一种基于物理层网络编码的无线光通信方法及系统

技术领域

本发明属于无线光通信技术领域，具体涉及一种基于物理层网络编码的无线光通信方法及系统。

背景技术

在可见光通信中，利用红绿蓝三色LED通信是一种流行的方案，其典型通信方式为：在发射端，信号源输出三个链路的比特序列信号，每个链路的比特序列信号被一种颜色的LED光源调制，因此，三种颜色的LED光源，各输出一路调制后的光信号；三路光信号在自由空间中混合为人眼所见的白光，实现通信和照明。然后，在接收端，将每路调制后的光信号恢复为原始的比特序列信号，完成光通信。

此种可见光通信方法，具有以下问题：对于RGB-VLC系统而言，每个链路受到背景光的影响不同，因此，在不同的环境光中，任意链路都有可能变的很差甚至传输中断，所以，具有系统可靠性低的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于物理层网络编码的无线光通信方法及系统，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于物理层网络编码的无线光通信方法，包括以下步骤：

步骤1，发送端信号处理过程，包括：

步骤1.1，发射端包括发射端信号源、第1信号处理单元和第2信号处理单元；

步骤1.2，所述发射端信号源输出需要传输的第1数字信号S

步骤1.3，所述第1信号处理单元对所述第1数字信号S

所述第2信号处理单元对所述第2数字信号S

步骤2，物理层传输信道传输过程：

所述第1波段光信号PS

所述第3波段第1光信号PS

所述第3波段混合光信号PS

步骤3，接收端信号处理过程，包括：

步骤3.1，接收端具有第1波段光信号解调单元、第2波段光信号解调单元、第3波段光信号解调单元和解码器；

步骤3.2，所述第1波段光信号解调单元从所述总混合光信号PS

所述第2波段光信号解调单元从所述总混合光信号PS

所述第3波段光信号解调单元从所述总混合光信号PS

通过所述接收端处理，得到三路链路信号，分别为：第1数字信号S

所述解码器，用于在三路链路信号中，任何一条链路信号被环境光干扰甚至中断时，通过另外两个链路信号，解码恢复出第1数字信号S

优选的，所述第1数字信号S

优选的，步骤1.3具体为：

所述第1信号处理单元包括第1数模转换器DAC、第1波段光源和第3-1波段光源；

所述第1数模转换器DAC将所述第1数字信号S

所述第2信号处理单元包括第2数模转换器DAC、第2波段光源和第3-2波段光源；

所述第2数模转换器DAC将所述第2数字信号S

所述第3-1波段光源和所述第3-2波段光源，为相同波段光源。

优选的，所述第1波段光源，所述第2波段光源，以及第3-1波段光源和所述第3-2波段光源，为绿色波段LED光源、蓝色波段LED光源和红色波段LED光源的任意组合。

优选的，所述第1波段光信号解调单元包括第1聚光透镜、第1滤光片、第1光电探测器、第1模数转换器ADC和第1判决器；

所述总混合光信号PS

优选的，所述第2波段光信号解调单元包括第2聚光透镜、第2滤光片、第2光电探测器、第2模数转换器ADC和第2判决器；

所述总混合光信号PS

优选的，所述第3波段光信号解调单元包括第3聚光透镜、第3滤光片、第3光电探测器、第3模数转换器ADC、第3判决器和PNC映射器；

所述总混合光信号PS

本发明还提供一种基于物理层网络编码的无线光通信方法的无线光通信系统，包括：发送端、物理层传输信道和接收端；

所述发送端通过所述物理层传输信道，与所述接收端连接；

所述发送端包括发射端信号源、第1信号处理单元和第2信号处理单元；

所述接收端包括第1波段光信号解调单元、第2波段光信号解调单元、第3波段光信号解调单元和解码器。

本发明提供的一种基于物理层网络编码的无线光通信方法及系统具有以下优点：

本发明提供一种基于物理层网络编码的无线光通信方法及系统，可有效提升可见光通信系统在环境光干扰下的通信可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明提供的基于物理层网络编码的无线光通信系统的结构图。

其中：

1-1代表第1数模转换器DAC；1-2代表第1波段光源；1-3代表第1聚光透镜；1-4代表第1滤光片；1-5代表第1光电探测器；1-6代表第1模数转换器ADC；1-7代表第1判决器；

2-1代表第2数模转换器DAC；2-2代表第2波段光源；2-3代表第2聚光透镜；2-4代表第2滤光片；2-5代表第2光电探测器；2-6代表第2模数转换器ADC；2-7代表第2判决器；

3-1代表第3-1波段光源；3-2代表第3-2波段光源；3-3代表第3聚光透镜；3-4代表第3滤光片；3-5代表第3光电探测器；3-6代表第3模数转换器ADC；3-7代表第3判决器；3-8代表PNC映射器；

4代表解码器。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种基于物理层网络编码的无线光通信方法，可有效提升可见光通信系统在环境光干扰下的通信可靠性和稳定性，本发明是一种基于物理层网络编码(Physical-layer Network coding,PNC)的VLC方案，简称为PNC-VLC，参考图1，包括以下步骤：

步骤1，发送端信号处理过程，包括：

步骤1.1，发射端包括发射端信号源、第1信号处理单元和第2信号处理单元；

步骤1.2，所述发射端信号源输出需要传输的第1数字信号S

步骤1.3，所述第1信号处理单元对所述第1数字信号S

所述第2信号处理单元对所述第2数字信号S

实际应用中，本步骤可采用以下方式实现：

所述第1信号处理单元包括第1数模转换器DAC、第1波段光源和第3-1波段光源；

所述第1数模转换器DAC将所述第1数字信号S

所述第2信号处理单元包括第2数模转换器DAC、第2波段光源和第3-2波段光源；

所述第2数模转换器DAC将所述第2数字信号S

所述第3-1波段光源和所述第3-2波段光源，为相同波段光源。

在具体实现上，所述第1波段光源，所述第2波段光源，以及第3-1波段光源和所述第3-2波段光源，为绿色波段LED光源、蓝色波段LED光源和红色波段LED光源的任意组合。例如，第1波段光源为绿色LED光源，第2波段光源为蓝色LED光源，第3-1波段光源和第3-2波段光源均为红色LED光源；或者，第1波段光源为蓝色LED光源，第2波段光源为绿色LED光源，第3-1波段光源和第3-2波段光源均为红色LED光源。本申请对每个波段光源，具体为绿色LED光源、蓝色LED光源和红色LED光源并不限制，只要在这三种波段光源，其中任意一个为绿色LED光源，一个为蓝色LED光源，一个为红色LED光源即可。

通过采用三色LED光源，除实现通信功能，同时具有照明功能。

步骤2，物理层传输信道传输过程：

所述第1波段光信号PS

所述第3波段第1光信号PS

所述第3波段混合光信号PS

步骤3，接收端信号处理过程，包括：

步骤3.1，接收端具有第1波段光信号解调单元、第2波段光信号解调单元、第3波段光信号解调单元和解码器；

步骤3.2，所述第1波段光信号解调单元从所述总混合光信号PS

所述第2波段光信号解调单元从所述总混合光信号PS

所述第3波段光信号解调单元从所述总混合光信号PS

通过所述接收端处理，得到三路链路信号，分别为：第1数字信号S

所述解码器，用于在三路链路信号中，任何一条链路信号被环境光干扰甚至中断时，通过另外两个链路信号，解码恢复出第1数字信号S

实际应用中，本步骤中，第1波段光信号解调单元、第2波段光信号解调单元和第和波段光信号解调单元，可采用以下结构实现：

(1)第1波段光信号解调单元

所述第1波段光信号解调单元包括第1聚光透镜、第1滤光片、第1光电探测器、第1模数转换器ADC和第1判决器；

所述总混合光信号PS

(2)第2波段光信号解调单元

所述第2波段光信号解调单元包括第2聚光透镜、第2滤光片、第2光电探测器、第2模数转换器ADC和第2判决器；

所述总混合光信号PS

(3)第3波段光信号解调单元

所述第3波段光信号解调单元包括第3聚光透镜、第3滤光片、第3光电探测器、第3模数转换器ADC、第3判决器和PNC映射器；

所述总混合光信号PS

具体的，由于第3-1波段光源和第3-2波段光源为相同波段光源，因此，在发射端时，这两个波段光源发出的不同光信号进入到物理层传输信道时，会在自由空间中发生混叠而且不可分割，形成叠加的混合信号，即：第3波段混合光信号PS

例如，第1数字信号S

因此，对于解码器，在三路链路信号中，任何一条链路信号被环境光干扰甚至中断时，通过另外两个链路信号，解码恢复出第1数字信号S

例如，针对三个链路不同的数据丢失情况，采用以下译码操作：

如果第1波段光信号解调单元成功恢复出第1数字信号S

如果只有第1波段光信号解调单元成功恢复出第1数字信号S

如果只有第2波段光信号解调单元成功恢复出第2数字信号S

本发明提供的基于物理层网络编码的无线光通信方法，在发送端，将需要发送的第1数字信号S

当然，在实际应用中，也可以采用以下方式实现，本发明对此并不限制：

在发送端，信号源发送第1数字信号S

因此，在三路链路信号中，任何一条链路信号被环境光干扰甚至中断时，通过另外两个链路信号，解码恢复出第1数字信号S

本发明通过采用同时传输两路信号异或值的方式，可提高信号传输的可靠性。

本发明还提供一种基于物理层网络编码的无线光通信方法的无线光通信系统，包括：发送端、物理层传输信道和接收端；

所述发送端通过所述物理层传输信道，与所述接收端连接；

所述发送端包括发射端信号源、第1信号处理单元和第2信号处理单元；

所述接收端包括第1波段光信号解调单元、第2波段光信号解调单元、第3波段光信号解调单元和解码器。

本发明公开一种基于物理层网络编码的无线光通信方法及系统，可用于以下场合：信号灯与车之间的车联网通信；办公等室内白光照明的场合，用来实现室内光通信；手术室等医用场合，用可靠性更高的物理层网络编码RGB-VLC，实现高速率、低延时的通信。

本发明公开一种基于物理层网络编码的无线光通信方法及系统，具有以下优点：

1.本发明通过传输三条链路信号，其中一条链路信号为另外两条链路信号的异或值，因此，在接收端，只需要获取三条链路中任意两条链路的信号，就可以完全恢复原始的两个链路信号，提高系统的可靠性；

2.光通信中，光路的截断很容易引起通信中断，通过引入传输两条链路信号的异或值，可以减少中断的次数，提高用户体验；

3.本发明减少了链路中断和数据重传概率，因此降低通信系统的时延，为高可靠、低时延的应用场景提供有力支撑。

本公开中涉及的系统的方框图仅作为示例性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件。诸如“包括”、“包括”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

可能以许多方式来实现本公开的方法和装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。

还需要指出的是，在本公开的装置和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。