CN104717015A - 一种可见光通信系统、通信方法及相关设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可见光通信系统、通信方法及相关设备，在本发明所述技术方案中，可根据LED发光器件在信号接收端表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号，即，可通过检测LED发光器件在信号接收端表面所形成的不均匀光场的中心亮度和边缘亮度的亮度差来产生输出信号，从而解决了仅通过检测LED光源的点亮或熄灭两种状态来实现可见光通信时所存在的抗干扰能力差、误码率高等的问题，提高了可见光通信的抗干扰能力以及灵敏度，降低了可见光通信的误码率，进而提高了可见光通信的通信质量。

Description

一种可见光通信系统、通信方法及相关设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种可见光通信系统、通信方法及相关设备。

背景技术

可见光通信是在LED(Light Emitting Diode，发光二极管)技术上发展起来的新型、短距离、无线高速通信技术，其原理为，利用LED可以快速点亮或熄灭的特点，通过光源的高频闪烁发出高速的二进制信号，并经过相应设备的接收与转换，将该二进制信号转换为电信号来获取信息。

具体地，可见光通信的优点在于，相对于无线电通信技术来说，其方向性好，不会在广泛的空间内产生电磁辐射；同时，由于除接收端外，发送端所发送的信号在其他方向上难以被捕获，因此还具有很好的保密性。再有，由于其所需的发送器件(如LED发光器件等)以及接收器件(如光敏器件等)的成本相对无线电通信技术所用器件来说较低，因而更适合大范围的推广和应用。

但是，目前，在进行可见光通信时，通常仅采用通过检测LED光源点亮或熄灭两种状态的方式来实现相应通信，因而极易被光信号接收器件所在环境内的其他较为明亮的光源或闪烁光源干扰(尤其易被在日常生活环境内大量存在的其他闪烁光源所干扰)，导致可见光通信对整体光环境的要求较高，在不满足环境光源要求时误码率高、通信质量差。

发明内容

本发明实施例提供了一种可见光通信系统、通信方法及相关设备，用以解决目前存在的仅通过检测LED光源的点亮或熄灭两种状态来实现可见光通信时所存在的抗干扰能力差、误码率高等的问题。

本发明实施例提供了一种可见光通信系统，包括由至少一个LED组成的LED发光器件、信号发射端以及信号接收端，其中：

所述信号发射端，用于将源信号数据转换为二进制码流，并根据所述二进制码流控制所述LED发光器件点亮或熄灭；其中，所述LED发光器件在自身被点亮时，能够在所述信号接收端的表面形成从中心到边缘亮度逐渐变低的不均匀光场；

所述信号接收端，用于根据所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号。

进一步地，本发明实施例还提供了一种信号接收设备，包括：

信号生成单元，用于根据LED发光器件在所述信号接收设备的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号。

进一步地，本发明实施例还提供了一种可见光通信方法，包括：

将源信号数据转换为二进制码流，并根据所述二进制码流控制LED发光器件点亮或熄灭；其中，所述LED发光器件在自身被点亮时，能够在信号接收端的表面形成从中心到边缘亮度逐渐变低的不均匀光场；

根据所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供了一种可见光通信系统、通信方法及相关设备，在本发明实施例所述技术方案中，可根据LED发光器件在信号接收端表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号，即，可通过检测LED发光器件在信号接收端表面所形成的不均匀光场的中心亮度和边缘亮度的亮度差来产生输出信号，从而解决了仅通过检测LED光源的点亮或熄灭两种状态来实现可见光通信时所存在的抗干扰能力差、误码率高等的问题，提高了可见光通信的抗干扰能力以及灵敏度，降低了可见光通信的误码率，进而提高了可见光通信的通信质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明实施例一中所述可见光通信系统的一种可能的结构示意图；

图2所示为本发明实施例一中所述LED发光器件与信号接收端之间的一种可能的位置示意图；

图3所示为本发明实施例一中所述LED发光器件与信号接收端之间的另一种可能的位置示意图；

图4所示为本发明实施例一中所述第一、第二光电转换器件在信号接收端表面的一种可能的位置示意图；

图5所示为本发明实施例一中所述第一光信号接收电路的一种可能的结构示意图；

图6所示为本发明实施例一中所述第三光电转换器件在信号接收端表面的一种可能的位置示意图；

图7所示为本发明实施例一中所述第二光信号接收电路的一种可能的结构示意图；

图8所示为本发明实施例一中所述附加门电路后所得到的光信号接收电路的一种可能的结构示意图；

图9所示为本发明实施例二中所述信号接收设备的一种可能的结构示意图；

图10所示为本发明实施例三中所述可见光通信方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本发明实施例一提供了一种可见光通信系统，如图1所示，其为本发明实施例一中所述可见光通信系统的结构示意图，所述可见光通信系统可包括由至少一个LED组成的LED发光器件11、信号发射端12以及信号接收端13，其中：

所述信号发射端12可用于将源信号数据转换为二进制码流，并根据所述二进制码流控制所述LED发光器件11点亮或熄灭，即，可通过LED发光器件11的点亮或熄灭实现将二进制的0和1以光信号的形式发送；其中，所述LED发光器件11在自身被点亮进而照射到所述信号接收端13表面时，能够在所述信号接收端13的表面形成从中心到边缘亮度逐渐变低的不均匀光场；

所述信号接收端13可用于根据所述LED发光器件11在所述信号接收端13的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号。

也就是说，在本发明实施例所述技术方案中，可根据LED发光器件在信号接收端表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号，即，可通过检测LED发光器件在信号接收端表面所形成的不均匀光场的中心亮度和边缘亮度的亮度差来产生输出信号，从而解决了仅通过检测LED光源的点亮或熄灭两种状态来实现可见光通信时所存在的抗干扰能力差、误码率高等的问题，提高了可见光通信的抗干扰能力以及灵敏度，降低了可见光通信的误码率，进而提高了可见光通信的通信质量。

可选地，所述信号发射端12可包括序列化模块以及LED发光器件驱动模块，其中：

所述序列化模块可用于将源信号数据转换为二进制码流，并将所述二进制码流发送给所述LED发光器件驱动模块；

所述LED发光器件驱动模块可用于接收所述序列化模块发送的二进制码流，并根据所述二进制码流控制所述LED发光器件11点亮或熄灭。

具体地，所述LED发光器件驱动模块可用于根据二进制码流中每位数据的值，在数据为0时点亮LED发光器件11，在数据为1时熄灭LED发光器件11；或者，在数据为1时点亮LED发光器件11，在数据为0时熄灭LED发光器件11，本发明实施例对此不作任何限定。

进一步地，在本发明所述实施例中，为了提高可见光通信系统的通信质量，所述LED发光器件11在所述信号接收端13的表面所形成的不均匀光场的中心位置通常可与所述信号接收端13的表面的中心位置相重叠，如部分重叠或完全重叠。并且，为了实现上述效果，在可见光通信系统中，所述LED发光器件11通常面向所述信号接收端13设置，且所述LED发光器件11的中心与所述信号接收端13的中心通常可位于同一水平面上。

例如，以所述LED发光器件11为由至少一个LED组成的点光源为例，所述LED发光器件11与所述信号接收端13之间的位置示意图可如图2所示，以保证所述LED发光器件11照射到所述信号接收端13表面时，在所述信号接收端13的表面所形成的不均匀光场的中心位置可与所述信号接收端13的表面的中心位置相重叠。

或者，以所述LED发光器件11为由至少一个LED组成的线型光源为例，所述LED发光器件11与所述信号接收端13之间的位置示意图可如图3所示，以保证所述LED发光器件11照射到所述信号接收端13表面时，在所述信号接收端13的表面所形成的不均匀光场的中心位置可与所述信号接收端13的表面的中心位置相重叠。

需要说明的是，在本发明所述实施例中，如无特殊说明，所涉及到的中心位置通常可指的是占用设定面积的一个中心区域，而非仅限于一个中心位置点。另外需要说明的是，所述LED发光器件11在所述信号接收端13的表面所形成的不均匀光场的中心位置除了可与所述信号接收端13的表面的中心位置相重叠之外，也可不与所述信号接收端13的表面的中心位置相重叠，本发明实施例对此均不作任何限定。

进一步地，所述信号接收端13具体可用于通过包括第一光电转换器件、第二光电转换器件以及第一差分放大电路的第一光信号接收电路，将所述不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差转换为第一输出电平信号。

其中，所述第一光电转换器件位于所述LED发光器件11在所述信号接收端13的表面所形成的不均匀光场的中心位置处，所述第二光电转换器件位于所述LED发光器件11在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的边缘位置处，且，所述第一光电转换器件、所述第二光电转换器件分别与所述第一差分放大电路的第一输入端、第二输入端相连。

也就是说，在本发明所述实施例中，所述信号接收端13可基于光电转换器件和差分放大电路等主要元器件来构建接收光信号的电路，以将光信号转换为相应的输出电平信号。

具体地，以所述LED发光器件11在所述信号接收端13的表面所形成的不均匀光场的中心位置与所述信号接收端13的表面的中心位置相重叠为例，所述第一、第二光电转换器件在所述信号接收端13的表面的位置示意图可如图4所示。在图4中，所述第一光电转换器件可标记为41，所述第二光电转换器件可标记为42，所述信号接收端13的表面可标记为43，需要说明的是，所述信号接收端13的表面的形状可任意(如可为圆形、矩形、三角形等)，只要能够保证LED发光器件11点亮时，照射到所述信号接收端13的表面，能够在所述信号接收端13的表面形成从中心到边缘亮度逐渐变低的不均匀光场即可。且如图4可知，所述第一光电转换器件41与所述第二光电转换器件42之间通常可相距设定的距离，本发明实施例对此不作赘述。

进一步地，在本发明所述实施例中，所述第一光电转换器件或所述第二光电转换器件至少可为以下光电转换器件中的任意一种：光敏二极管、光敏三极管或光敏电阻等；所述第一差分放大电路至少可为以下差分放大电路中的任意一种：运算放大器或比较器等，本发明实施例对此不作任何限定。

具体地，以所述第一光电转换器件、所述第二光电转换器件为光敏二极管，所述第一差分放大电路为运算放大器为例，所述第一光信号接收电路的电路连接关系(或结构示意图)可如图5所示，其中：

所述第一光电转换器件DS1的阴极与设定的参考电压VCC相连、所述第一光电转换器件DS1的阳极与所述第一差分放大电路U2A的反相输入端相连；且，所述第一光电转换器件DS1的阳极还可通过第二电阻R2接地；

所述第二光电转换器件DS2的阴极与所述设定的参考电压VCC相连、所述第二光电转换器件DS2的阳极与所述第一差分放大电路U2A的同相输入端相连；且，所述第二光电转换器件DS2的阳极还可通过依次串联的第一电阻R1、第三电阻R3接地。

也就是说，在本发明所述实施例中，可在LED发光器件11在所述信号接收端13的表面所形成的不均匀光场的中心位置处和与所述中心位置距离设定距离的边缘位置处分别设置相应的一路光电转换器件(如光敏二极管)来接收光信号，并将两路光敏二极管分别连接到第一差分放大电路(如第一运算放大器)的输入端，以利用LED发光器件11点亮时，中心位置和边缘位置的亮度不同使光敏二极管产生不同的反向电流值，进而在第一差分放大电路(如第一运算放大器)的两个输入端形成不同的比较电压，以在第一差分放大电路(如第一运算放大器)的输出端产生高、低两种不同的电平，达到将模拟信号转换为数字信号的效果。

需要说明的是，由于除LED发光器件11本身发射光信号外，信号接收端13所处环境中的其它光源，不论明、暗，或是否闪烁，同一时间内照射在信号接收端13表面中心与边缘的亮度基本一致，因此对不均匀光场的中心位置处和边缘位置处分别设置的光敏二极管的反向电流值带来的影响也基本一致，不影响第一差分放大电路(如第一运算放大器)的差分计算结果，从而可有效地消除了信号接收端13所在环境中的其他光源明、暗或闪烁对信号接收端13带来的共模光信号干扰，提高了可见光通信系统的抗干扰性、降低了误码率，同时由于采用光信号亮度差作为检测信号，其灵敏度也得到了极大提高。

具体地，所述第一光信号接收电路中的第二电阻R2和第三电阻R3的阻值可设置为相同，且可根据业务需要，设置为1k～10k欧姆等；当然需要说明的是，第二电阻R2和第三电阻R3的阻值也可设置为互不相同，本发明实施例对此不作任何限定。

进一步地，所述第一光信号接收电路中的第一电阻R1的阻值可根据所需的传感灵敏度而设置。具体地，由于在图5所示的所述第一光信号接收电路中，第一电阻R1与第三电阻R3的串联分压在大于、小于第二电阻R2的分压的两种情况下，将使第一差分放大电路(如第一运算放大器)U2A输出高、低两种电平，因此，第一电阻R1的阻值越小，信号接收端13的灵敏度越高，LED发光器件11与信号接收端13表面的有效工作距离越远，因此，当系统所需的传感灵敏度较高时，可根据需要，将所述第一电阻R1的阻值设置为相对较小的数值，而当系统所需的传感灵敏度较低时，可根据需要，将所述第一电阻R1的阻值设置为相对较大的数值，本发明实施例对此不作赘述。

进一步地，需要说明的是，所述第一光信号接收电路除了可具备图5所示的电路结构之外，还可具备其他电路结构，只要能保证可将LED发光器件11在所述信号接收端13表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差转换为第一输出电平信号即可，本发明实施例对此不作任何限定。

例如，仍以所述第一光电转换器件、所述第二光电转换器件为光敏二极管，所述第一差分放大电路为运算放大器为例，所述第一光信号接收电路的电路连接关系(或结构示意图)还可为：

所述第一光电转换器件DS1的阳极与设定的参考电压VCC相连、所述第一光电转换器件DS1的阴极通过第一电阻R1与所述第一差分放大电路U2A的反相输入端相连；且，所述第一电阻R1与所述第一差分放大电路U2A的反相输入端相连的一端还可通过第三电阻R3接地；

所述第二光电转换器件DS2的阳极与所述设定的参考电压VCC相连、所述第二光电转换器件DS2的阴极与所述第一差分放大电路U2A的同相输入端相连；且，所述第二光电转换器件DS2的阴极还可通过第二电阻R2接地。

进一步地，在本发明所述实例中，所述信号接收端13还可用于根据所述LED发光器件11在所述信号接收端13的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度，生成第二输出电平信号。该第二输出电平信号可用于检测LED发光器件11的亮度，以便于在信号接收端降低差模干扰时使用。

可选地，所述信号接收端13具体可用于通过包括第三光电转换器件以及第二差分放大电路的第二光信号接收电路，将所述不均匀光场的中心位置处的光信号亮度转换为第二输出电平信号。

其中，所述第三光电转换器件位于所述LED发光器件11在所述信号接收端13的表面所形成的不均匀光场的中心位置处，且所述第三光电转换器件与所述第二差分放大电路的第一输入端相连，所述第二差分放大电路的第二输入端与设定的恒定电压相连。

也就是说，在本发明所述实施例中，除了可在所述信号接收端13中设置有一路光信号接收电路(即第一光信号接收电路)以将光信号亮度差转换为电平信号以实现可见光通信之外，还可在所述信号接收端13中设置另一路光信号接收电路(即第二光信号接收电路)来检测LED发光器件11的亮度，以便于在信号接收端降低差模干扰时使用。

具体地，仍以所述LED发光器件11在所述信号接收端13的表面所形成的不均匀光场的中心位置与所述信号接收端13的表面的中心位置相重叠为例，所述第三光电转换器件在所述信号接收端13的表面的位置示意图可如图6所示。在图6中，所述第三光电转换器件可标记为44，所述信号接收端13的表面可标记为43。且，由图6可知，所述第三光电转换器件44与所述第一光电转换器件41均可位于所述信号接收端13的表面的中心位置处，且与所述第二光电转换器件42之间均可相距设定的距离，本发明实施例对此不作赘述。

进一步地，需要说明的是，与所述第一光电转换器件、所述第二光电转换器件相类似，所述第三光电转换器件至少也可为以下光电转换器件中的任意一种：光敏二极管、光敏三极管或光敏电阻等。同样地，与所述第一差分放大电路相类似，所述第二差分放大电路至少也可为以下差分放大电路中的任意一种：运算放大器或比较器等，本发明实施例对此均不作赘述。

具体地，以所述第三光电转换器件为光敏二极管，所述第二差分放大电路为运算放大器为例，所述第二光信号接收电路的电路连接关系(或结构示意图)可如图7所示，其中：

所述第三光电转换器件DS3的阴极与设定的参考电压VCC相连、所述第三光电转换器件DS3的阳极与所述第二差分放大电路U2B的反相输入端相连；且，所述第三光电转换器件DS3的阳极还通过第六电阻R6接地；

所述设定的参考电压VCC通过第四电阻R4与所述第二差分放大电路U2B的同相输入端相连；且，所述第四电阻R4与所述第二差分放大电路U2B的同相输入端相连的一端还通过第五电阻R5接地。

也就是说，在第一光信号接收电路一路电路的实现基础上，还可通过在信号接收端13表面所形成的不均匀光场的中心位置处放置第三光电转换器件(如光敏二极管)来与第二差分放大电路(如第二运算放大器)构造另一路光信号接收电路。具体地，以图7为例，在该另一路光信号接收电路中，第三光电转换器件以及一个预设的恒定电压可分别接入到第二差分放大电路(如第二运算放大器)的两个输入端，以使得当信号接收端13表面所形成的不均匀光场的中心位置处的亮度不同时，该第三光电转换器件将形成不同的反向电流值，进而在第二差分放大电路(如第二运算放大器)的输入端产生不同的电压，与恒定电压比较后，在第二差分放大电路(如第二运算放大器)的输出端形成高、低不同的电平，以用于检测LED发光器件11的亮度，进而在信号接收端降低差模干扰时使用。

需要说明的是，由于信号接收端13所处环境内的其他光源照射在LED发光器件11在所述信号接收端13表面所形成的不均匀光场的中心位置处的亮度一般低于LED发光器件11的亮度，因此，即使在较为特殊的情况下，如环境内存在除本发明所述LED发光器件11以外的其他光源能够在LED发光器件11在所述信号接收端13表面所形成的不均匀光场的中心位置处和距该中心位置一定距离的边缘位置处产生不同的亮度差，第二差分放大电路(如第二运算放大器)输出的高、低不同的两种电平信号也可以区分出此信号是否为LED发光器件11所发出的信号，从而有效地抑制了信号接收端13所处环境内其他光源带来的差摸干扰，进一步降低了误码率。

具体地，在较为特殊的情况下，如环境内存在除本发明所述LED发光器件11以外的其他光源能够在LED发光器件11在所述信号接收端13表面所形成的不均匀光场的中心位置处和距该中心位置一定距离的边缘位置处产生不同的亮度差时，可通过以下方式区分出第二差分放大电路(如第二运算放大器)输出的电平信号是否为LED发光器件11所发出的信号，以抑制信号接收端13所处环境内其他光源带来的差摸干扰：

若上述其他光源在LED发光器件11在所述信号接收端13表面所形成的不均匀光场的中心位置处的亮度，不足以使第三光电转换器件的反向电流值上升到足够大，即在图7所示的第二光信号接收电路中，不足以使第二差分放大电路(如第二运算放大器)U2B的输出电平产生变化，则接收数据的使用者即可利用第二差分放大电路(如第二运算放大器)U2B的电平状态过滤掉这种特殊情况下带入信号接收端13的差模干扰，因此可以有效地抑制环境中其他光源对信号接收端13的差模干扰。

进一步地，所述第二光信号接收电路中的第五电阻R5和第六电阻R6的阻值可设置为相同，且可根据业务需要，设置为1k～10k欧姆等。当然需要说明的是，第五电阻R5和第六电阻R6的阻值也可设置为互不相同，本发明实施例对此不作任何限定。

进一步地，所述第二光信号接收电路中的第四电阻R4的阻值可根据所需的传感灵敏度而设置。具体地，由于在图7所示的所述第二光信号接收电路中，第五电阻R5的分压在大于、小于第六电阻R6的分压的两种情况下，将使第二差分放大电路(如第二运算放大器)U2B输出高、低两种电平，因此，第四电阻R4的阻值越大，引起第二差分放大电路(如第二运算放大器)U2B电平变化的光源亮度要求越低。因此，当系统所需的传感灵敏度较高时，可根据需要，将所述第四电阻R4的阻值设置为相对较大的数值，而当系统所需的传感灵敏度较低时，可根据需要，将所述第四电阻R4的阻值设置为相对较小的数值，本发明实施例对此不作赘述。

进一步地，需要说明的是，所述第二光信号接收电路除了可具备图7所示的电路结构之外，还可具备其他电路结构，只要能保证可将LED发光器件11在所述信号接收端13表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度转换为第二输出电平信号即可，本发明实施例对此不作任何限定。

例如，仍以所述第三光电转换器件为光敏二极管，所述第二差分放大电路为运算放大器为例，所述第二光信号接收电路的电路连接关系(或结构示意图)还可为：

所述第三光电转换器件DS3的阳极与设定的参考电压VCC相连、所述第三光电转换器件DS3的阴极与所述第二差分放大电路U2B的反相输入端相连；且，所述第三光电转换器件DS3的阴极还可通过第六电阻R6接地；

所述设定的参考电压VCC通过第四电阻R4与所述第二差分放大电路U2B的同相输入端相连；且，所述第四电阻R4与所述第二差分放大电路U2B的同相输入端相连的一端还可通过第五电阻R5接地。

进一步地，在本发明所述实施例中，所述信号接收端13还可用于将所述第一输出电平信号和所述第二输出电平信号进行逻辑运算处理，得到第三输出电平信号，并将所述第三输出电平信号作为所述信号接收端13的电平输出信号，以使得后续利用电信号时，仅需接入一路电信号，即可达到同时消除共模干扰和抑制差摸干扰的效果，节约了后续使用本方案输出信号时的器件引脚资源和计算资源。

具体地，所述信号接收端13可用于通过门电路将所述第一输出电平信号和所述第二输出电平信号进行逻辑运算处理，得到第三输出电平信号。

需要说明的是，上述逻辑运算处理所使用到的门电路可为与门、或门等门电路；且，所述门电路通常可设置在所述信号接收端13内，本发明实施例对此不作赘述。另外需要说明的是，以本发明实施例图5所示的第一光信号接收电路以及图7所示的第二光信号接收电路为例，附加了门电路U1A后所得到的光信号接收电路具体可如图8所示，本发明实施例对此也不作赘述。

本发明实施例一提供了一种可见光通信系统，在本发明实施例一所述技术方案中，可根据LED发光器件在信号接收端表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号，即，可通过检测LED发光器件在信号接收端表面所形成的不均匀光场的中心亮度和边缘亮度的亮度差来产生输出信号，从而解决了仅通过检测LED光源的点亮或熄灭两种状态来实现可见光通信时所存在的抗干扰能力差、误码率高等的问题，提高了可见光通信的抗干扰能力以及灵敏度，降低了可见光通信的误码率，进而提高了可见光通信的通信质量。

另外，由于在本发明实施例一所述技术方案中，还可根据LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度，生成第二输出电平信号，以用于检测LED发光器件的亮度，以便于在信号接收端降低差模干扰时使用，因而，还可达到有效抑制信号接收端所处环境内其他光源带来的差摸干扰，以进一步降低误码率的效果。

实施例二：

基于同一发明构思，本发明实施例二提供了一种信号接收设备(即信号接收端)，该信号接收设备的具体实施可参见实施例一中的相关描述，重复之处不再赘述，如图9所示，其为本发明实施例二所述信号接收设备的结构示意图，所述信号接收设备可包括：

信号生成单元91，可用于根据LED发光器件在所述信号接收设备的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号。其中，需要说明的是，所述LED发光器件在所述信号接收设备的表面所形成的不均匀光场的中心位置通常可与所述信号接收设备的表面的中心位置相重叠。

可选地，所述信号生成单元91具体可用于通过包括第一光电转换器件、第二光电转换器件以及第一差分放大电路的第一光信号接收电路，将所述不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差转换为第一输出电平信号。

其中，所述第一光电转换器件位于所述LED发光器件在所述信号接收设备的表面所形成的不均匀光场的中心位置处，所述第二光电转换器件位于所述LED发光器件在所述信号接收设备的表面所形成的不均匀光场的边缘位置处，且，所述第一光电转换器件、所述第二光电转换器件分别与所述第一差分放大电路的第一输入端、第二输入端相连。

进一步地，为了抑制信号接收设备所处环境内其他光源带来的差摸干扰，所述信号生成单元91还可用于根据所述LED发光器件在所述信号接收设备的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度，生成第二输出电平信号。

可选地，所述信号生成单元91具体可用于通过包括第三光电转换器件以及第二差分放大电路的第二光信号接收电路，将所述不均匀光场的中心位置处的光信号亮度转换为第二输出电平信号。

其中，所述第三光电转换器件位于所述LED发光器件在所述信号接收设备的表面所形成的不均匀光场的中心位置处，且所述第三光电转换器件与所述第二差分放大电路的第一输入端相连，所述第二差分放大电路的第二输入端与设定的恒定电压相连。

进一步地，所述第一光电转换器件、所述第二光电转换器件或第三光电转换器件至少可为以下光电转换器件中的任意一种：光敏二极管、光敏三极管或光敏电阻等；所述第一差分放大电路或所述第二差分放大电路至少可为运算放大器等。

具体地，以所述第一光电转换器件、所述第二光电转换器件为光敏二极管，所述第一差分放大电路为运算放大器为例，所述第一光信号接收电路的电路连接关系可如图5所示，其中：

所述第一光电转换器件DS1的阴极与设定的参考电压VCC相连、所述第一光电转换器件DS1的阳极通过所述第一差分放大电路U2A的反相输入端相连；且，所述第一光电转换器件DS1的阳极还可通过第二电阻R2接地；

所述第二光电转换器件DS2的阴极与所述设定的参考电压VCC相连、所述第二光电转换器件DS2的阳极与所述第一差分放大电路U2A的同相输入端相连；且，所述第二光电转换器件DS2的阳极还可通过依次串联的第一电阻R1、第三电阻R3接地。

类似地，以所述第三光电转换器件为光敏二极管，所述第二差分放大电路为运算放大器为例，所述第二光信号接收电路的电路连接关系可如图7所示，其中：

所述第三光电转换器件DS3的阴极与设定的参考电压VCC相连、所述第三光电转换器件DS3的阳极与所述第二差分放大电路U2B的反相输入端相连；且，所述第三光电转换器件DS3的阳极还通过第六电阻R6接地；

所述设定的参考电压VCC通过第四电阻R4与所述第二差分放大电路U2B的同相输入端相连；且，所述第四电阻R4与所述第二差分放大电路U2B的同相输入端相连的一端还通过第五电阻R5接地。

进一步地，为了节约后续使用本方案输出信号时的器件引脚资源和计算资源，所述信号生成单元91还可用于将所述第一输出电平信号和所述第二输出电平信号进行逻辑运算处理，得到第三输出电平信号，并将所述第三输出电平信号作为所述信号接收设备的电平输出信号。

可选地，所述信号生成单元91具体可用于通过门电路将所述第一输出电平信号和所述第二输出电平信号进行逻辑运算处理，得到第三输出电平信号，本发明实施例对此不作赘述。

也就是说，在本发明实施例二所述技术方案中，可根据LED发光器件在信号接收端表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号，即，可通过检测LED发光器件在信号接收端表面所形成的不均匀光场的中心亮度和边缘亮度的亮度差来产生输出信号，从而解决了仅通过检测LED光源的点亮或熄灭两种状态来实现可见光通信时所存在的抗干扰能力差、误码率高等的问题，提高了可见光通信的抗干扰能力以及灵敏度，降低了可见光通信的误码率，进而提高了可见光通信的通信质量。

另外，由于在本发明实施例二所述技术方案中，还可根据LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度，生成第二输出电平信号，以用于检测LED发光器件的亮度，以便于在信号接收端降低差模干扰时使用，因而，还可达到有效抑制信号接收端所处环境内其他光源带来的差摸干扰，以进一步降低误码率的效果。

实施例三：

基于同一发明构思，本发明实施例三提供了一种可基于本发明实施例一所述可见光通信系统的可见光通信方法，如图10所示，其为本发明实施例三所述可见光通信方法的流程示意图，所述可见光通信方法可包括以下步骤：

步骤101：将源信号数据转换为二进制码流，并根据所述二进制码流控制LED发光器件点亮或熄灭；其中，所述LED发光器件在自身被点亮时，能够在信号接收端的表面形成从中心到边缘亮度逐渐变低的不均匀光场。

步骤102：根据所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号。

可选地，根据LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号，可包括：

通过包括第一光电转换器件、第二光电转换器件以及第一差分放大电路的第一光信号接收电路，将所述不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差转换为第一输出电平信号；

其中，所述第一光电转换器件位于所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处，所述第二光电转换器件位于所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的边缘位置处，且，所述第一光电转换器件、所述第二光电转换器件分别与所述第一差分放大电路的第一输入端、第二输入端相连。

进一步地，在本发明所述实施例中，所述方法还可包括：

根据所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度，生成第二输出电平信号。

可选地，根据所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度，生成第二输出电平信号，可包括：

通过包括第三光电转换器件以及第二差分放大电路的第二光信号接收电路，将所述不均匀光场的中心位置处的光信号亮度转换为第二输出电平信号；

其中，所述第三光电转换器件位于所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处，且所述第三光电转换器件与所述第二差分放大电路的第一输入端相连，所述第二差分放大电路的第二输入端与设定的恒定电压相连。

进一步地，在本发明所述实施例中，所述方法还可包括：

将所述第一输出电平信号和所述第二输出电平信号进行逻辑运算处理，得到第三输出电平信号，并将所述第三输出电平信号作为所述信号接收端的电平输出信号。

可选地，将所述第一输出电平信号和所述第二输出电平信号进行逻辑运算处理，得到第三输出电平信号，可具体实施为：

通过门电路将所述第一输出电平信号和所述第二输出电平信号进行逻辑运算处理，得到第三输出电平信号。

也就是说，在本发明实施例三所述技术方案中，可根据LED发光器件在信号接收端表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号，即，可通过检测LED发光器件在信号接收端表面所形成的不均匀光场的中心亮度和边缘亮度的亮度差来产生输出信号，从而解决了仅通过检测LED光源的点亮或熄灭两种状态来实现可见光通信时所存在的抗干扰能力差、误码率高等的问题，提高了可见光通信的抗干扰能力以及灵敏度，降低了可见光通信的误码率，进而提高了可见光通信的通信质量。

另外，由于在本发明实施例三所述技术方案中，还可根据LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度，生成第二输出电平信号，以用于检测LED发光器件的亮度，以便于在信号接收端降低差模干扰时使用，因而，还可达到有效抑制信号接收端所处环境内其他光源带来的差摸干扰，以进一步降低误码率的效果。

本领域技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (23)

1.一种可见光通信系统，其特征在于，包括由至少一个发光二极管LED组成的LED发光器件、信号发射端以及信号接收端，其中：

所述信号发射端，用于将源信号数据转换为二进制码流，并根据所述二进制码流控制所述LED发光器件点亮或熄灭；其中，所述LED发光器件在自身被点亮时，能够在所述信号接收端的表面形成从中心到边缘亮度逐渐变低的不均匀光场；

所述信号接收端，用于根据所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号。

2.如权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于，

所述信号接收端，具体用于通过包括第一光电转换器件、第二光电转换器件以及第一差分放大电路的第一光信号接收电路，将所述不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差转换为第一输出电平信号；

其中，所述第一光电转换器件位于所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处，所述第二光电转换器件位于所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的边缘位置处，且，所述第一光电转换器件、所述第二光电转换器件分别与所述第一差分放大电路的第一输入端、第二输入端相连。

3.如权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于，所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置与所述信号接收端的表面的中心位置相重叠。

4.如权利要求1～3任一所述的可见光通信系统，其特征在于，

所述信号接收端，还用于根据所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度，生成第二输出电平信号。

5.如权利要求4所述的可见光通信系统，其特征在于，

所述信号接收端，具体用于通过包括第三光电转换器件以及第二差分放大电路的第二光信号接收电路，将所述不均匀光场的中心位置处的光信号亮度转换为第二输出电平信号；

其中，所述第三光电转换器件位于所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处，且所述第三光电转换器件与所述第二差分放大电路的第一输入端相连，所述第二差分放大电路的第二输入端与设定的恒定电压相连。

6.如权利要求5所述的可见光通信系统，其特征在于，所述第一光电转换器件、所述第二光电转换器件以及所述第三光电转换器件中的每一光电转换器件为光敏二极管、光敏三极管或光敏电阻；

所述第一差分放大电路以及所述第二差分放大电路中的每一差分放大电路为运算放大器、或比较器。

7.如权利要求6所述的可见光通信系统，其特征在于，若所述第一光电转换器件、所述第二光电转换器件为光敏二极管，所述第一差分放大电路为运算放大器，则所述第一光信号接收电路的电路连接关系为：

所述第一光电转换器件的阴极与设定的参考电压相连、所述第一光电转换器件的阳极与所述第一差分放大电路的反相输入端相连；且，所述第一光电转换器件的阳极还通过第二电阻接地；

所述第二光电转换器件的阴极与所述设定的参考电压相连、所述第二光电转换器件的阳极与所述第一差分放大电路的同相输入端相连；且，所述第二光电转换器件的阳极还通过依次串联的第一电阻、第三电阻接地。

8.如权利要求6所述的可见光通信系统，其特征在于，若所述第三光电转换器件为光敏二极管，所述第二差分放大电路为运算放大器，则所述第二光信号接收电路的电路连接关系为：

所述第三光电转换器件的阴极与设定的参考电压相连、所述第三光电转换器件的阳极与所述第二差分放大电路的反相输入端相连；且，所述第三光电转换器件的阳极还通过第六电阻接地；

所述设定的参考电压通过第四电阻与所述第二差分放大电路的同相输入端相连；且，所述第四电阻与所述第二差分放大电路的同相输入端相连的一端还通过第五电阻接地。

9.如权利要求4所述的可见光通信系统，其特征在于，

所述信号接收端，还用于将所述第一输出电平信号和所述第二输出电平信号进行逻辑运算处理，得到第三输出电平信号，并将所述第三输出电平信号作为所述信号接收端的电平输出信号。

10.一种信号接收设备，其特征在于，包括：

信号生成单元，用于根据发光二极管LED发光器件在所述信号接收设备的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号。

11.如权利要求10所述的信号接收设备，其特征在于，

所述信号生成单元，具体用于通过包括第一光电转换器件、第二光电转换器件以及第一差分放大电路的第一光信号接收电路，将所述不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差转换为第一输出电平信号；

其中，所述第一光电转换器件位于所述LED发光器件在所述信号接收设备的表面所形成的不均匀光场的中心位置处，所述第二光电转换器件位于所述LED发光器件在所述信号接收设备的表面所形成的不均匀光场的边缘位置处，且，所述第一光电转换器件、所述第二光电转换器件分别与所述第一差分放大电路的第一输入端、第二输入端相连。

12.如权利要求10所述的信号接收设备，其特征在于，所述LED发光器件在所述信号接收设备的表面所形成的不均匀光场的中心位置与所述信号接收设备的表面的中心位置相重叠。

13.如权利要求10～12任一所述的信号接收设备，其特征在于，

所述信号生成单元，还用于根据所述LED发光器件在所述信号接收设备的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度，生成第二输出电平信号。

14.如权利要求13所述的信号接收设备，其特征在于，

所述信号生成单元，具体用于通过包括第三光电转换器件以及第二差分放大电路的第二光信号接收电路，将所述不均匀光场的中心位置处的光信号亮度转换为第二输出电平信号；

其中，所述第三光电转换器件位于所述LED发光器件在所述信号接收设备的表面所形成的不均匀光场的中心位置处，且所述第三光电转换器件与所述第二差分放大电路的第一输入端相连，所述第二差分放大电路的第二输入端与设定的恒定电压相连。

15.如权利要求14所述的信号接收设备，其特征在于，所述第一光电转换器件、所述第二光电转换器件以及所述第三光电转换器件中的每一光电转换器件为光敏二极管、光敏三极管或光敏电阻；

所述第一差分放大电路以及所述第二差分放大电路中的每一差分放大电路为运算放大器、或比较器。

16.如权利要求15所述的信号接收设备，其特征在于，若所述第一光电转换器件、所述第二光电转换器件为光敏二极管，所述第一差分放大电路为运算放大器，则所述第一光信号接收电路的电路连接关系为：

所述第一光电转换器件的阴极与设定的参考电压相连、所述第一光电转换器件的阳极与所述第一差分放大电路的反相输入端相连；且，所述第一光电转换器件的阳极还通过第二电阻接地；

所述第二光电转换器件的阴极与所述设定的参考电压相连、所述第二光电转换器件的阳极与所述第一差分放大电路的同相输入端相连；且，所述第二光电转换器件的阳极还通过依次串联的第一电阻、第三电阻接地。

17.如权利要求15所述的信号接收设备，其特征在于，若所述第三光电转换器件为光敏二极管，所述第二差分放大电路为运算放大器，则所述第二光信号接收电路的电路连接关系为：

所述第三光电转换器件的阴极与设定的参考电压相连、所述第三光电转换器件的阳极与所述第二差分放大电路的反相输入端相连；且，所述第三光电转换器件的阳极还通过第六电阻接地；

所述设定的参考电压通过第四电阻与所述第二差分放大电路的同相输入端相连；且，所述第四电阻与所述第二差分放大电路的同相输入端相连的一端还通过第五电阻接地。

18.如权利要求13所述的信号接收设备，其特征在于，

所述信号生成单元，还用于将所述第一输出电平信号和所述第二输出电平信号进行逻辑运算处理，得到第三输出电平信号，并将所述第三输出电平信号作为所述信号接收设备的电平输出信号。

19.一种可见光通信方法，其特征在于，包括：

将源信号数据转换为二进制码流，并根据所述二进制码流控制发光二极管LED发光器件点亮或熄灭；其中，所述LED发光器件在自身被点亮时，能够在信号接收端的表面形成从中心到边缘亮度逐渐变低的不均匀光场；

根据所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号。

20.如权利要求19所述的可见光通信方法，其特征在于，根据LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差，生成第一输出电平信号，包括：

通过包括第一光电转换器件、第二光电转换器件以及第一差分放大电路的第一光信号接收电路，将所述不均匀光场的中心位置处的光信号亮度和所述不均匀光场的边缘位置处的光信号亮度之间的亮度差转换为第一输出电平信号；

其中，所述第一光电转换器件位于所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处，所述第二光电转换器件位于所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的边缘位置处，且，所述第一光电转换器件、所述第二光电转换器件分别与所述第一差分放大电路的第一输入端、第二输入端相连。

21.如权利要求19所述的可见光通信方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度，生成第二输出电平信号。

22.如权利要求21所述的可见光通信方法，其特征在于，根据所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处的光信号亮度，生成第二输出电平信号，包括：

通过包括第三光电转换器件以及第二差分放大电路的第二光信号接收电路，将所述不均匀光场的中心位置处的光信号亮度转换为第二输出电平信号；

其中，所述第三光电转换器件位于所述LED发光器件在所述信号接收端的表面所形成的不均匀光场的中心位置处，且所述第三光电转换器件与所述第二差分放大电路的第一输入端相连，所述第二差分放大电路的第二输入端与设定的恒定电压相连。

23.如权利要求21所述的可见光通信方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述第一输出电平信号和所述第二输出电平信号进行逻辑运算处理，得到第三输出电平信号，并将所述第三输出电平信号作为所述信号接收端的电平输出信号。