CN105471512B - 一种光子接收端及其解码方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光子接收端及其解码方法，光子接收端包括接收模块，用于接收光信号并将其转换为电流信号；信号转换模块，用于将电流信号转换为电压信号；去噪模块，用于对电压信号进行滤波，滤除噪声干扰信号；解码模块，用于对去噪的电压信号进行解码；接收模块、信号转换模块、去噪模块和解码模块顺次信号连接；通过解码模块对光子接收端接收到的具有编码的光信号进行解码，提高了光子接收端与光子客户端之间传输信息的可靠性，而且本申请的解码模块使得光子接收端恢复原始数据的误码率较低，进一步提高传输数据的性能稳定性。

Description

一种光子接收端及其解码方法

技术领域

本申请涉及可见光通信技术领域，具体涉及一种光子接收端及其解码方法。

背景技术

无线光通信技术又称可见光通讯，其通过LED光源的高频率闪烁来进行通信，有光代表1，无光代表0，其传输速率高达每秒上千兆。无线光通信通过可见光来进行数据传输，与微波技术相比，有相当丰富的频谱资源，是一般微波通信和无线通信无法比拟的；同时可见光通信可以适用于任何通信协议、适用于任何环境。

为了通信的安全性，使通信内容不被人窃取，现有技术中将待发送信息经编码后，再以可见光的形式发送编码后的信息，在接收端，通过相应的解码方式将接收的光信号恢复为原始数据。

目前，光子客户端编码采用的是以高电平的个数表示信号，每个高电平持续时间约为2ms左右，每组最多四个高电平，每组电平数表示2bit信号；由于高电平和低电平均会有一定的延迟时间，因此，光子接收端在接收信号时可以通过检测其单片机I/O引脚上的高电平及低电平延迟时间对接收到的信号进行解码。

由于与上述现有的编码方式对应的解码方式需输出和检测的高电平个数较多，导致信号很不稳定，并且信号整体发送时间和接收时间较长，数据传输速度慢。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种光子接收端及其解码方法。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种光子接收端，包括：接收模块，用于接收光信号并将其转换为电流信号；信号转换模块，用于将电流信号转换为电压信号；去噪模块，用于对电压信号进行滤波，滤除噪声干扰信号；解码模块，用于对去噪的电压信号进行解码；

接收模块、信号转换模块、去噪模块和解码模块顺次信号连接；

转换单元，用于将获取的所述电压信号按位转换为二进位制数据：

当检测一电信号单元时，检测并记录所述电信号单元内的高低电平持续时间段：T21和T22；

运算所述T22与T21的运算值，并根据所述运算值将所述电信号单元转换为与所述2进位制数据相应的数字；

检测并记录所述电信号单元内的高低电平持续时间段T21和T22，运算所述T22和T21的运算值，根据所述运算值判定所述电信号单元代表的二进位制数据1或0；

当(T22/T21)≈1，所述电信号单元代表的二进位制数据0；

当(T22/T21)≈m，m≠1，所述电信号单元代表的二进位制数据1，m为设定的系数。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种与上述光子接收端的解码模块对应的解码方法，包括步骤：

将获取的电压信号按位转换为二进位制数据：

当检测一电信号单元时，检测并记录所述电信号单元内的高低电平持续时间段：T21和T22；

运算T22与T21的运算值，并根据运算值将电信号单元转换为与二进位制数据相应的数字；

检测并记录所述电信号单元内的高低电平持续时间段T21和T22，运算所述T22和T21的运算值，根据所述运算值判定所述电信号单元代表的二进位制数据1或0；

当(T22/T21)≈1，所述电信号单元代表的二进位制数据0；

当(T22/T21)≈m，m≠1，所述电信号单元代表的二进位制数据1，m为设定的系数。

本申请的有益效果是：本申请提供一种光子接收端及其解码方法，通过解码模块对光子接收端接收到的具有编码的光信号进行解码，提高了光子接收端与光子客户端之间传输信息的可靠性，而且本申请的解码模块使得光子接收端恢复原始数据的误码率较低，进一步提高传输数据的性能稳定性。

附图说明

图1为本例的光子接收端原理图；

图2为例的解码方法流程图；

图3为本例的解码中代表数据0和1电压信号单元波形图；

图4为本例的需解码信息的电压信号波形图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本例提供一种光子接收端，如图1所示，包括接收模块1、信号转换模块2、去噪模块3、解码模块4和信号输出模块5；接收模块1、信号转换模块2、去噪模块3、解码模块4和信号输出模块5顺次信号连接。

接收模块1用于接收光子客户端发出的光信号，并将其转换为电流信号；信号转换模块2用于将电流信号转换为电压信号；去噪模块3用于对电压信号进行滤波，滤除噪声干扰信号，由于可见光通信过程中，可见光周围的一些其他光线可以产生噪声，如日光灯，去噪模块3可以中值滤波、小波变换等方式对电压信号进行分析去噪；解码模块4，用于对去噪的电压信号进行解码，获得光子客户端发送的原始数据；信号输出模块5用于将解码模块4恢复的原始数据发送至后台工作系统，后台工作系统对该原始数据进行相应的操作处理，如在银行交易系统中，后台工作系统是POS机的交易平台，POS机根据信号输出模块5发送的数据信息进行交易操作，在鉴权系统中，后台工作系统是鉴权平台，鉴权平台根据信号输出模块5发送的数据信息进行权限认证。

一种基于光通信的编码方法，可把手机闪光灯发出的频闪可见光及光子客户端发出的频闪可见光编码，其编码方法为：按位依次读取N进位制数据，并编码为电信号单元：将N进位制数据中每个不同的数字编码为不同的电信号单元，电信号单元内的高低电平持续时间段分别为Ti1、Ti2…和Tij，i、j、N为自然数，不同的电信号单元以分隔标志隔开；其中，电信号单元内的高低电平并不默认为先高电平后低电平，也可以先低电平后高电平，高低电平之间其分隔标志可以为电平的跳变，或者以持续时间段不同的高低电平为特征电平，其分隔标志为不同于特征电平的基准电平，Ti2、Ti3…和Tij与Ti1的运算值为预定值或预定范围，这里的运算是指：Ti2、Ti3…和Tij与Ti1的比值、乘积、差、和、倒数、和/或算余数，由于不同的N进位制数据的数字编码为不同的电信号单元，所以不同的电信号单元的运算值不同，即Ti2、Ti3…和Tij与Ti1的比值、乘积、差、和、倒数、和/或算余数值不等于Ti-12、Ti-13…和Ti-1j与Ti-11的比值、乘积、差、和、倒数、和/或算余数值。

根据上述的编码方法，本例的解码模块4包括转换单元41和恢复单元42，转换单元41用于将获取的电压信号按位转换为N进位制数据：当检测一电信号单元时，检测并记录电信号单元内的高低电平持续时间段：Ti1、Ti2…和Tij，i、j、N为自然数；运算Ti2、Ti3…和Tij与Ti1的运算值，并根据运算值将电信号单元转换为与N进位制数据相应的数字；恢复单元42用于将N进位制数据恢复为原始发送的数据。

与上述的编码方法相对应，本例的转换单元41运算Ti2、Ti3…和Tij与Ti1的运算值为预定值或预定范围，这里的运算也是指：Ti2、Ti3…和Tij与Ti1的比值、乘积、差、和、倒数、和/或算余数，由于上述的编码方法将不同的N进位制数据的数字编码为不同的电信号单元，所以不同的电信号单元的运算值不同，即Ti2、Ti3…和Tij与Ti1的比值、乘积、差、和、倒数、和/或算余数值不等于Ti-12、Ti-13…和Ti-1j与Ti-11的比值、乘积、差、和、倒数、和/或算余数值，根据不同的运算值将不同的电信号单元转换为与N进位制数据相应的数字。

例如，以二进制数据为例，即当N＝2时，检测并记录电信号单元内的高低电平持续时间段T21和T22，运算T22和T21的运算值，根据运算值判定该电信号单元代表的二进位制数据1或0，以比值运算为例：

当(T22/T21)≈1，该电信号单元代表的二进位制数据0；

当(T22/T21)≈m，m≠1，该电信号单元代表的二进位制数据1，m为设定的系数。

在一可选实施例中，可以采用计算第二电平持续时间段T22与第一电平持续时间段T21的差值，将该差值的绝对值与第三预定值T0进行大小比较，根据该比较结果判定该电信号单元代表的二进制数据是0还是1，具体方式如下：

当|T22-T21|≤T0时，该电信号单元代表的二进制数据为0；

当|T22-T21|>T0时，该电信号单元代表的二进制数据为1。

或者，

当|T22-T21|>T0时，该电信号单元代表的二进位制数据为0；

当|T22-T21|≤T0时，该电信号单元代表的二进位制数据为1。

在另一可选实施例中，可以采用计算第二电平持续时间段T22与第一电平持续时间段T21的和值，将该和值与第三预定值T0进行大小比较，根据该比较结果判定该电信号单元代表的二进位制数据0或1，具体方式如下：

当(T22+T21)≤T0时，该电信号单元代表的二进位制数据0；

当(T22+T21)>T0时，该电信号单元代表的二进位制数据1。

在另一可选实施例中，可以采用计算第二电平持续时间段T22与第一电平持续时间段T21的乘积，将该乘积与第三预定值T0进行大小比较，根据该比较结果判定该电信号单元代表的二进位制数据0或1，具体方式如下：

当(T22*T21)≤T0，该电信号单元代表的二进制数据0；

当(T22*T21)>T0，该电信号单元代表的二进制数据1。

解码模块4的转换单元41通过检测电信号单元内的高电平和低电平的持续时间，然后通过运算值对获得的电信号单元进行解码，恢复单元42将解码的数据恢复为原始数据，提高了光子接收端与光子客户端之间传输信息的可靠性，而且本申请的解码模块4使得光子接收端恢复原始数据的误码率较低，进一步提高传输数据的性能稳定性。

针对本例光子接收端的解码模块4，本例还提供一种与解码模块4对应的解码方法，其流程图如图2所示，包括步骤：

S1：将获取的电压信号按位转换为N进位制数据。

当检测一电信号单元时，检测并记录电信号单元内的高低电平持续时间段：Ti1、Ti2…和Tij，i、j、N为自然数；运算Ti2、Ti3…和Tij与Ti1的运算值，并根据运算值将电信号单元转换为与N进位制数据相应的数字。

本步骤中，运算Ti2、Ti3…和Tij与Ti1的运算值为预定值或预定范围，这里的运算也是指：Ti2、Ti3…和Tij与Ti1的比值、乘积、差、和、倒数、和/或算余数，由于上述的编码方法将不同的N进位制数据的数字编码为不同的电信号单元，所以不同的电信号单元的运算值不同，即Ti2、Ti3…和Tij与Ti1的比值、乘积、差、和、倒数、和/或算余数值不等于Ti-12、Ti-13…和Ti-1j与Ti-11的比值、乘积、差、和、倒数、和/或算余数值，根据不同的运算值将不同的电信号单元转换为与N进位制数据相应的数字。

具体的，以二进制数据为例，即当N＝2时，检测并记录电信号单元内的高低电平持续时间段T21和T22，运算T22和T21的运算值，根据运算值判定该电信号单元代表的二进位制数据1或0，以比值运算为例：

当(T22/T21)≈1，该电信号单元代表的二进位制数据0；

当(T22/T21)≈m，m≠1，该电信号单元代表的二进位制数据1，m为设定的系数。

在其他实施例中，还可以采用计算第二电平持续时间段T22和第一电平持续时间段T21的差/和/乘积的结果，根据该结果判定该电压信号单元代表的N进位制数据0或1，具体如上述所述，不作赘述。

S2：将N进位制数据恢复为原始发送的数据。

上述的N进位制数据可以是二进制数据、八进制数据或十六进制数据等，本例以二进制数据为例，例如，一待发送数据，其转换为二进制数据为10011010，预先设置时间段T11为5ms，T12＝T11，T21＝T11，T22＝2*T21，按上述编码方法对二进制数据10011010进行编码：则0或1对应的编码方式是：当读取信息1时，转换为电信号单元，该电信号单元内的高低电平为由高电平到低电平，具体为：该电信号单元内的高电平持续时间段为5ms，然后，电平再由高电平跳变到低电平，低电平持续时间段为10ms，其电信号单元波形如图3所示；当读取信息为0时，转换为电信号单元，该电信号单元内的高低电平为由高电平到低电平，具体为：该电信号单元内的高电平持续时间段为5ms，然后，电平再由高电平跳变到低电平，低电平持续时间段也为5ms，其电信号单元波形如图3；依次类推，然后组合各个电信号单元，且各个电信号单元以分隔标志隔开，该分隔标志为电平的跳变，最终二进制数据为10011010对应的电信号如图4所示。

解码模块4利用本例的解码方法对上述的编码的电压信号进行解码：当检测到一电压信号单元时，检测并记录电信号单元内的高低电平持续时间段T21和T22，当检测到第一电平持续时间段T21为5ms，第二电平持续时间段T22为10ms，经过计算得知T22/T21＝2，所以该电信号单元代表二进制数据1；如果第一电平持续时间段T21为5ms，第二电平持续时间段T22也为5ms，则T22/T21＝1，则该电信号单元代表二进制数据0；依次类推，最终将图4的电信号转换为二进制数据，并恢复为原始发送的数据。

在另一可选实施例中，编码方法可以预先设置时间范围对N进位制数据进行编码，如当N＝2时，设时间范围T11为4ms～6ms，T12＝T11，T21＝T11，T22＝2*T21，将二进位制数据中每个不同的数字编码为不同的电信号单元：针对二进制数据10011010进行编码的编码方式是：当读取信息1时，转换为电信号单元，该电信号单元内的高低电平为由高电平到低电平，具体为：该电信号单元内的高电平持续时间范围是4ms～6ms，然后，电平再由高电平跳变到低电平，低电平持续时间范围是8ms～12ms；当读取信息为0时，转换为电信号单元，该电信号单元内的高低电平为由高电平到低电平，具体为：该电信号单元内的高电平持续时间时间范围是4ms～6ms，然后，电平再由高电平跳变到低电平，低电平持续时间时间范围也是4ms～6ms，依次类推，然后组合各个电信号单元，且各个电信号单元以分隔标志隔开，该分隔标志为电平的跳变，最终二进制数据为10011010对应的电信号。

进一步，本例中，按上述步骤S1根据预先设置范围进行解码：当检测到一电信号单元时，检测并记录电信号单元内的高低电平持续时间段T21和T22，当检测到第一电平持续时间范围T21为4ms～6ms，第二电平持续时间范围T22为8ms～12ms，经过计算得知T22+T21为第一预设时间范围12ms～18ms，所以该电信号单元代表二进制数据1；如果第一电平持续时间范围T21为4ms～6ms，第二电平持续时间范围T22也为4ms～6ms，则T22+T21为第二预设时间范围8ms～12ms，则该电信号单元代表二进制数据0；依次类推，最终上述的电信号转换为二进制数据，并恢复为原始发送的数据。

解码模块4采用上述的解码方法对光子接收端接收的光信号进行解码，提高了光子接收端与光子客户端之间传输信息的可靠性，而且本申请的解码模块4使得光子接收端恢复原始数据的误码率较低，进一步提高传输数据的性能稳定性。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (4)

1.一种光子接收端，包括接收模块，用于接收光信号并将其转换为电流信号；信号转换模块，用于将所述电流信号转换为电压信号；去噪模块，用于对所述电压信号进行滤波，滤除噪声干扰信号；其特征在于，还包括解码模块，用于对去噪的所述电压信号进行解码；

所述接收模块、信号转换模块、去噪模块和解码模块顺次信号连接；解码模块包括转换单元；

所述转换单元，用于将获取的所述电压信号按位转换为二进位制数据：

检测并记录电信号单元内的高低电平持续时间段T21和T22，运算所述T22和T21的运算值，根据所述运算值判定所述电信号单元代表的二进位制数据1或0；

当(T22/T21)≈1，所述电信号单元代表的二进位制数据0；

当(T22/T21)≈m，m≠1，所述电信号单元代表的二进位制数据1，m为设定的系数。

2.如权利要求1所述的光子接收端，其特征在于，所述T22与T21的运算值为预定值或预定范围。

3.一种与权利要求1所述的光子接收端的解码模块对应的解码方法，其特征在于，包括以下步骤：

将获取的电信号单元按位转换为二进位制数据：

检测并记录所述电信号单元内的高低电平持续时间段T21和T22，运算所述T22和T21的运算值，根据所述运算值判定所述电信号单元代表的二进位制数据1或0；

当(T22/T21)≈1，所述电信号单元代表的二进位制数据0；

当(T22/T21)≈m，m≠1，所述电信号单元代表的二进位制数据1，m为设定的系数。

4.如权利要求3所述的解码方法，其特征在于，所述T22与T21的运算值为预定值或预定范围。