本发明涉及可见光通信技术领域，具体公开了一种应用于光子计数可见光通信系统的同步方法。
背景技术：
现在的可见光通信(vlc)系统，通常使用强度调制/直接检测的方式，在发送端使用高速led以光强的形式发送信号，在接收端使用pd检测光强完成光电转换。当vlc用于长距离通信时，比如输气管道的监视系统和数据通过塑料光纤传输，光子到达接收机的数量远小于短距离通信链路，而信号被淹没于噪声之中；或在水下可见光通信中，由于水体对于光的吸收和散射作用，致使光在到达接收机时信号微弱。在这些方案中，传统的pd由于负阻抗放大效应减少了接收机的灵敏性，导致信号被淹没于噪声之中。
为了提高接收机的灵敏度，有效拓展通信距离，提出了使用单光子雪崩二极管(single-photonavalanchediode，spad)作为接收端的光子计数可见光通信系统。spad是工作在盖革模式下的雪崩光电二极管，输出为一系列连续的脉冲信号，根据一个码元周期内输出的脉冲的个数和判决门限，对接收到的信号进行判决和恢复。光子计数接收机在进行计数判决之前要通过位同步来确定码元周期的起点，通过帧同步来确定数据帧的起点。
由于目前基于spad的光子计数可见光通信研究还处于初级阶段，尚未有实际的光子计数可见光通信的成熟技术和设备。而针对该系统的计数判决的理论研究也大多基于是基于完全同步前提的，没有对输出的脉冲信号进行同步的具体方案。
技术实现要素：
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种应用于光子计数可见光通信系统的同步方法。
为实现上述目的，本发明采用如下方案。
一种应用于光子计数可见光通信系统的同步方法，包括：
(1)在接收端将数据编成若干个由同步码组构成的数据帧；
(2)对spad输出信号进行数字信号处理，并确定计数脉冲到达的位置；
(3)将脉冲位置信号送入移位寄存器，并将移位寄存器划分为多个时间窗；
(4)将各个时间窗内的脉冲计数与同步码组进行互相关运算，并比较两者的相似性；
(5)通过脉冲计数与同步码组的相似性判决是否达到同步；若未达到同步，重复上述(3)(4)步骤；若已达到同步，对每个码元进行判决，并恢复发送的数据。
进一步地，将数据编成若干个由同步码组构成的数据帧包括：
在每帧的开头编加一个用于标注数据帧起始位置的同步头；其中，同步头由m比特同步码组构成，第i比特同步码组记为si，帧内数据比特数为d。
进一步地，对spad输出信号进行数字信号处理，并确定计数脉冲到达的位置，包括：
对spad输出信号进行采样，将时间域上连续的信号转化为离散的数字信号，则t时刻采样得到的信号记为data_received(t)；
根据奈奎斯特采样定律，获得采样频率fs与spad死时间τ关系为
检测脉冲上升沿确定计数脉冲到达的位置。
进一步地，检测脉冲上升沿确定spad输出数据脉冲到达的位置，包括：
当spad输出数据脉冲时，data_received从0上升至umax，其中umax表示输出数据脉冲峰值时的电压，令data_received2(t)＝data_received(t)>umax/2；
若采样后data_received(t)>umax/2，则记data_received2(t)为1；否则记data_received2(t)为0；
当data_received2(t)＝1且data_received2(t-1)＝0时，令脉冲位置信号data_pulse(t)＝1确定脉冲到达的位置；否则令data_pulse(t)＝0。
进一步地，将脉冲位置信号送入移位寄存器，并将移位寄存器划分为多个时间窗，包括：
根据数据帧中同步码组比特数m,将l位移位寄存器划分为m个时间窗，设码元速率为tb，则每个时间窗数据个数为
将每个时间窗内的数据相加获得脉冲个数：设第i个时间窗的脉冲计数为yi，则yi等于第i个时间窗内数据相加；其中，1≤i≤m。
进一步地，将各个时间窗内的脉冲计数与同步码组进行互相关运算，并比较两者的相似性，包括：
根据同步码组尖锐单峰自相关特性，将各个时间窗内的脉冲计数与同步码组进行互相关运算，并比较两者的相似性，得到判决参数
进一步地，通过脉冲计数与同步码组的相似性判决是否达到同步，包括：
设置判决门限
若判决r达到峰值且超过rt，则达到同步，并以此峰值数据帧的开始位置和码元周期的起始位置输出同步脉冲。
进一步地，对每个码元进行判决，并恢复发送的数据，包括：
分别在各个时间窗内获取发送端发送“1”时接收到的脉冲个数，和发送端发送“0”时接收到的脉冲个数；
计算发送“1”时时间窗内平均脉冲个数y1，和发送“0”时时间窗内平均脉冲个数y0；
计算出计数判决门限
本发明的有益效果：提供一种应用于光子计数可见光通信系统的同步方法，将位同步和帧同步结合起来，进行位同步和帧同步的光子脉冲计数，利用光子脉冲计数与帧同步码组做相关运算，实现基于spad的光子计数可见光通信系统的同步。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图示意图。
图2为本发明实施例的数据帧格式示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
如图1所示，接收端接收到发送端的数据时，将数据编成若干个由同步码组构成的数据帧，如图2所示，在每帧的开头编加一个用于标注数据帧起始位置的同步头；其中，同步头由m比特同步码组构成，第i比特同步码组记为si，帧内数据比特数为d。
为了确定计数脉冲的到达位置，先对spad输出信号进行采样，从而将时间域上连续的信号转化为离散的数字信号，t时刻采样得到的信号记为data_received(t)，根据奈奎斯特采样定律，获得采样频率fs与spad死时间τ关系为
进而通过检测脉冲上升沿确定计数脉冲到达的位置，步骤为：
当spad输出数据脉冲时，data_received从0上升至umax，其中umax表示输出数据脉冲峰值时的电压，令data_received2(t)＝data_received(t)>umax/2；
若采样后data_received(t)>umax/2，则记data_received2(t)为1；否则记data_received2(t)为0；
当data_received2(t)＝1且data_received2(t-1)＝0时，令脉冲位置信号data_pulse(t)＝1确定脉冲到达的位置；否则令data_pulse(t)＝0。
确定计数脉冲到达的位置后，将l位移位寄存器划分为m个时间窗。设码元速率为tb，则每个时间窗数据个数为
将每个时间窗内的数据相加获得脉冲个数：设第i个时间窗的脉冲计数为yi，则yi等于第i个时间窗内数据相加；其中，1≤i≤m，m为数据帧中同步码组比特数。
根据同步码组尖锐单峰自相关特性，将各个时间窗内的脉冲计数与同步码组进行互相关运算，并比较两者的相似性，得到
当r达到峰值且超过rt，则认为该处同时达到位同步和帧同步，并以此处数据帧的开始位置和码元周期的起始位置输出同步脉冲。
找到同步后，分别在各个时间窗内获取发送端发送“1”时接收到的脉冲个数，和发送端发送“0”时接收到的脉冲个数；计算发送“1”时时间窗内平均脉冲个数y1，和发送“0”时时间窗内平均脉冲个数y0；计算出计数判决门限
本实施例中的一种应用于光子计数可见光通信系统的同步方法，在考虑spad输出信号的情况下，将已划分时间窗的内的脉冲计数与同步码组进行互相关运算得到判决参数r，通过判决参数r与判决门限rt比较找出同时达到位同步和帧同步的位置，并在该位置恢复发送的数据，进行通信。以此实现基于spad的光子计数可见光通信系统的同步，而且具有实时处理的可行性，大大减少了spad效应产生的影响。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。