CN105959062B - 基于led车灯的双速率可见光通信发信机 - Google Patents

基于led车灯的双速率可见光通信发信机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于LED车灯的双速率可见光通信发信机，其发射端包括AD转换器一、AD转换器二，AD转换器一与数据缓存模块一连接，数据缓存模块一与编码器一连接；AD转换器二与数据缓存模块二连接，数据缓存模块二与编码器二连接；编码器一、二分别连接光源一模块、光源二模块；AD转换器一、二分别将数据流一、二的模拟信号转换成数字信号，再分别经过数据缓存模块一、二进行数据缓存，将缓存后的数字信号流一、二分别送入编码器一、二进行编码。本发明是将经调制器的两种不同调制方式调制后的信号合并，利用调制方式的结合实现两种传输速率信号的发射，从而使得在车联网车与车之间的通信中可以同时传输两路信号，提高了信道利用率。

Description

基于LED车灯的双速率可见光通信发信机
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种基于LED车灯的双速率可见光通信发信机。
背景技术
可见光通信是一种以可见光为传输媒质的无线通信方式。可见光通信以其通信容量大、抗电磁干扰能力强、传输速率高、绿色环保和不占用现有频谱资源等优点受到广泛的关注，并且取得了快速发展。
对于一个可见光通信系统来说，发射机的功能就是把终端输入的信息，经过基带处理，按照一定的调制方式调制到光载波上，并进行功率放大，最后经由光学器件进行发射。
可见光通信系统中通常选择合适的调制方式以及解调技术保证高传输速率和低误码率，从而更好地降低大气环境对通信系统的干扰。现有的调制方式可分为调幅、调频和调相三大类，每类可以有不同的方式，常用的有AM/FM/MSK/FSK/DPSK/QAM等，各种调制方式都有着各自的优缺点。
近年来，车联网技术作为智能交通系统的重要组成部分取得了快速发展，它能有效减少交通事故、缓解道路拥堵并提高驾驶体验。值得注意的是，车联网在实现人、车、环境之间互联互通的同时，大量的数据传输也对通信方式提出了更高要求。国内外相关机构的研究及实验表明，可见光通信可以作为车联网中对无线电通信的一种补充通信手段，其具有很大的发展前景。车辆通过LED车灯以可见光通信的方式进行数据发送，实现人、车、环境之间有效、可靠的通信且不占用宝贵的无线电频谱资源。
车联网中，考虑到驾驶的安全性，在车联网中车与车之间的通信多是通过语音来控制信息的输入，从而来保证行车安全性，提高行车体验。在车载可见光通信中常用的调制方式有OOK调制、PAM调制、PPM调制等。
车载可见光通信可以分为两种模式，第一种是以LED车灯作为光源，以光电探测器作为接收装置，用来接收高速率信号；第二种是以LED车灯作为光源，以图像传感器作为接收装置，用来接收低速信号。这样的两种通信模式使得在车与车之间不能同时传输高速信号和低速信号，若同时传输高速和低速信号，则需要两套独立的发射和接收装置，大大增加了通信的成本。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种基于LED车灯的双速率可见光通信发信机，以解决现有车联网技术中高低速信号不能同时发送，信道利用率低的问题。
本发明的技术方案是：基于LED车灯的双速率可见光通信发信机，包括发射端和接收端，所述发射端包括AD转换器一、AD转换器二，所述AD转换器一的输出端与数据缓存模块一的输入端连接，数据缓存模块一的输出端与编码器一的输入端连接；所述AD转换器二的输出端与数据缓存模块二的输入端连接，数据缓存模块二的输出端与编码器二的输入端连接；所述编码器一的输出端以及编码器二的输出端分别连接光源一模块以及光源二模块；所述AD转换器一将数据流一的模拟信号转换成数字信号，然后经过数据缓存模块一进行数据缓存，随后将缓存后的数字信号流一送入编码器一，编码器一将数字信号流一进行编码；所述AD转换器二将数据流二的模拟信号转换成数字信号，然后经过数据缓存模块二进行数据缓存，随后将缓存后的数字信号流二送入编码器二，编码器二将数字信号流二进行编码；所述编码器一将数字信号流一、编码器二将数字信号流二分别送入光源一模块进行信号调制、信号合并以及发射；所述编码器一将数字信号流一、编码器二将数字信号流二分别送入光源二模块进行信号调制、信号合并以及发射。
上述光源一模块包括调制器一、调制器二，调制器一的输出端与合并器一的输入端连接，调制器二的输出端通过开关一与合并器一的输入端连接，所述合并器一的输出端通过阵列驱动模块一与LED光源一连接；所述调制器一的输入端与编码器一的输出端连接；所述调制器二的输入端与编码器二的输出端连接；所述调制器一将编码器一输出的编码后的数字信号流一按照调制方式一进行调制，转换成适合光电传输的已调信号；调制器二将编码器二输出的编码后的数字信号流二按照调制方式二进行调制，将数字信号流二转换成适合光电传输的已调信号；调制器一和调制器二的两路已调信号在开关一闭合的情况下经过合并器一进行信号的整合，然后通过阵列驱动模块一的驱动作用驱动LED光源一发光传递信息。
上述光源二模块包括调制器三、调制器四，调制器三的输入端与反码器的输出端连接，调制器三的输出端与合并器二的输入端连接，调制器四的输出端通过开关二与合并器二的输入端连接，合并器二的输出端通过阵列驱动模块二与LED光源二连接；所述反码器的输入端与编码器一的输出端连接；所述调制器四的输入端与编码器二的输出端连接；所述编码器一输出的编码后的数字信号流一经过反码器，按照相反的规则将数字信号流一进行反码操作，使之与进入调制器一的数字信号互为反码，然后将此信号送入调制器三，调制器三选择调制方式一对此信号的进行调制，转换成适合光电传输的已调信号；调制器四将编码器二输出的编码后的数字信号流二按照调制方式二进行调制，将数字信号流二转换成适合光电传输的已调信号；调制器三和调制器四的两路已调信号在开关二闭合的条件下经过合并器二进行信号的整合，然后通过阵列驱动模块二的驱动作用驱动LED光源二发光传递信息。
上述数据流一是指的数据源要发送的第一路模拟信号，此信号的传输速率编号为传输速率一。
上述数据流二是指的数据源要发送的第二路模拟信号，此信号的传输速率编号为传输速率二。
本发明的有益效果：本发明提供的基于LED车灯的双速率可见光通信发信机解决了车联网技术中传统发射机只能同时发射单一速率信号，不能同时发送高低速信号，从而降低了信道利用率的问题，本发明的核心部分在于经调制器的两种不同调制方式调制后的信号进行合并，利用调制方式的结合实现两种具有不同传输速率信号的发射，从而使得在车联网车与车之间的通信中可以同时传输两路信号(高速信号和低速信号)，提高了信道利用率。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明的发射端系统框图；
图2是应用于本发明发射端的一种现有技术接收端框图；
图3是本发明的对数字信号对应的一种曼彻斯特编码；
图4是本发明的PPM(脉冲位置)调制方式调制的第二路信号图；
图5是本发明的OOK(开关键控)调制方式调制的第一路信号图；
图6是本发明的OOK调制方式复合PPM调制方式传输两路信号方式图；
图7是本发明的两路信号两种方式复合调制图；
图8是本发明的操作流程图；
具体实施方式
实施例1：
在车联网中可以用车灯来传递信号，这些信号可以是高速信号例如视频等，也可以是低速信号例如文字、语音等信号，本发明的基于LED车灯的双速率可见光通信发信机其发射端在车联网中的主要创新点在于通过选择两种调制方式(例如在可见光通信中常用的OOK/PAM/PPM调制等)组合可以同时发射速率不同的两路信号，在实施方案中两种调制方式以调制方式一和调制方式二来区别，调制方式一或者调制方式二可以是以上提到的可见光通信中的常用到的任意调制方式中的一种。所以首先发射端发射的是数据源(例如需要传递语音、文本、视频等信息的信源用户)发送的需要传输的高/低速率信号；这两种不同速率的数据在光发射机中按照下面的方式进行处理，加载到两个LED光源上进行合并后信号的发送。参见图1，本发明提供的基于LED车灯的双速率可见光通信发信机，包括发射端和接收端，所述发射端包括AD转换器一、AD转换器二，所述AD转换器一的输出端与数据缓存模块一的输入端连接，数据缓存模块一的输出端与编码器一的输入端连接；所述AD转换器二的输出端与数据缓存模块二的输入端连接，数据缓存模块二的输出端与编码器二的输入端连接；所述编码器一的输出端以及编码器二的输出端分别连接光源一模块以及光源二模块；所述AD转换器一将数据流一的模拟信号转换成数字信号，然后经过数据缓存模块一进行数据缓存，随后将缓存后的数字信号流一送入编码器一，编码器一将数字信号流一进行编码；所述AD转换器二将数据流二的模拟信号转换成数字信号，然后经过数据缓存模块二进行数据缓存，随后将缓存后的数字信号流二送入编码器二，编码器二将数字信号流二进行编码；所述编码器一将数字信号流一、编码器二将数字信号流二分别送入光源一模块进行信号调制、信号合并以及发射；所述编码器一将数字信号流一、编码器二将数字信号流二分别送入光源二模块进行信号调制、信号合并以及发射。
所述光源一模块包括调制器一、调制器二，调制器一的输出端与合并器一的输入端连接，调制器二的输出端通过开关一与合并器一的输入端连接，所述合并器一的输出端通过阵列驱动模块一与LED光源一连接；所述调制器一的输入端与编码器一的输出端连接；所述调制器二的输入端与编码器二的输出端连接；所述调制器一将编码器一输出的编码后的数字信号流一按照调制方式一进行调制，转换成适合光电传输的已调信号；调制器二将编码器二输出的编码后的数字信号流二按照调制方式二进行调制，将数字信号流二转换成适合光电传输的已调信号；调制器一和调制器二的两路已调信号在开关一闭合的情况下经过合并器一进行信号的整合，然后通过阵列驱动模块一的驱动作用驱动LED光源一发光传递信息。
所述光源二模块包括调制器三、调制器四，调制器三的输入端与反码器的输出端连接，调制器三的输出端与合并器二的输入端连接，调制器四的输出端通过开关二与合并器二的输入端连接，合并器二的输出端通过阵列驱动模块二与LED光源二连接；所述反码器的输入端与编码器一的输出端连接；所述调制器四的输入端与编码器二的输出端连接；所述编码器一输出的编码后的数字信号流一经过反码器，按照相反的规则将数字信号流一进行反码操作，使之与进入调制器一的数字信号互为反码，然后将此信号送入调制器三，调制器三选择调制方式一对此信号的进行调制，转换成适合光电传输的已调信号；调制器四将编码器二输出的编码后的数字信号流二按照调制方式二进行调制，将数字信号流二转换成适合光电传输的已调信号；调制器三和调制器四的两路已调信号在开关二闭合的条件下经过合并器二进行信号的整合，然后通过阵列驱动模块二的驱动作用驱动LED光源二发光传递信息。
所述数据流一是指的数据源要发送的第一路模拟信号，此信号的传输速率编号为传输速率一。
所述数据流二是指的数据源要发送的第二路模拟信号，此信号的传输速率编号为传输速率二。
其中应用于本发明发射端的接收端属于现有技术结构，如图2所示，为接收端的一种连接图，该接收端具体包括光探测一、光探测器二，所述光探测器一的输出端与信号处理电路一的输入端连接，信号处理电路一的输出端与信号分离器一的输入端连接，信号分离器的输出端分别与解调器一的输入端以及解调器二的输入端连接，解调器一的输出端与译码器一的输入端连接，译码器一的输出端与DA转换器一的输入端连接；解调器二的输出端与译码器二的输入端连接，译码器二的输出端与DA转换器二的输入端连接；所述光探测器二的输出端与信号处理电路二的输入端连接，信号处理电路二的输出端与信号分离器二的输入端连接，信号分离器二的输出端分别与解调器三的输入端和解调器四的输入端连接，解调器三的输出端与译码器三的输入端连接，译码器三的输出端与DA转换器三的输入端连接；解调器四的输出端与译码器四的输入端连接，译码器四的输出端与DA转换器四的输入端连接；所述DA转换器二的输出端与DA转换器三的输出端通过合并器三合并输出。
下面对本发明的具体实施进行进一步的说明：
如图3所示，本发明是通过两种调制方式的复合来实现不同速率的两路信号的发送，图3是对数字信号对应的一种信源编码方式：曼彻斯特编码，目的是避免调制信号一出现连续低电平状态，因为调制信号一为低电平状态时，无法与调制信号二复合，本发明举例中调制方式一选择的调制方式为OOK调制，数字信号流一采用的编码方式为图3所示的编码方式。
本发明中的两种调制方式复合，调制方式一以图5所示的调制方式为例，调制方式二以图4所示的调制方式为例，分别以调制方式一、二调制两路信号。
如图4，5所示的调制两路信号的复合调制方式以图6为例，表示的是在调制方式一的高电平位置复合调制方式二。
将图3中的曼彻斯特码采用OOK调制方式(调制方式一)进行调制，在PPM调制(调制方式二)中，采用8-PPM调制方式，如图4所示。
本发明是在调制方式一(例如OOK调制)传输一路信号的同时，在其上复合调制方式二(例如PPM)，传输第二路信号。以OOK调制和PPM调制为例，在OOK上调制的信号假设是101100101信号，由于OOK调制方式是交替的高低电平信号，高电平代表的是传输信号1，低电平代表的是传输信号0，需要注意的是0或1的连续出现会造成时钟信号的提取困难，尤其在本方案中，连0的出现会导致调制信号二无法被附和到调制信号一上，所以采用曼彻斯特编码来对数字信号进行编码，曼彻斯特编码规则参考图3。
当OOK调制出现高电平时，可以在其上复合另一路信号，假设第二路信号采用的是8-PPM调制，在OOK调制方式的高电平时加入第二路需要传输的信号，所以在整个信号传输过程中相当于在一个信道中传输了两路信号，实现了发明中所说的双速率发射。
具体双速率传输实例：采用OOK调制，曼彻斯特编码方式，作为调制方式一，在其高电平位置附上另外一种调制方式二(8-PPM调制方式)，假设传输的第一路信号为101100101，曼彻斯特编码方式为10代表数字信号1,01代表数字信号0。
采用OOK调制方式对图3的一路数字信号的曼彻斯特码进行调制，其中OOK调制方式的高电平表示曼彻斯特码1，低电平信号表示曼彻斯特码0。
第二路信号采用8-PPM调制，其调制方式如图4所示，第二路信号调制到OOK的高电平，假设调制的第二路信号的为000010001001010011011001010100000001010010001001010，则复合后的调制的两路信号如图6所示的OOK调制方式复合8-PPM调制方式传输两路信号方式图。
为了避免调制的第二路信号出现不连续的情况，需将第一路信号取反，同样在高电平上加入第二路载波信号，如图7所示的两路信号两种方式复合调制图，这样的传输的第二路信号为000010001001010011011001010100000001010010001001010。
本发明在发射端，模数转换器将待传输的模拟信号转换成数字信号，缓存器将数据源发来的信息数据缓存,随后将数据按组送入编码器,进而对编码处理后的数据进行调制,转换成适合光路传输的已调信号，反码器的作用是将第一路信号取反，使之高低电平互换，保证调制在其上的第二路信号在解调端的连续性，经合并器将两路信号合并后，再将已调信号送入LED驱动电路驱动LED光源发光。在经过模数转换器以及编码器编码后的两路信号，以不同的调制方式进行调制，将第二路的高速信号以调制方式二进行调制，低速信号以调制方式一进行调制，用车联网中车灯信号的亮灭闪烁来表示高低电平，在闪烁信号为亮即为高电平时，开关一关闭，调制信号二与调制信号一合并作为已调信号调制到LED光源一上。由于调制信号二仅仅是在调制信号一的高电平位置进行合并，在光源二模块，在调制信号一之后进行反码器的反码操作，使调制信号一的高低电平互换，在调制信号一为高电平时，开关二关闭，调制信号二与调制信号一进行合并，将合并后的已调信号加载到LED光源二上。图8为本发明的操作流程图。
通过在接收端根据调制方式选择合适的解调方式，分别接收在发射端发射的两个车灯上的复合信号，从而将两车灯上的信号分别解调出来。随着通信技术的发展，现在移动发射机设备采用数字处理技术实现了兼顾多种调制方式，所以在现有的调制方式上复合另一种调制方式的本项发明是可实现的。
综上，本发明提供的基于LED车灯的双速率可见光通信发信机解决了车联网技术中传统发射机只能同时发射单一速率信号，不能同时发送高低速信号，从而降低了信道利用率的问题，本发明的核心部分在于经调制器的两种不同调制方式调制后的信号进行合并，利用调制方式的结合实现两种传输速率信号的发射，从而使得在车联网车与车之间的通信中可以同时传输两路信号(高速信号和低速信号)，提高了信道利用率。
本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于LED车灯的双速率可见光通信发信机，包括发射端，其特征在于：所述发射端包括AD转换器一、AD转换器二，所述AD转换器一的输出端与数据缓存模块一的输入端连接，数据缓存模块一的输出端与编码器一的输入端连接；所述AD转换器二的输出端与数据缓存模块二的输入端连接，数据缓存模块二的输出端与编码器二的输入端连接；所述编码器一的输出端以及编码器二的输出端分别连接光源一模块，同时所述编码器一的输出端以及编码器二的输出端还分别连接光源二模块；
所述AD转换器一将数据流一的模拟信号转换成数字信号，然后经过数据缓存模块一进行数据缓存，随后将缓存后的数字信号流一送入编码器一，编码器一将数字信号流一进行编码；所述AD转换器二将数据流二的模拟信号转换成数字信号，然后经过数据缓存模块二进行数据缓存，随后将缓存后的数字信号流二送入编码器二，编码器二将数字信号流二进行编码；
所述编码器一将数字信号流一、编码器二将数字信号流二分别送入光源一模块采用两种不同调制方式分别进行信号调制、信号合并以及发射；
所述编码器一将数字信号流一、编码器二将数字信号流二分别送入光源二模块采用两种不同调制方式分别进行信号调制、信号合并以及发射。
2.如权利要求1所述的基于LED车灯的双速率可见光通信发信机，其特征在于：所述光源一模块包括调制器一、调制器二，调制器一的输出端与合并器一的输入端连接，调制器二的输出端通过开关一与合并器一的输入端连接，所述合并器一的输出端通过阵列驱动模块一与LED光源一连接；所述调制器一的输入端与编码器一的输出端连接；所述调制器二的输入端与编码器二的输出端连接；
所述调制器一将编码器一输出的编码后的数字信号流一按照调制方式一进行调制，转换成适合光电传输的已调信号；调制器二将编码器二输出的编码后的数字信号流二按照调制方式二进行调制，将数字信号流二转换成适合光电传输的已调信号；调制器一和调制器二的两路已调信号在开关一闭合的情况下经过合并器一进行信号的整合，然后通过阵列驱动模块一的驱动作用驱动LED光源一发光传递信息。
3.如权利要求1所述的基于LED车灯的双速率可见光通信发信机，其特征在于：所述光源二模块包括调制器三、调制器四，调制器三的输入端与反码器的输出端连接，调制器三的输出端与合并器二的输入端连接，调制器四的输出端通过开关二与合并器二的输入端连接，合并器二的输出端通过阵列驱动模块二与LED光源二连接；所述反码器的输入端与编码器一的输出端连接；所述调制器四的输入端与编码器二的输出端连接；
所述编码器一输出的编码后的数字信号流一经过反码器，按照相反的规则将数字信号流一进行反码操作，使之与进入调制器一的数字信号互为反码，然后将此信号送入调制器三，调制器三选择调制方式一对此信号的进行调制，转换成适合光电传输的已调信号；调制器四将编码器二输出的编码后的数字信号流二按照调制方式二进行调制，将数字信号流二转换成适合光电传输的已调信号；调制器三和调制器四的两路已调信号在开关二闭合的条件下经过合并器二进行信号的整合，然后通过阵列驱动模块二的驱动作用驱动LED光源二发光传递信息。
4.如权利要求1所述的基于LED车灯的双速率可见光通信发信机，其特征在于：所述数据流一是指的数据源要发送的第一路模拟信号，此信号的传输速率编号为传输速率一。
5.如权利要求1所述的基于LED车灯的双速率可见光通信发信机，其特征在于：所述数据流二是指的数据源要发送的第二路模拟信号，此信号的传输速率编号为传输速率二。
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