CN103684595B - 可见光通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可见光通信系统，该通信系统包括：全功能设备和可见光通信光源中的至少之一，以及精简功能设备，其中，可见光通信光源，用于在可见光信号中携带数据信息，并发送可见光信号；精简功能设备，与全功能设备通信和/或与可见光通信光源通信，用于接收可见光信号并对接收到可见光信号进行解调以恢复出数据信息；全功能设备用于实现以下功能至少之一：可见光通信光源的功能、精简功能设备的功能以及对接收到的可见光信号进行转发的转发功能。本发明解决了现有技术中还没有用于可见光通信的网络结构而导致的可见光资源得不到充分利用的技术问题，达到了提高可见光的利用率的技术效果。

Description

可见光通信系统
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种可见光通信系统。
背景技术
使用可见光的无线通信技术近年来逐渐受到学术界和产业界的广泛关注，尤其是随着发光二极管（Light Emitting Diode，简称为LED）之类的发光元件的照明设备的广泛使用，利用半导体LED在实现照明的同时，实现无线通信网络覆盖的可行性研究正在许多相关企业中进行。可见，光通信与无线传感网络、无线局域网（Wireless Local AreaNetwork，简称为WLAN）、以及电力线通信系统相结合的通信方式也在探讨当中。然而，可以确定的是可见光通信技术将是未来可选的短距超宽带通信方式之一。
作为用于高速光数据通信的发光部件，考虑到对人体或医疗器械的影响，LED是最强有力的候选。同时，具有更高速度的响应性能的半导体发光设备，例如：激光二极管（LD）或超辐射发光二极管（SLD)也可以用作可见光通信设备，用于发送携带有数据信息的可见光。在光通信中的数据速率取决于发光设备的响应速度。由于此原因，这种具有更高速度的响应性能的发光设备受到了广泛关注。
实现可见光LED通信的基本原理是通过待发送的数据对所发光进行某种调制，比如脉冲宽度调制、脉冲位置/频率调制或者脉冲幅度调制。这种调制的光能量通过空间信道进行传输并被目标装置上的光电探测器（或者是传感器）接收到，光电探测器将光信号转换为电信号后经过后续处理再解调出该光信号中携带的数据。
根据未来可见光的应用场景以及其特有的特点，配备了摄像头的便携设备也将越来越多。利用各种LED作为信息发布系统，各种便携/移动终端作为接收系统，将是一种简洁的通信方式。可见光通信节点之间的拓扑组网传输方法将更深入的影响可见光通信系统的技术发展。虽然可见光通信技术有上述的诸多优点，然而目前还未提出针对可见光通信系统中各个通信节点之间的拓扑组网方式，从而使得可见光资源难以得到有效地利用。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明提供了一种可见光通信系统，以至少解决现有技术中还没有用于可见光通信的网络结构而导致的可见光资源得不到充分利用的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种可见光通信系统，包括：全功能设备和可见光通信光源中的至少之一，以及精简功能设备，其中，上述可见光通信光源，用于在可见光信号中携带数据信息，并发送上述可见光信号；上述精简功能设备，与上述全功能设备通信和/或与可见光通信光源通信，用于接收上述可见光信号并对接收到上述可见光信号进行解调以恢复出上述数据信息；上述全功能设备用于实现以下功能至少之一：上述可见光通信光源的功能、上述精简功能设备的功能以及对接收到的可见光信号进行转发的转发功能。
优选地，上述可见光通信光源通过广播的方式发送上述携带有数据信息的可见光信号。
优选地，上述可见光通信系统还包括与上述可见光通信光源相连的广播信号源，用于将待广播的信号作为上述数据信息发送给上述可见光通信光源。
优选地，上述精简功能设备中还设置有发送装置，用于在可见光信号中携带数据信息，并发送上述可见光信号。
优选地，在同一时间内上述精简功能设备接收最多一个上述可见光通信光源发送的光信号或者接收最多一个上述全功能设备发送的可见光信号。
优选地，上述全功能设备还用于接收除自身之外的全功能设备发送的上述携带有数据信息的可见光信号，并将接收到的可见光信号转发给一个或多个上述精简功能设备。
优选地，上述可见光通信光源是交通指示灯。
优选地，上述精简功能设备是带有摄像功能的设备。
优选地，上述携带有数据信息的可见光信号是通过荧光灯和/或发光二极管发出的明暗闪烁信号。
在本发明中，提供了一种可见光通信系统，在该系统里可以包括全功能设备、精简功能设备或者是可见光通信光源等，从而可以根据需求组成不同架构的通信系统以满足不同的通信需求。通过上述方式解决了现有技术中还没有用于可见光通信的网络结构而导致的可见光资源得不到充分利用的技术问题，达到了提高可见光利用率的技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的可见光通信系统的一种优选结构示意图；
图2是根据本发明实施例的可见光通信系统拓扑图的一种优选示意图；
图3是根据本发明实施例的可见光通信系统拓扑图的一种优选示意图；
图4是根据本发明实施例的全功能设备的一种优选结构框图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明实施例提供了一种优选的可见光通信系统，如图1所示，该通信系统包括：全功能设备102和可见光通信光源104中的至少之一，以及精简功能设备106，下面对上述几个设备进行详细说明。
可见光通信光源104，用于在可见光信号中携带数据信息，并发送可见光信号；
精简功能设备106，与全功能设备通信和/或与可见光通信光源通信，用于接收可见光信号并对接收到可见光信号进行解调以恢复出数据信息；
全功能设备102用于实现以下功能至少之一：可见光通信光源的功能、精简功能设备的功能以及对接收到的可见光信号进行转发的转发功能。
在上述优选实施方式中，提供了一种可见光通信系统，在该系统里可以包括全功能设备、精简功能设备或者是可见光通信光源等，从而可以根据需求组成不同架构的通信系统以满足不同的通信需求。通过上述方式解决了现有技术中还没有用于可见光通信的网络结构而导致的可见光资源得不到充分利用的技术问题，达到了提高可见光利用率的技术效果。
优选的，携带有数据信息的可见光信号是通过荧光灯和/或发光二极管发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号。
考虑到信号灯等发送光源在网络拓扑中的特殊性，对于可见光通信光源就可以选择这些信号灯等较为常见的发光设备携带数据信息，以起到广播的作用，即上述的可见光通信光源可以通过广播的方式发送所述携带有数据信息的可见光信号。
在一个优选实施方式中，既然可见光通信光源是用于广播信号自然就需要有一个与其相连的广播信号源，即在上述的可见光通信系统中还包括与所述可见光通信光源相连的广播信号源，用于将待广播的信号作为所述数据信息发送给所述可见光通信光源。
如果不考虑设备的精简性，而是更为注重设备功能上的完善性，对于系统中的精简功能设备中也可以设置发送装置，用于在可见光信号中携带数据信息，并发送所述可见光信号。即，精简功能设备不仅可以接收可见光信号，还可以发送可见光信号，从而实现更为全面的信息交互，和更为全面的通信流程。
因为精简功能设备在通信系统中更多的还是作为单节点使用的，因此在同一时间内所述精简功能设备仅接收最多一个所述可见光通信光源发送的光信号或者接收最多一个所述全功能设备发送的可见光信号。
对于上文中提到的全功能设备除了具备接收和发送的功能之外还具备转发的功能，具体的，所述全功能设备在接收到除自身之外的全功能设备发送的所述携带有数据信息的可见光信号后，可以将接收到的可见光信号转发给一个或多个所述精简功能设备。上述仅是一个优选的实施方式，本发明不限于此，全功能设备也可以将接收到的某个精简功能设备发送的可见光信号转发给另外一个精简功能设备，或者是将接收到的可见光光源发送的可见光信号转发给其他的全功能设备或者是与其进行通信的精简功能设备等等。
交通指示灯是较为常见的发光设备，因此，在一个优选实施方式中，为了有效利用马路上的交通灯，可以将交通指示灯作为可见光通信光源，以实现广播的目的。
在上述各个优选实施方式中，精简功能设备可以是带有摄像功能的设备。例如，手机、相机、笔记本电脑等都可以作为精简功能设备。
具体的，可以按照以下方式实现可见光通信：用户通过手持控制终端或远程计算机登录的方式与中央处理器进行基于TCP/IP协议的通信，通信内容包括：用户希望对受控设备的操作指令等，中央控制器通过对指令的解析，产生相应的LED灯调制的二进制编码流，优选地，可以同时驱动多个发射调制器；发射调制器根据二进制编码流转换成调制LED灯的光强的开关状态，从而形成时域内的光强变化序列。在接收方，受控的用户设备经过相应的改造升级，将被植入接收解调器，该解调器探测LED等光强的明暗变化，将光信号转化为电信号，解调设备的微处理单元将依据所接收的信息产生相应的控制动作。
为了更好地说明本发明，在实施例中还给出了以下两种优选的拓扑结构来进一步说明。
1）如图1所示，第一种是用于进行近距离无线通信的网络拓扑结构，每个终端设备在网络中扮演不同的网络节点的角色，如图2所示，该网络拓扑结构主要包括全功能设备和精简功能设备，其中，
全功能设备（Full functional Device，简称为FFD），既可以作为协调器（coordinator）使用，也可以作为简单节点使用；同时全功能设备可以组成任意的拓扑结构，并可以与任何设备进行通信。
精简功能设备（Reduced Functional Device，简称为RFD），仅可以作为单节点使用，即，精简功能设备仅可以发送或者接收不具备转发的能力。
在该种仅有精简设备和全功能设备的网络拓扑中，精简设备仅可以与全功能设备进行通信，且在同一时间仅可以与一个全功能设备进行通信。
即，在该第一种拓扑结构中，全功能设备既可以作为网络协调器使用，也可以作为单节点使用，可以与任意拓扑结构的任何节点进行通信；精简功能设备只能作为单节点使用，只能与网络协调器进行通信，而不能与单节点进行通信。
对于可见光通信而言，发送功能是由可见光发送器件提供的，接收功能是由可见光接收器件提供的，例如摄像头等。全功能设备需要配备可见光发送和接收装置，以及作为协调器的网络功能，而精简功能设备仅需要配备可见光的发送和接收装置，甚至一部分精简功能设备可以仅配备接收装置。
2）基于信号灯等发送光源在网络拓扑中的特殊性，本发明实施例还提供了另外一种网络拓扑结构，主要应用于广播应用的场景，如图3所示，该网络拓扑结构包括：可见光通信光源、全功能设备以及精简功能设备，其中，
可见光通信光源，与广播信号源相连，用于对广播系统的信号进行广播，仅具备发送装置，而不需要具备接收装置和网络协调器的功能。
全功能设备，既可以作为协调器（coordinator）使用也可以作为单节点使用，可以组成任意的拓扑结构，即可以位于拓扑结构的任意位置中，可以与系统中的所有设备进行通信。
精简功能设备，仅可以作为单节点使用，即仅负责接收或者发送携带有数据信息的可见光信号，然而不具备转发的功能，在拓扑结构中仅可以组成星型拓扑，在同一时间内仅可以与1个网络协调器（即，1个全功能设备）进行通信或者是在同一时间内仅可以接收一个可见光通信光源发送的可见光信号。
对于可见光通信系统来讲，很多应用场景中都有类似于广播应用的场景，例如：可见光通信技术可以应用于交通管理系统，信号灯在进行交通指示的同时，还可以将路况信息等等信息进行广播发送，对于这些广播光源（即，可见光通信光源）而言，可以仅具备发送装置，不需要接收装置和网络协调器的功能装置。对于全功能设备102，如图4所示，需要配置发送装置402、接收装置404以及协调器406等所有功能，其中，这些配置发送装置402、接收装置404以及协调器406与该全功能设备之外的其它全功能设备或者精简功能设备以及可见光通信光源进行通信，从而进行信息的转发。
然而，值得注意的是，上述的两种拓扑结构仅是本发明优选的实施方式，还可以采用其它的组合方式，例如，整个网络都设置全功能设备，或者在一个小的通信网络中可以仅设置全功能设备和可见光通信光源，又或者仅设置有可见光通信光源和精简功能设备等等。
在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。
在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。
从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：提供了一种可见光通信系统，在该系统里可以包括全功能设备、精简功能设备或者是可见光通信光源等，从而可以根据需求组成不同架构的通信系统以满足不同的通信需求。通过上述方式解决了现有技术中还没有用于可见光通信的网络结构而导致的可见光资源得不到充分利用的技术问题，达到了提高可见光利用率的技术效果。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可见光通信系统，其特征在于，包括：全功能设备和可见光通信光源中的至少之一，以及精简功能设备，其中，
所述可见光通信光源，用于在可见光信号中携带数据信息，并发送所述可见光信号；
所述精简功能设备，与所述全功能设备通信和/或与可见光通信光源通信，用于接收所述可见光信号并对接收到所述可见光信号进行解调以恢复出所述数据信息，在同一时间内接收最多一个所述可见光通信光源发送的光信号或者接收最多一个所述全功能设备发送的可见光信号；
所述全功能设备用于实现以下功能至少之一：所述可见光通信光源的功能、所述精简功能设备的功能以及对接收到的可见光信号进行转发的转发功能；
其中，所述精简功能设备中还设置有发送装置，用于在可见光信号中携带数据信息，并发送所述可见光信号；
其中，所述全功能设备还用于实现网络协调器的功能。
2.根据权利要求1所述的光通信系统，其特征在于，所述可见光通信光源通过广播的方式发送所述携带有数据信息的可见光信号。
3.根据权利要求2所述的光通信系统，其特征在于，还包括与所述可见光通信光源相连的广播信号源，用于将待广播的信号作为所述数据信息发送给所述可见光通信光源。
4.根据权利要求1所述的光通信系统，其特征在于，所述全功能设备还用于接收除自身之外的全功能设备发送的所述携带有数据信息的可见光信号，并将接收到的可见光信号转发给一个或多个所述精简功能设备。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光通信系统，其特征在于，所述可见光通信光源是交通指示灯。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的光通信系统，其特征在于，所述精简功能设备是带有摄像功能的设备。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的光通信系统，其特征在于，所述携带有数据信息的可见光信号是通过荧光灯和/或发光二极管发出的明暗闪烁信号。
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