CN105099550A - 一种可见光上行回传循环利用的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，公开了一种可见光上行回传循环利用的方法及其系统。本发明包含以下步骤：A.用户侧利用光分束器获取所接收的部分可见光；B.用户侧利用反射镜将所接收的可见光反射作为上行光信号；C.用户侧利用空间光调制器调制上行光信号，使其携带上行信息；D.网络侧利用图像传感器接收上行光信号，获得图像信息；E.网络侧利用处理器处理图像信息，获得上行信息。利用光分束器和反射镜从接收的可见光中获取部分作为上行光信号，使得上行光信号不需增设专为上行光传输配备的可见光发射器，不但有效节约了光资源，还减小了可见光通信系统的体积，降低了可见光通信的硬件成本。

Description

一种可见光上行回传循环利用的方法及其系统

技术领域

本发明涉及可见光通信领域，特别涉及一种可见光上行回传循环利用的方法及其系统。

背景技术

可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。利用这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接，因而具有广泛的开发前景。

与目前使用的无线局域网(无线LAN)相比，“可见光通信”系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。利用专用的、能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要在室内灯光照到的地方，就可以长时间下载和上传高清晰画像和动画等数据。该系统还具有安全性高的特点。用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，同时使用多台电脑也不会影响通信速度。由于不使用无线电波通信，对电磁信号敏感的医院等部门可以自由使用该系统。

可见光的上行回传是光通信领域中的重要技术之一。若在可见光网络侧再加一个可见光发射器来回传信息，会增加系统的成本和系统的体积。可见光的上行回传技术也成为可见光通信发展的瓶颈之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可见光上行回传循环利用的方法及其系统，使得节约了光资源，减小了可见光通信系统的体积，降低了可见光通信的硬件成本。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可见光上行回传循环利用的方法，包含以下步骤：

A.用户侧利用光分束器获取所接收的部分可见光；

B.用户侧利用反射镜将所接收的可见光反射作为上行光信号；

C.用户侧利用空间光调制器调制所述上行光信号，使其携带上行信息；

D.网络侧利用图像传感器接收上行光信号，获得图像信息；

E.网络侧利用处理器处理所述图像信息，获得所述上行信息。

本发明还提供了一种可见光上行回传循环利用的系统，包含：用户侧子系统和网络侧子系统，所述用户侧子系统包含：光分束器、反射镜和空间光调制器，所述网络侧子系统包含：图像传感器和处理器；

所述光分束器，用于获取所接收的部分可见光；

所述反射镜，用于将所接收的可见光反射作为上行光信号；

所述空间光调制器，用于调制上行光信号，使其携带上行信息；

所述图像传感器，用于接收上行光信号，获得图像信息；

所述处理器，用于处理所述图像信息，获得上行信息。

本发明实施方式相对于现有技术而言，在用户侧，利用光分束器和反射镜从接收的可见光中获取部分作为上行光信号，使得上行光信号不需增设专为上行光传输配备的可见光发射器，不但有效节约了光资源，还减小了可见光通信系统的体积，降低了可见光通信的硬件成本；同时用户侧利用空间光调制器对上行光信号进行调制，使其携带上行信息后传输，在网络侧，利用图像传感器和处理器接收并处理上行光信号，获取原始上行信息，保证了光通信的质量。

作为进一步改进，在所述步骤C中，所述空间光调制器的数量为一个。使得可以利用较少的硬件使得上行光信号中携带上传信息，降低了可见光通信中上行传输的硬件成本。

作为进一步改进，在所述步骤C中，包含以下子步骤：

根据预设的定位信息对上行信息进行分组，得到二维上行信息阵列；

利用与二维上行信息阵列对应的二维空间光调制器阵列根据所述二维上行信息阵列调制所述上行光信号，使其携带上行信息；

在所述步骤D中，所述图像传感器根据所述预设定位信息处理所述上行光信号，获得所述上行信息；

其中，所述定位信息为各上行信息在所述二维上行信息阵列中的位置。

将串行的上行信息数据分组排列成二维阵列，使得可见光在传输的过程中，可以利用二维阵列进行传输，增加了空间光调制器的调制效率，大大加快了可见光通信的传输速度。

作为进一步改进，在所述步骤C中包含以下子步骤：设置所述空间光调制器的调制幅度分2级。分2级对上行可见光进行调制后，阵列的每个点上均可利用光的亮或灭表示数据的1或0，使得调制及解调处理简单快速，在加快可见光通信传输速度的同时，保证图像传感器的处理速度，可快速获取上行信息。

作为进一步改进，在所述步骤C中包含以下子步骤：设置所述空间光调制器的调制幅度分级的级数大于2级。

利用多级的幅度调制上行可见光，使得每个点阵上的可见光幅度可以有多种强弱变化，可以对应更多的数据，进一步增多了上行光信号携带的上行信息数据，也就加快了可见光通信的传输速度。

作为进一步改进，所述反射镜可以为平面反射镜。采用平面反射镜可以保证获取到的可见光被准确反射，保证了上行光信号的光源质量。

作为进一步改进，所述图像传感器为电荷耦合CCD传感器或金属氧化物半导体CMOS传感器。图像传感器可以根据实际应用场景选择不同的元器件，灵活多变地满足了用户的不同需求，拓展了本发明的应用场景。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的可见光上行回传循环利用的方法流程图；

图2是根据本发明第二实施方式的可见光上行回传循环利用的方法的硬件结构示意图；

图3是根据本发明第五实施方式的可见光上行回传循环利用的系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种可见光上行回传循环利用的方法，包含以下步骤，如图1所示：

步骤101，用户侧从所接收的可见光中获取部分作为上行光信号。

具体的说，本步骤包含获取所接收的部分可见光和将所述可见光作为上行光信号。更具体的说，本实施方式中是利用光分束器将接收到的可见光分束，一部分可见光继续被用户侧的光电转换器接收并处理，获取下行信息等操作，另一部分可见光改变原来的传播方向，再经过反射镜的反射，形成上行可见光，也就是上行光信号。需要说明的是，反射镜可以使用平面反射镜，采用平面反射镜可以保证获取到的可见光被准确反射，保证了上行光信号的光源质量。

在本实施方式中，光分束器获取的部分可见光可以为原来的二分之一，也就是说，将下行的可见光1:1分开，一半继续被用户侧接收，另一半被作为上行光信号。值得一提的是，在实际应用中，光分束器对可见光的分割后，下行可见光和上行可见光的比例还可以是2:3、3:2、3:7、7:3等等，可以根据实际应用场景做不同变化，并不局限于1:1。

步骤102，用户侧调制上行光信号。

空间光调制器是一类能将信息加载于一维或两维的光学数据场上，可以改变空间上光分布的振幅或强度、相位、偏振态以及波长；本实施方式采用空间光调制器进行强度调制。

具体的说，就是将步骤101中形成的上行光信号进行调制，使其携带上行信息。更具体的说，本实施方式中是利用空间光调制器调制上行光信号的。其中，本实施方式将调制幅度设为2级，也就是“亮”或“灭”表示数据的“1”或“0”，使得调制及解调处理简单快速，在加快可见光通信传输速度的同时，保证图像传感器的处理速度，可快速获取上行信息。

还需说明的是，虽然下行光信号中也是利用光的幅度来携带下行信号，但下行时光的幅度调制频率在每秒几百兆的级别，而本实施方式中，上行光信号的幅度调制频率在每秒几十至几百的级别，两者的频率差别较大，所以也就不会产生干扰。

此外，值得一提的是，本实施方式中空间光调制器的数量可以为一个，利用一个空间光调制器对上行光信号进行调制，使得可以利用较少的硬件使得上行光信号中携带上传信息，有利于降低可见光通信中上行传输的硬件成本。

步骤103，网络侧接收上行光信号，获得图像信息。

具体的说，在网络侧利用图像传感器接收并处理上行光信号，获得上行信息，也就是原始信息。图像传感器对经过空间光调制器调制的上行光信号进行图像拍摄，也就是将上行信息中的串行信号转变为一帧一帧的图像。再对图像分别进行识别，组合为原有的上行信息。

更具体的说，本实施方式中的图像传感器使用CMOS传感器，由于CMOS传感器成本较低，进一步利于降低整体硬件的成本。

步骤104，网络侧处理图像信息，获得上行信息。

具体地说，网络侧是利用处理器对图像信息进行识别，再组合为原有的上行信息。

本发明实施方式相对于现有技术而言，在用户侧，利用光分束器和反射镜从接收的可见光中获取部分作为上行光信号，使得上行光信号不需增设专为上行光传输配备的可见光发射器，不但有效节约了光资源，还减小了可见光通信系统的体积，降低了可见光通信的硬件成本；同时用户侧利用空间光调制器对上行光信号进行调制，使其携带上行信息后传输，网络侧利用图像传感器和处理器接收并处理上行光信号，获取原始上行信息，保证了光通信的质量。另外，图像传感器使用CMOS传感器也有利于进一步降低可见光通信的硬件成本。

本发明的第二实施方式同样涉及一种可见光上行回传循环利用的方法，本实施方式是在第一实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于，第一实施方式中一个空间光调制器每次对上行光信号调制一个数据，而本实施方式中是利用一个预设的二维空间光调制器阵列对上行光信号进行调制，每次可以调制一组数据。增加了空间光调制器的调制效率，大大加快了可见光通信的传输速度。

具体的说，需要对上行信息进行分组，也就是对上行信息的串行数据进行分组，得到二维上行信息阵列。举例来说，如果需要传输的上行信息为100个比特的串行数据，可以分组排列为一个10*10的二维上行信息阵列，然后用100个空间光调制器组成的10*10的二维空间光调制器阵列，使二维上行信息阵列对应二维空间光调制器阵列，利用二维空间光调制器阵列对上行光信号进行调制，阵列中的每个点均由“亮”或“灭”表示数据是“1”或“0”。

具体的说，本实施方式中的二维空间光调制器阵列可以是液晶空间光调制器。本实施方式可以用如图2所示的结构来实现，其中图像传感器拍摄后即如一帧帧的二维码。

值得一提的是，上行信息排列分组的过程中，需要为每个数据加上定位信息，该定位信息表示数据在二维上行信息阵列中的位置，比如二维阵列可以用行列位置作为定位信息，如10*10的二维阵列中，第一个数据的定位信息可以是0101，第二个数据的定位信息可以是0102，以此类推，第一百个数据的定位信息可以是1010。在图像传感器端，也需要利用这个定位信息处理上行光信号，从中得到原始的上行信息。也就是说，加入定位信息的目的相当与将排列数据编号，以备后续排列数据转变为图像后不会乱码，即为想要的准确的图像。

本发明的第三实施方式同样涉及一种可见光上行回传循环利用的方法，本实施方式是在第一实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于，第一实施方式中，空间光调制器的幅度分为2级，而本实施方式中，空间光调制器的调制幅度不止2级，也就是设置空间光调制器的调制幅度大于2级。利用多级的幅度调制上行可见光，使得每个点阵上的可见光幅度可以有多种强弱变化，可以对应更多的数据，进一步增多了上行光信号携带的上行信息数据，也就加快了可见光通信的传输速度。

具体的说，在本实施方式中，可以利用由亮到灭的四个级别的幅度调制上行光信号，分别表示数据的11、10、01和00，显然这样可以进一步加快可见光通信的传输速度。

此外，还可以利用由亮到灭的256个级别的幅度调制上行光信号，分别表示二进制数据中8位二进制数字，也就可以大大加快可见光通信的传输速度。另外，除用由亮到灭的灰度颜色，还可使用不同的色彩，对各个色彩均做亮度分级，也就更进一步增加了幅度调制分级，提高了可见光通信的传输速度。

在此，值得一提的是，在多级别的幅度调制中，如果下行信号有长段的低幅度数据，就可能使上行信号产生干扰，比如，下行信息中如果出现长串的“0”，此时会使上行光信号出现长段的低幅度，如果对其进行四级调制时，即使需要调制的是“11”，但在网络侧被识别时，也有可能因为亮度不够，被识别为“10”或“01”。所以为进一步避免下行信号对上行信号产生的干扰，在下行信号发送前可以对其进行编码，避免长串“0”的出现。当然，现在已经有成熟的技术使得下行信号的发送避免出现长串“0”，在此不做赘述。

本发明的第四实施方式同样涉及一种可见光上行回传循环利用的方法，本实施方式和第一实施方式大致相同，主要区别在于，第一实施方式中的图像传感器使用CMOS传感器，而本实施方式中的图像传感器使用CCD传感器，由于CCD传感器相比CMOS传感器，具有低照度效果好、信噪比高、通透感强、色彩还原能力佳等优点，所以采用CCD传感器可以利于增加上行传输的距离，尤其在利用于空间光调制器的调制幅度为多级时，增加可见光上行传输的数据准确性。

还需说明的是，本发明中的图像传感器可以根据实际应用场景选择不同的元器件，灵活多变地满足了用户的不同需求，拓展了本发明的应用场景。

需要说明的是，上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第五实施方式涉及一种可见光上行回传循环利用的系统，其连接结构如图3所示，包含：用户侧子系统和网络侧子系统，所述用户侧子系统包含：光分束器、反射镜和空间光调制器，所述网络侧子系统包含：图像传感器和处理器。

光分束器，用于获取所接收的部分可见光。

反射镜，用于将所接收的可见光反射作为上行光信号。

空间光调制器，用于调制上行光信号，使其携带上行信息。

图像传感器，用于接收上行光信号，获得图像信息。

处理器，用于处理图像信息，获得原始信息。

具体的说，本实施方式中，空间光调制器的数量为一个，反射镜为平面反射镜，图像传感器采用CMOS传感器。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本发明第六实施方式同样涉及一种可见光上行回传循环利用的系统，本实施方式是在第五实施方式上做了进一步改进，主要改进之处在于，第一实施方式中空间光调制器的数量为一个，而本实施方式中空间光调制器的数量有多个，具体的说，空间光调制器排列形成二维阵列。

由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

本发明第七实施方式同样涉及一种可见光上行回传循环利用的系统，本实施方式是在第六实施方式做了进一步改进，主要改进之处在于，第一实施方式中，空间光调制器的幅度分为2级，而本实施方式中，空间光调制器的调制幅度分级的级数大于2级。

由于第三实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第三实施方式互相配合实施。第三实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第三实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第三实施方式中。

本发明第八实施方式同样涉及一种可见光上行回传循环利用的系统，本实施方式是在第五实施方式做了进一步改进，本实施方式和第五实施方式大致相同，主要区别在于，第一实施方式中的图像传感器使用CMOS传感器，而本实施方式中的图像传感器使用CCD传感器。

由于第四实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第四实施方式互相配合实施。第四实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第四实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第四实施方式中。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种可见光上行回传循环利用的方法，其特征在于，包含以下步骤：

A.用户侧利用光分束器获取所接收的部分可见光；

B.所述用户侧利用反射镜将所接收的可见光反射作为上行光信号；

C.所述用户侧利用空间光调制器调制所述上行光信号，使其携带上行信息；

D.网络侧利用图像传感器接收所述上行光信号，获得图像信息；

E.网络侧利用处理器处理所述图像信息，获得所述上行信息。

2.根据权利要求1所述的可见光上行回传循环利用的方法，其特征在于，在所述步骤C中，所述空间光调制器的数量为一个。

3.根据权利要求1所述的可见光上行回传循环利用的方法，其特征在于，在所述步骤C中，包含以下子步骤：

根据预设的定位信息对上行信息进行分组，得到二维上行信息阵列；

利用与二维上行信息阵列对应的二维空间光调制器阵列根据所述二维上行信息阵列调制所述上行光信号，使其携带上行信息；

在所述步骤D中，所述图像传感器根据所述预设定位信息处理所述上行光信号，获得所述上行信息；

其中，所述定位信息为各上行信息在所述二维上行信息阵列中的位置。

4.根据权利要求1所述的可见光上行回传循环利用的方法，其特征在于，在所述步骤C中包含以下子步骤：

设置所述空间光调制器的调制幅度分2级。

5.根据权利要求1所述的可见光上行回传循环利用的方法，其特征在于，在所述步骤C中包含以下子步骤：

设置所述空间光调制器的调制幅度分级的级数大于2级。

6.根据权利要求1所述的可见光上行回传循环利用的方法，其特征在于，所述反射镜为平面反射镜。

7.根据权利要求1所述的可见光上行回传循环利用的方法，其特征在于，所述图像传感器为电荷耦合CCD传感器或金属氧化物半导体CMOS传感器。

8.一种可见光上行回传循环利用的系统，其特征在于，包含：用户侧子系统和网络侧子系统，所述用户侧子系统包含：光分束器、反射镜和空间光调制器，所述网络侧子系统包含：图像传感器和处理器；

所述光分束器，用于获取所接收的部分可见光；

所述反射镜，用于将所接收的可见光反射作为上行光信号；

所述空间光调制器，用于调制所述上行光信号，使其携带上行信息；

所述图像传感器，用于接收所述上行光信号，获得图像信息；

所述处理器，用于处理所述图像信息，获得所述上行信息。

9.根据权利要求8所述的可见光上行回传循环利用的系统，其特征在于，所述空间光调制器的数量为一个。

10.根据权利要求8所述的可见光上行回传循环利用的系统，其特征在于，所述空间光调制器排列形成二维阵列。

11.根据权利要求8所述的可见光上行回传循环利用的系统，其特征在于，所述反射镜为平面反射镜。

12.根据权利要求8所述的可见光上行回传循环利用的系统，其特征在于，所述图像传感器为电荷耦合CCD传感器或金属氧化物半导体CMOS传感器。