可见光通讯VLC信号监测方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明涉及可见光通讯领域，尤其涉及一种可见光通讯vlc信号监测方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、6g网络通过将非地面通信(non-terrestrial communication，ntn)集成到地面蜂窝系统，可以真正实现全球覆盖，即使发生自然灾害，也能保持较高的可用性和鲁棒性。一体化的地面网络与非地面网络有利于通过非地面节点扩大蜂窝网络的覆盖范围，确保用户能随时随地接入网络，并向无服务或欠服务地区提供移动宽带服务、弥合欠服务地区的覆盖差距，上述地区包括海洋、山区、森林或其他难以部署地面接入点或基站的偏远地区。除了能增强服务，一体化地面网络与非地面网络还可以带来很多新业务、新应用，包括无处不在的连接、遥感、被动感知和定位、导航、跟踪、自主配送等。在6g中，um-mimo通信的实现需要先熟悉信道模型的研究和发展，以便能够了解对等离子体列以及大量平行波在空间中传播的影响。太赫兹的系统可能在未来的6g无线通信网络的融合中得到应用。随着6g移动通信系统采用频率的不断扩展，频率损耗的差异较大，尤其是相比于6ghz以下的损耗，采用太赫兹高频段的损耗明显加大，所以对于6g的频段应用需要考虑和研究分析其传播衰减损耗特性。

2、可见光通讯(英语：visible light communications，缩写为vlc)，是一种无线通讯技术，是利用荧光灯或发光二极管(led)等物体发出的明暗闪烁信号来实现信息传输的通信技术，可见光的频率介于400thz(波长780nm)至800thz(波长375nm)之间。使用普通的日光灯时，它的传输能力为10kbit/s。使用led灯时，则可以到达500mbit/s。

3、对接收到的光信号进行有效的信号监测处理，完成vlc通信系统通过光通量指标结合接收功率综合评估光信号转换无线信号过程的全生命周期的健康情况，并为发射端相同业务类型无线电波的发射功率进行调优数据参考，上述问题亟待解决。

技术实现思路

1、发明目的：提出一种可见光通讯vlc信号监测方法、装置、设备及存储介质，以解决现有技术存在的上述问题。

2、第一方面，提出一种可见光通讯vlc信号监测方法，步骤如下：

3、在组网内构建vlc通信系统；所述vlc通信系统包括一个预定范围的led覆盖区域，在所述led覆盖区域内排布有若干带有编码器的led光源和光电探测器；

4、若干led光源携带经过编码后的光信号，通过自由空间将所述光信号传输到所述光电探测器；

5、所述光电探测器接收到光信号后，计算当前光通量和当前接收功率；

6、将计算得到的当前光通量和当前接收功率，与历史分析数据设置的光通量初始阈值和接收功率初始阈值比对，判断当前接收到的光信号状态是否正常。

7、在第一方面进一步的实施例中，所述计算当前光通量，包括：使用空间积分法计算当前光通量ft，所述空间积分法表达式如下：

8、

9、式中，i0表示轴向强度，即0°立体角时的发光强度；θmax表示半光束角，是光强度降低到轴向强度一半的角度；gt(θ)表示led在θ角度上的亮度，单位为candela。

10、在第一方面进一步的实施例中，所述光电探测器接收到光信号后，通过构建碰撞模型和迁移模型，对传递过来的光信号低于光通量初始阈值的数据集合结合接收功率进行计算；

11、如果计算结果低于发射单元光信号功率的50％，则判定为本次接收光信号为接收失败。

12、在第一方面进一步的实施例中，判定为本次接收光信号为接收失败之后：

13、vlc通信系统内通过碰撞寻找其他光信接收节点并计算接收功率确认是否是接收端误报；再通过迁移模型移植到杂物节点保留一段时间后清除；

14、同时，vlc接收器环节发送指令要求发射端重新发送或加大发送功率。

15、在第一方面进一步的实施例中，所述碰撞模型表达在预定时刻、预定空间点，依据当时、当地的平衡态函数，获得该空间点各方向速度概率分布的修正量；

16、所述碰撞模型表达式如下：

17、

18、式中，fi(x,t)表示t时刻的概率密度函数；fi(x,t+δt)表示t+δt时刻的概率密度函数；表示t时刻的平衡态分布函数；表示松弛因子。

19、在第一方面进一步的实施例中，所述迁移模型表达在预定时刻和预定空间点，将该空间点经过碰撞的各向概率密度函数转移到相邻网格节点的相应位置，并替换该位置上的值；同时，该空间点也接受其他相邻网格节点转移来的值，并替换相应的本地值。

20、在第一方面进一步的实施例中，所述迁移模型表达式如下：

21、fi(x+ei·δt,t)＝fi(x,t)

22、式中，ei表示迁移因子；fi(x+ei·δt,t)表示ei·δt时刻的概率密度函数；fi(x,t)表示t时刻的概率密度函数。

23、在第一方面进一步的实施例中，使用路径损耗和光谱功率分布计算当前接收功率计算公式如下：

24、

25、式中，sr(λ)表示光谱功率分布；rf(λ)表示滤光器的光谱响应；λλ表示滤光器的较低波长截止值；λdt表示滤光器的较高波长截止值；

26、其中，sr(λ)＝llst(λ)；ll表示路径损耗；st(λ)表示光谱功率分布。

27、在第一方面进一步的实施例中，当一个灯中存在n个led时，光电探测器同时从多个led接收信号，总接收功率为n个led接收功率之和，此时los信道总接收功率pr(total)表示为：

28、

29、式中，n表示led个数；pr(i)表示第i个led的当前实际接收功率。

30、在第一方面进一步的实施例中，光通量初始阈值的确定方式包括：

31、从日志获取最近10次、100次、1000次光通量数据作为历史光通量数据；将所述历史光通量数据加权平均获得光通量阈值平均线；

32、将全部历史光通量数据作为分母，将所述历史光通量数据中超过所述光通量阈值平均线的次数作为分子，获得光通量异常占最近10次、100次、1000次数的比例，作为下次经过led的光通量异常预测值；

33、10次，100次，1000次三个光通量预测值差值在10％内则加权平均获得最终光通量预测值；差值大于10％按照10次的短期光通量预测值为准。

34、本发明的第二个方面，提出一种可见光通讯vlc信号监测装置，该信号监测装置包括led覆盖区域、led光源和光电探测器。led光源和光电探测器分别排布在所述led覆盖区域内；若干led光源携带经过编码后的光信号，通过自由空间将所述光信号传输到所述光电探测器。光电探测器内置有第一计算模块和比对模块。当所述光电探测器接收到光信号后，由所述第一计算模块计算当前光通量和当前接收功率。比对模块将计算得到的当前光通量和当前接收功率，与历史分析数据设置的光通量初始阈值和接收功率初始阈值比对，判断当前接收到的光信号状态是否正常。

35、在第二方面进一步的实施例中，所述第一计算模块进一步用于在所述光电探测器接收到光信号后，构建碰撞模型和迁移模型，对传递过来的光信号低于光通量初始阈值的数据集合结合接收功率进行计算；如果计算结果低于发射单元光信号功率的50％，则判定为本次接收光信号为接收失败。

36、在第二方面进一步的实施例中，该信号监测装置还包括判断模块；所述判断模块用于在vlc通信系统内通过碰撞寻找其他光信接收节点并计算接收功率确认是否是接收端误报；再通过迁移模型移植到杂物节点保留一段时间后清除；同时，vlc接收器环节发送指令要求发射端重新发送或加大发送功率。

37、本发明的第三个方面，提出一种电子设备，所述设备包括处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如第一方面及其进一步实施例所述的可见光通讯vlc信号监测方法。

38、本发明的第四个方面，提出一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一个可执行指令，所述可执行指令在电子设备上运行时，使得电子设备执行如第一方面及其进一步实施例所述的可见光通讯vlc信号监测方法。

39、有益效果：本技术提出的可见光通讯vlc信号监测方法，创新性的在大型或超大型组网内构建vlc通信系统，室内通过led灯覆盖区域内携带传输数据的光信号，通过自由空间的传输到接收端的光电探测器，接收端的光电探测器接收到光信号后，信号转换成电信号后，并对电信号进行后均衡、解调、解码，恢复成原始的发送信号。创新性的在led环节根据给定的led发射器的可用参数，用空间积分方法计算光通量和历史分析数据设置光通量初始阈值来衡量输入的光信号状态是否正常。从而完成vlc通信系统通过光通量指标结合接收功率综合评估光信号转换无线信号过程的全生命周期的健康情况。并为发射端相同业务类型无线电波的发射功率进行调优数据参考。