CN103795492A - 光通信系统中的编码/解码方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光通信技术领域，提供了一种光通信系统中的编码/解码方法、装置和系统。本发明一种光通信系统中的编码方法，所述方法包括：将待发送数据分为M组，每组数据包含至少1位比特，且M≧1；分别在所述每组数据的前面或者后面插入与每组数据总位数相同的比特，形成编码数据；将所述编码数据以光信号的形式发送出去。通过本发明可以明显地降低LED的闪烁度，还可以显著地降低误码率。
Description
技术领域
本发明涉及一种光通信系统，尤其涉及一种光通信系统中的编码/解码方法、装置和系统。
背景技术
光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管LED等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来进行短距离传输信息的一种新技术，通过源数据的二进制数字序列在设定的单位进行时间内控制发光二极管（LED)的开关，即在设定的单位时间内，如果遇到二进制数字0，则关闭发光二极管开关,不发出光；在下一个设定的单位时间内如果遇到二进制数字1，则打开发光二极管开关，使发光二极管发出光，从而完成数据编码调制，并在自由空间进行传播出去。然后在接收端再通过光接收器进行光接收和光电转换，恢复出原始数据等信息。
在现有的光通信系统中，有些光系统在发射端不进行信源编码，而是直接将信源数据进行调制后以光形式进行发送。即直接将信源数据中遇到比特0时，关闭LED；遇到比特1时，则打开LED。在接收端也是进行接收后直接进行解调，还原出信源信息。而有些通信系统则在发射端进行了编码处理，以降低光在传输过程造成的人眼能感受到的LED闪烁感。如采用MPPM编码，就是将信源信息按每4个比特进行分组，然后每组信源数据根据其数值大小对应一组特定的7比特数据。如下表所示的(7,4)MPPM编码表。然后再将编码后的数据再进行相同的调制以光形式发送出去，接收端完成接收解调后，还需要进行MPPM译码才能还原出信源信息。
| 信源 | MPPM | 信源 | MPPM | 信源 | MPPM | 信源 | MPPM |
| 0 | 1111000 | 100 | 1101100 | 1000 | 1011010 | 1100 | 1001110 |
| 1 | 1110100 | 101 | 1101010 | 1001 | 1011001 | 1101 | 1001101 |
| 10 | 111100 | 110 | 1101001 | 1010 | 1010110 | 1110 | 1001011 |
| 11 | 1111001 | 111 | 1011100 | 1011 | 1010101 | 1111 | 11110 |
表1
在现有的技术中，如果不采用编码，而是直接将信源信息进行调制发送的方法，则在光形式传输的过程中，如果遇到信源连续出现0的个数较多时，就会表现为LED关闭的时间比较长，又或者遇到在某一段时间内，信源中1和0的个数相差较大时，人的眼睛仍能感觉到LED有比较明显的闪烁感，特别是在1Mbps传输速率以下，并且LED功率又较大时。而且，如果在传输过程中存在误码，也会有一定的误码率。
而采用编码方式，如MPPM编码或其它编码方式时，虽然可以在一定程度上降低LED灯的闪烁感，但存在解码需要耗时较多，而且要求误码率很低，否则只要上述MPPM表中的7比特MPPM码在传输过程中有一个比特出错，则在接收端进行对应译码时，就不能正确地还原出原始信源信息，最高会造成四个比特的信源数据丢失，造成误码率比较高。
并且采用编码方式，如MPPM编码或其它编码方式时，编码结果中的1和0的个数是随机、不可控的。
本领域亟需一种在光通信系统中接收端与发射端不严格同步的情况下仍能正确解密的方法。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
根据本发明的一方面，提供了一种光通信系统中编码方法，该方法包括：
一种光通信系统中的编码方法，所述方法包括：
将待发送数据分为M组，每组数据包含至少1位比特，且M≧1；
分别在所述每组数据的前面或者后面插入与每组数据总位数相同的比特，形成编码数据；
将所述编码数据以光信号的形式发送出去。
在一实例中，所述每组数据包含相同或不同的比特数。
在一实例中，当所述每组数据包含相同比特数N时，N可被待发送数据的总位数整除。
在一实例中，所述不同比特数的组数据有规律的间隔分布或者有规律的连续分布，或者随机分布。
在一实例中，有规律的间隔或者有规律的连续或者随机在所述每组数据的前面或者后面插入与所述每组数据相反的比特。
在一实例中，步骤分别在所述每组数据的前面或者后面插入与所述每组数据相反的比特之后还包括：改变插入比特的大小。
在一实例中，所述编码数据中1的总个数和0的总个数相差不大于20%。
根据本发明的另一方面，提供了一种光通信系统中编码装置，该装置包括：
分组单元，用于将待发送数据分为M组，每组数据包含至少1位比特，且M≧1；
编码单元，用于分别在每组数据的前面或者后面插入与每组数据总位数相同的比特，形成编码数据；
发射源，用于将编码数据以光信号的形式发送出去。
根据本发明的另一方面，提供了一种光通信系统中解码方法，该方法包括：
一种光通信系统中的解码方法，所述方法包括：
接收可见光信号，并进行光电转换；
舍弃插入的比特，读取并组合原始数据。
根据本发明的另一方面，提供了一种光通信系统中解码装置，该装置包括：
一种光通信系统中的解码装置，包括：
可见光接收器，用于接收可见光信号，并将光信号转换为电信号；
解码单元，用于舍弃插入的比特，读取并组合原始数据。
根据本发明的另一方面，提供了一种光通信系统中编码方法，该方法包括：
一种光通信系统中的编码方法，所述方法包括：
将待发送数据分为M组，每组数据包含至少1位比特，且M≧1；
分别在所述每组数据的前面或者后面插入与每组数据总位数不同的比特，形成编码数据；
将所述编码数据以光信号的形式发送出去。
在一实例中，所述不同的比特与每组数据总位数相差不大于30%。
本发明提供了一种在光通信系统降低LED闪烁度和误码率的方法。这种方法通过独有的插值编码方式，使信源数据在通过编码后，得到1和0的个数相同的编码数据或者1的总个数和0的总个数相差20%以内的编码数据。通过对插值编码后的数据再调制成光形式发射出去，可以明显地降低LED的闪烁度，特别是在一个时间段内二进制数字1和0的个数相同的情况下，人眼已经完全感觉不到LED的闪烁感了。并且通过这种插值编码方面，如果发生误码的比特是在插入的额外的比特位，则接收端依然能完全解码正确，可以完整地还原出原始信源信息，相比于采用MPPM等其它编码方式或不编码方式，可以显著地降低误码率。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1是示出了光通信系统中的编码方法的流程图；
图2是示出了的光通信系统中的编码装置示意图；
图3是示出了光通信系统中的解码方法的流程图；
图4是示出了的光通信系统中的解码装置示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
本发明提供了一种光通信系统中的编码方法，通过独有的插值编码方式，使信源数据在通过编码后，得到1和0的个数相同的编码数据或者1的总个数和0的总个数相差20%以内的编码数据。
一种光通信系统中的编码方法，如图1所示，包括：
将待发送数据分为M组，每组数据包含至少1位比特，且M≧1；
分别在所述每组数据的前面或者后面插入与每组数据总位数相同的比特，形成编码数据；
将所述编码数据以光信号的形式发送出去。
其中，每组数据可包含相同的比特数，例如每组数据均包含N比特，当每组数据包含相同比特数N时，N需要被待发送数据的总位数整除，可以保证编码后的数据串中的“1”和“0”的总个数是相等的。
各组数据也可包含不完全相同的比特数，例如部分组数据包含N1比特，部分数据包含N2比特数，部分数据包含N3比特数。这些不同比特数的各组数据可以有规律的间隔分布或者有规律的连续分布，或者随机分布。优选的，有规律的间隔或者有规律的连续分布，便于接收端进行解码。
其中，可有规律的间隔或者有规律的连续或者随机在所述每组数据的前面或者后面插入与数据相反的比特，从而得到1和0的个数相同的编码数据。优选的，有规律的间隔或者有规律的连续分布，便于接收端进行解码。
步骤分别在每组数据的前面或者后面插入与数据相反的比特之后还包括：改变部分插入比特的大小。只需保证通过改变后，得到1的总个数和0的总个数相差20%以内即可。
下面结合实施例对以上本发明所述的方法进行详细说明。
实施例一：对信源数据按每1个比特插入相反数。
假设待发送的信源数据为二进制数字串10101110，则第一个比特为1，第二个比特为0，第三个比特为1...。则可以在第一个比特1的前面插入其相反数0，则原数据经第一次插值编码后变成010101110；然后再在信源第二个比特0（即上述第一次编码后数据的第三位）的前面插入其相反数1，则第二次编码后的数据变成0110101110；接着对信源数据的第三个比特1的前面插入其相反数0，第三次编码后的数据变成01100101110；...当最后一次插值编码完成时，最终数据变为0110011001010110，。从信源数据10101110看，“1”的总个数为5，“0”的总个数为3；而最终插值编码后的数据0110011001010110看，“1”的总个数为8，“0”的总个数为8，即“1”和“0”的总个数相等。在接收端，则按接收到的编码后数据的第2，4，6，8...位的比特进行读取并组合，就能还原出信源数据。
此外，也可以在信源数据的每个比特后面插入此一比特的相反数，则此时编码完成的最终数据变为1001100110101001。而且最终数据中的“1”的总个数为8，“0”的总个数为8，即“1”和“0”的总个数也相等。在接收端，则按接收到的编码后数据的第1，3，5，7...位的比特进行读取并组合，就能还原出信源数据。
从编码后的数据后，即使在光传输过程中发生插入值的误码，解码也完全不受影响，能完全还原出信源数据。
实施例二：对信源数据按每两个比特插入相反数。
假设信源数据为二进制数字串10101110，我们按每两个比特为一组，对信源数据进行分组，则第一组为10，第二组为10，第三组为11，第四组为10。然后在第一组两个比特10的前面插入其相反数01，则原数据经第一次插值编码后变成0110101110；然后再在信源第二组的两个比特10（即上述第一次编码后数据的第5位和第6位）的前面插入其相反数01，则第二次编码后的数据变成011001101110；接着对信源数据的第三组两个比特11的前面插入其相反数00，第三次编码后的数据变成01100110001110；...当最后一次插值编码完成时，最终数据变为0110011000110110。从信源数据10101110看，“1”的总个数为5，“0”的总个数为3；而最终插值编码后的数据0110011000110110看，“1”的总个数为8，“0”的总个数为8，即“1”和“0”的总个数相等。在接收端，则按接收到的编码后数据的第3，4，7，8，11，12，15，16位的比特进行读取并组合，就能还原出信源数据。
此外，也可以在信源数据的每组两个比特后面插入此两比特的相反数，则此时编码完成的最终数据变为1001100111001001。而且最终数据中的“1”的总个数为8，“0”的总个数为8，即“1”和“0”的总个数也相等。在接收端，则按接收到的编码后数据的第1，2，5，6，9，10，13，14位的比特进行读取并组合，就能还原出信源数据。
从编码后的数据后，即使在光传输过程中发生插入值的误码，解码也完全不受影响，能完全还原出信源数据。
实施例三：对信源数据按部分四个比特，部分2比特插入相反数。
假设信源数据为二进制数字串10101110，我们按部分四个比特，部分2比特分组，对信源数据进行分组，则第一组为1010，第二组为11，第三组为10。然后在第一组四个比特1010的前面插入其相反数0101，则原数据经第一次插值编码后变成010110101110；然后再在信源第二组的两个比特11的前面插入其相反数00，则第二次编码的数据变成01011010001110。然后再在信源第三组的两个比特10的后插入其相反数01，则第三次编码也即是最终编码后的数据变成0101101000111001。从信源数据10101110看，“1”的总个数为5，“0”的总个数为3；而最终插值编码后的数据0101101000111001看，“1”的总个数为8，“0”的总个数为8，即“1”和“0”的总个数相等。在接收端，则按接收到的编码后数据的第5，6，7，8，11，12，13和14位的比特进行读取并组合，就能还原出信源数据。
在本实施例中，即使将某些插入值进行改变，例如最后插入的01改变为11，那么最终插值编码后的数据0101101000111011看，“1”的总个数为9，“0”的总个数为7，即“1”和“0”的总个数相差在20%以内，人的眼睛都不太会感受到LED闪烁。其中改变插入值的个数和位置可以根据需要灵活选择。
从编码后的数据后，即使在光传输过程中发生插入值的误码，解码也完全不受影响，能完全还原出信源数据。
实施例四：对信源数据按部分2个比特，部分4比特插入相反数。
假设信源数据为二进制数字串10101110，我们按部分2个比特，部分4比特分组，对信源数据进行分组，则第一组为10，第二组为1011，第三组为10。然后在第一组2个比特10的后面插入其相反数01，则原数据经第一次插值编码后变成1001101110；然后再在信源第二组的两个比特1011的前面插入其相反数0100，则第二次编码的数据变成10010100101110。然后再在信源第三组的两个比特10的后面插入相反数01，则第三次编码也即是最终编码后的数据变成1001010010111001。从信源数据10101110看，“1”的总个数为5，“0”的总个数为3；而最终插值编码后的数据1001010010111000看，“1”的总个数为8，“0”的总个数为8，即“1”和“0”的总个数相同。在接收端，则按接收到的编码后数据的第1，2，9，10，11，12，13和14位的比特进行读取并组合，就能还原出信源数据。
从编码后的数据后，即使在光传输过程中发生插入值的误码，解码也完全不受影响，能完全还原出信源数据。
本发明中待发送数据进行分组，每组可以包含相同或不同比特数。相同或不同比特的组可以有规律的间隔或连续分布，也可以随机分布。假设信源数据为二进制数字串10101110，可以分为2组，每组4个比特数；也可以分为3组，每组分别为2,4,2或2,2,4或4,2,2个比特数；还可以分为4组，每组分别包括1,2,4,1个比特数。
可以在每组信源数据的前面或者后面插入此组比特的相反数，前面或后面也可以有规律的间隔或连续分布，也可以随机分布。例如上述分为2组的情况，可以选择每组都在前面或者后面，或者第一组在前面第二组在后，或者第一组在后面第二组在前面插入此组比特的相反数。
无论按照哪种方式进行分组，无论在前面或后面插入此组比特的相反数，只要编码和解码之间互相约定好就可以正确解码。
本发明还提供一种光通信系统中的编码装置，如图2所示，包括：
分组单元，用于将待发送数据分为M组，每组数据包含至少1位比特，且M≧1；
编码单元，用于分别在每组数据的前面或者后面插入与每组数据总位数相同的比特，形成编码数据；
发射源，用于将编码数据以光通信的形式发送出去。
其中分组单元将待发送数据进行分组，每组数据包含相同或不同的比特数。编码单元有规律的间隔或有规律的连续，或者随机在所述每组数据的前面或者后面插入与每组数据相反的比特。编码单元还用于改变插入比特的大小。
其中发射源可以是LED或其他具有发光功能的元件。
本发明还提供了一种光通信系统中的解码方法，如图3所示，所述方法包括：
接收可见光信号，并进行光电转换；
舍弃插入的比特，读取并组合原始数据。
本发明还提供了一种光通信系统中的解码装置，如图4所示，包括：
可见光接收器，用于接收可见光信号，并将光信号转换为电信号；
解码单元，用于舍弃插入的比特，读取并组合原始数据。
本发明还提供了一种光通信系统，包括前述的编码装置和解码装置。编码装置将原始待发送数据进行编码，然后将编码数据以光信号的形式发送出去；解码装置用于接收光信号，并将光信号转换为电信号；以及舍弃插入的比特，读取并组合原始数据。
其中光通信系统为身份认证系统，如门禁系统、地铁系统、支付系统或消费管理系统等，还可以为采用光进行信息传递的光子会议系统或光子广播系统。
本发明还提供了一种光通信系统中的编码方法，所述方法包括：
将待发送数据分为M组，每组数据包含至少1位比特，且M≧1；
分别在所述每组数据的前面或者后面插入与每组数据总位数不同的比特，形成编码数据；
将所述编码数据以光信号的形式发送出去。
其中，不同的比特与每组数据总位数相差不大于30%，优选的不大于15%，只要满足编码完成后1的总个数和0的总个数相差20%以内即可。
通过本发明提供了一种在光通信系统编码的方法，通过控制插入的比特可以得到预期数量的1和0，可以使待发送的信源数据在通过插值编码后，得到1和0的个数相同的编码数据或者1的总个数和0的总个数相差20%以内的编码数据。这种编码后的通过对插值编码后的数据再调制成光形式发射出去，可以明显地降低人的眼睛对LED的闪烁感，特别是在一个时间段内二进制数字1和0的个数相同的情况下，人眼已经完全感觉不到LED的闪烁感了。通过这种插值编码方面，如果发生误码的比特是在插入的额外的比特位，则接收端依然能完全解码正确，可以完整地还原出原始信源信息，相比于采用MPPM等其它编码方式和不编码方式，可以显著地降低误码率。
尽管为使解释简单化将上述宽松解密方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
Claims (17)
1.一种光通信系统中的编码方法，所述方法包括：
将待发送数据分为M组，每组数据包含至少1位比特，且M≧1；
分别在所述每组数据的前面或者后面插入与每组数据总位数相同的比特，形成编码数据；
将所述编码数据以光信号的形式发送出去。
2.如权利要求1所述的编码方法，其特征在于，所述每组数据包含相同或不同的比特数。
3.如权利要求2所述的编码方法，其特征在于，当所述每组数据包含相同比特数N时，N可被待发送数据的总位数整除。
4.如权利要求2所述的编码方法，其特征在于，所述不同比特数的组数据有规律的间隔分布或者有规律的连续分布，或者随机分布。
5.如权利要求1所述的编码方法，其特征在于，有规律的间隔或者有规律的连续或者随机在所述每组数据的前面或者后面插入与所述每组数据相反的比特。
6.如权利要求5所述的编码方法，其特征在于，步骤分别在所述每组数据的前面或者后面插入与所述每组数据相反的比特之后还包括：改变插入比特的大小。
7.如权利要求1～6所述的编码方法，其特征在于，所述编码数据中1的总个数和0的总个数相差不大于20%。
8.一种光通信系统中的编码装置，所述装置包括：
分组单元，用于将待发送数据分为M组，每组数据包含至少1位比特，且M≧1；
编码单元，用于分别在每组数据的前面或者后面插入与每组数据总位数相同的比特，形成编码数据；
发射源，用于将编码数据以光信号的形式发送出去。
9.如权利要求8所述的编码装置，其特征在于，所述分组单元将待发送数据进行分组，每组数据包含相同或不同的比特数。
10.如权利要求8所述的编码装置，其特征在于，所述编码单元有规律的间隔或有规律的连续，或者随机在所述每组数据的前面或者后面插入与所述每组数据相反的比特。
11.如权利要求10所述的编码装置，其特征在于，所述编码单元还用于改变插入比特的大小。
12.一种光通信系统中的解码方法，所述方法包括：
接收可见光信号，并进行光电转换；
舍弃插入的比特，读取并组合原始数据。
13.一种光通信系统中的解码装置，包括：
可见光接收器，用于接收可见光信号，并将光信号转换为电信号；
解码单元，用于舍弃插入的比特，读取并组合原始数据。
14.一种光通信系统，包括如权利要求8所述的编码装置，和如权利要求13所述的解码装置。
15.如权利要求14所述的光通信系统，其特征在于，所述光通信系统为身份认证系统、光子会议系统或光子广播系统。
16.一种光通信系统中的编码方法，所述方法包括：
将待发送数据分为M组，每组数据包含至少1位比特，且M≧1；
分别在所述每组数据的前面或者后面插入与每组数据总位数不同的比特，形成编码数据；
将所述编码数据以光信号的形式发送出去。
17.如权利要求16所述的光通信系统，其特征在于，所述不同的比特与每组数据总位数相差不大于30%。
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| CN103795492A true CN103795492A (zh) | 2014-05-14 |
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