Emitting D1de，发光二极管)。其中，一个LED对应颜色星座图上的一个星座点。
[0062]在本发明中，包括多个LED。其中，每个LED生成一种颜色的光波。因此，当触发颜色星座图上的某个星座点时，即驱动该星座点对应的LED发光，即生成并发送与该LED对应颜色的光波。
[0063]此时，驱动模块103具体用于，依据星座点驱动与星座点对应的LED生成一种颜色的光波，从而生成与星座点对应的波长的光波；其中，一个LED对应一种颜色的光波。
[0064](二)、光源模块104包括一个能够生成2N种不同波长的光波的LED。其中，一个星座点对应一种波长。
[0065]在本发明中，只包括一个LED。但该LED可以发出2N种不同颜色的光波，即能够生成2N种不同波长的光波。当触发颜色星座图上的某个星座点时，即驱动该星座点对应的波长的LED发光，即生成并发送与该LED对应颜色的光波。
[0066]此时，驱动模块103具体用于，依据星座点驱动能够生成2N种不同波长的光波的LED生成与所述星座点对应的波长的光波。
[0067]接收端200具体用于，接收并解析光波，以获取与光波的波长对应的星座点，进而依据颜色星座图获取与星座点对应的二进制数据。
[0068]具体地，接收端200包括:光电二极管H)检测模块201、波长确定模块202和解映射模块203。其中，
[0069]光电二极管ro检测模块201，用于在接收到发送端100发送的光波后，生成电压值。
[0070]其中，光电二极管ro检测模块201包括ro和相应的检测电路。其ro的响应灵敏度随光波波长的变化而变化。
[0071 ] 波长确定模块202，用于依据H)检测模块201生成的电压值，确定电压值对应的光波的波长。
[0072]解映射模块203，用于依据确定的光波的波长获取与波长对应的星座点，进而依据颜色星座图，解映射出颜色星座图上与星座点对应的二进制数据。
[0073]在具体介绍本发明接收端200的实现过程前，发明人首先需要对一些现有技术进行介绍。
[0074]根据ro的光谱响应特性，ro的响应灵敏度会随波长的变化而发生变化。如图3和图4所示，其分别示出了 SD445-14-21-305型号H)和S5972型号H)的响应灵敏度随光波波长变化的示意图。其中，横坐标为光波波长，纵坐标为H)的响应灵敏度。从图3、图4中可以很容易得知，ro的响应灵敏度并不是固定不变的，以图3为例，ro的响应灵敏度在光波波长小于950nm前，是随着光波波长的增加而增加的，当光波波长达到950nm时，H)的响应灵敏度达到最大值，随后随着光波波长的增加H)的响应灵敏度逐渐减小。本发明正是利用了 ro的响应灵敏度随光波波长变化而发生变化的这一特性。
[0075]进一步的，根据LED的朗伯辐射模型可得光信道的直流增益表达式为:
【权利要求】
1.一种基于颜色调制的可见光通信方法，包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端和用于接收并解析所述光波的接收端，所述N为正整数，其特征在于，所述发送端和所述接收端采用颜色调制技术进行通信，所述颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2N个星座点，其中，一组二进制数据映射为一个所述星座点，且一个所述星座点对应一种波长的光波；所述方法包括: 所述发送端生成一组二进制数据； 所述发送端将所述二进制数据映射到所述颜色星座图上的星座点，以获取与所述二进制数据对应的星座点； 所述发送端驱动生成与所述星 座点对应的波长的光波； 所述接收端接收所述光波，生成电压值； 所述接收端依据所述电压值，确定所述电压值对应的光波的波长； 所述接收端依据确定的光波的波长获取所述波长对应的星座点，进而依据所述颜色星座图，解映射出所述颜色星座图上与所述星座点对应的二进制数据。
2.一种基于颜色调制的可见光通信系统，包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端和用于接收并解析所述光波的接收端，所述N为正整数，其特征在于，所述发送端和所述接收端采用颜色调制技术进行通信，所述颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2N个星座点，其中，一组二进制数据映射为一个所述星座点，且一个所述星座点对应一种波长的光波;其中， 所述发送端具体包括: 信号源模块，用于生成二进制数据； 映射模块，用于将所述二进制数据映射到所述颜色星座图上的星座点，以获取与所述二进制数据对应的星座点； 驱动模块，用于依据所述星座点，驱动光源模块生成与所述星座点对应的波长的光波； 光源模块，用于生成并发送不同波长的光波； 所述接收端具体包括: 光电二极管ro检测模块，用于在接收到所述发送端发送的光波后，生成电压值；波长确定模块，用于依据所述ro检测模块生成的电压值，确定所述电压值对应的光波的波长； 解映射模块，用于依据确定的光波的波长获取所述波长对应的星座点，进而依据所述颜色星座图，解映射出所述颜色星座图上与所述星座点对应的二进制数据。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于， 所述光源模块包括2N个不同颜色的发光二极管LED，其中，一个所述LED对应一种波长; 所述驱动模块具体用于，依据所述星座点驱动与所述星座点对应的LED生成一种颜色的光波；或， 所述光源模块包括一个能够生成2N种不同波长的光波的LED ； 所述驱动单元具体用于，依据所述星座点驱动所述能够生成2N种不同波长的光波的LED生成与所述星座点对应的波长的光波。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光电二极管ro检测模块包括ro和检测电路；其中， 所述ro的响应灵 敏度随光波波长的变化而变化。
【文档编号】H04B10/116GK104079353SQ201410340589
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】张效义, 付红双, 邬江兴, 于宏毅, 刘洛琨, 张剑, 朱义君, 汪涛, 仵国锋, 朱环宇 申请人:中国人民解放军信息工程大学