一种单RGB-LED小型化全双工多用户VLC的通信方法

技术领域

本发明属于可见光通信(Visible light communication，VLC)技术领域，具体涉及一种单RGB-LED小型化全双工多用户VLC的通信方法。

背景技术

VLC是一种实现利用照明光的闪烁频率进行数据传输的技术，也称“Li-Fi”(LightFidelity)技术；RGB-LED是一种利用红绿蓝三色配光形成复色光用于照明的固态半导体器件。随着“Li-Fi”概念的提出、光电子集成器件集成度不断提高、LED照明技术的日益发展，LED-VLC系统受到广泛的关注。在室内实现一个集照明、定位和通信功能于一体的无线光通信网络，将会为人们提供更经济、更多元化、更高速的信息服务。VLC系统同时具有无电磁干扰、安全、保密等优点，可以应用于核电站、飞机机舱、医院等电磁受限的环境。

目前，现有VLC系统的大多采用每个终端各自拥有信号源(可见光、红外光、Wifi等)、调制/解调、发射/接收等模块，存在设备体积大的问题(李上宾等.半双工时分RGB LED模组双向可见光通信的方法及系统CN105812055A，2016)。有学者提出利用时分复用技术结合MMR技术，有限的减小了设备体积，但上行速率较低，仍未达到可大规模商业推广的程度。由于VLC系统的一个终端是一般是与电脑、电视、手机等小型设备直接相连的，轻型化和小型化是系统的重要需求。Nature Nanotechnology上公开一种面积小、调制速率高的新型全固态空间光调制器(Park,J.et al.All-solid-state spatial light modulator withindependent phase and amplitude control for three-dimensional LiDAR applications.Nat.Nanotechnol.2020)，该器件可以独立调整光的相位和振幅，为LED-VLC系统的小型化、多用户接入带来了一定的更新；但是目前LED-VLC系统中的上行链路依然存在发射终端体积大、上下行链路串扰和多用户接入串扰问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种单RGB-LED小型化全双工多用户VLC的通信方法，解决了现有技术中上行链路发射终端体积大、上下行链路串扰和多用户接入串扰需要进一步提高的问题。

本发明所采用的技术方案是，

一种单RGB-LED小型化全双工多用户VLC的通信方法，包括LED-VLC系统，LED-VLC系统包括LED端以及通过上行链路和下行链路与其通信的若干个终端，LED端包括若干个LED端PIN探测器和RGB灯珠，每个终端包括上行链路滤光片、微型全固态空间光调制器以及终端PIN探测器，每个终端PIN探测器对应RGB灯珠设置有下行链路滤光片；

通信方法具体按照以下步骤实施：

步骤1：点亮LED端，覆盖每个终端所在的范围，形成上下行通信链路；

步骤2：微型全固态空间光调制器进行光电转化、信号处理；

步骤3：终端进行光电转化、信号处理；

步骤4：终端与LED端建立双向VLC通信链路；

步骤5：如有其它终端请求接入，重复步骤1-4，直至LED端接入用户容量饱和。

本发明的特点还在于，

步骤2具体为：终端通过上行链路向LED端发送请求接入信号，微型全固态空间光调制器根据请求接入信号改变入射光的强度信息，实现强度调制，并利用微型全固态空间光调制器反射到任一个LED端PIN探测器的端面上，微型全固态空间光调制器进行光电转化、信号处理。

步骤3具体为：LED端识别终端接入请求信号，并给终端分配探测端口j，通过LED端中的蓝光分量，利用光源内调制技术及下行链路向终端i发送分配结果信号，LED端识别请求信号，终端进行光电转化、信号处理。

上行链路滤光片位于终端PIN探测器的前端。

步骤4具体为：终端识别探测端口j的分配信号，调整微型全固态空间光调制器，使上行光路对准LED端的探测端口j，终端i与LED端探测窗口j成功建立双向VLC通信链路。

LED端PIN探测器设置为五个，且五个LED端PIN探测器呈环形排布于RGB灯珠。

本发明的有益效果是：本发明一种单RGB-LED小型化全双工多用户VLC的通信方法，RGB-LED中的红绿蓝三色的频率具有正交性，利用WDM技术，使用蓝光B分量实现下行链路信息传输、红光R或绿光G分量进行二次光学设计，不使用主动光源建立上行信息传输链路。实现上下行链路无串扰传输。

利用面积仅有250×250μm

在LED端装配多个PIN探测器，利用新型全固态空间光调制器微型全固态空间光调制器自适应调节上行连接入位置，实现多用户低串扰动态接入。

附图说明

图1是本发明一种单RGB-LED小型化全双工多用户VLC的通信方法的概念示意图；

图2是本发明一种单RGB-LED小型化全双工多用户VLC的通信方法中五个用户LED端灯珠与探测器设置的示意图。

图中，1.上行链路，2.下行链路，3.终端PIN探测器，4.微型全固态空间光调制器，5.上行链路滤光片，6.下行链路滤光片，7.LED端PIN探测器，8.RGB灯珠。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明一种单RGB-LED小型化全双工多用户VLC的通信方法进行进一步详细说明。

一种单RGB-LED小型化全双工多用户VLC的通信方法，包括LED-VLC系统，LED-VLC系统包括LED端以及通过上行链路1和下行链路2与其通信的若干个终端，LED端包括若干个LED端PIN探测器7和RGB灯珠8，每个终端包括上行链路滤光片5、微型全固态空间光调制器4(SLM)以及终端PIN探测器3，每个终端PIN探测器3对应RGB灯珠8设置有下行链路滤光片6；

其中，实现建筑物屋顶向地面传输信息的链路成为下行链路2；实现建筑物地面向屋顶传输信息的链路成为上行链路1.

通信方法具体按照以下步骤实施：

步骤1：点亮LED端；图1中所示的RGB灯珠8形成复色白光，覆盖终端i(i＝1～n)所在范围，形成图1中1、2所示的上行链路1和下行链路2形成的上下行通信链路。

步骤2：终端i通过上行链路1向LED端发送请求接入请求。图1中所示上行链路滤光片5保证RGB-LED端中的红光R(或绿光B)分量入射到图1中所示微型全固态空间光调制器4端面上。微型全固态空间光调制器4可根据请求数据改变入射光的强度信息，实现强度调制，并利用微型全固态空间光调制器4反射到图1中所示的LED端任意PIN探测器7的端面上，进行光电转化、信号处理，LED端识别终端i接入请求信号。

步骤3：LED端识别请求信号，并给终端i(变量i)分配探测端口j(变量j)通过RGB-LED端中的蓝光B分量，利用光源内调制技术(改变LED中B灯珠的电流大小)及下行链路2向终端i发送分配结果信号；终端i利用图1中所示PIN探测器3进行光电转化、信号处理。图1中所示下行链路滤光片6(蓝光滤光片)位于终端PIN探测器3i的前端，保证下行光的信号质量。

步骤4：终端i识别探测端口分配信号，调整微型全固态空间光调制器4，使上行光路对准LED端的探测端口j。终端i与LED端探测窗口j成功建立双向VLC通信链路。

步骤5：如有其它终端请求接入，重复步骤1-4，直至LED接入用户容量饱和。

下面通过具体的实施例对本发明一种单RGB-LED小型化全双工多用户VLC的通信方法进行进一步详细说明；

以图2说明LED端可最多接入5个用户的单RGB-LED小型化全双工多用户VLC通信方法为例。说明LED端探测器布置方案；图2中LED端PIN探测器7均环形分布于RGB灯珠8的周围；步骤2中终端i通过上行链路1向LED端发送请求接入请求时，上行链路1入射光可入射于图2中任意LEDPIN探测器7的端面m上。由LED端根据探测器是否被占用，决定如何分配步骤3中所述的探测端口j具体位置。

本发明一种单RGB-LED小型化全双工多用户VLC的通信方法，结合波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)和逆向调制(Modulating Retro-reflector，MRR)技术实现的单RGB-LED光源、小型化、全双工、可多用户接入的VLC方法。有效的解决了现有技术上行链路发射终端体积大、上下行链路串扰和多用户接入串扰问题。