CN106330308A - Led可见光通信设备及其自动切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED可见光通信设备，包括接收器，还包括：多个光电探测器，用于以分集接收的方式接收可见光信号并转换为电信号；加法器，用于对多个电信号进行加法计算形成输入信号给接收器；多个取样装置，用于对信道上的信号的信噪比进行取样；多个选通装置，用于控制选通装置所在的信道的通断以控制是否将信道上的电信号输出给接收器；以及控制装置，用于在通信传输速率小于预设通信传输速率时控制加法器工作，并在通信传输速率大于或者等于预设通信传输速率时控制多个取样装置工作，并控制取样值最大的信号所在的信道上的选通装置导通。上述LED可见光通信设备能够确保通信畅通。还涉及一种LED可见光通信自动切换方法。

Description

LED可见光通信设备及其自动切换方法

技术领域

本发明涉及光无线通信技术领域，特别是涉及LED可见光通信设备，还涉及一种LED可见光通信自动切换方法。

背景技术

可见光通信(Visible Light Communication，VLC)是以LED为载体的新兴光无线通信技术。作为一种全新的高速数据接入模式，与传统的射频通信和其他光无线通信相比，可见光通信具有保密、安全、高速、宽频谱、实用以及低投资等突出优点，应用范围较为广阔。在可见光通信系统中，当接收端从其中一个基站转移到另外一个基站时，需要接收端自动对接入点进行切换。如何在自动切换过程中确保通信畅通是必须要解决的技术问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够确保通信顺畅的LED可见光通信设备。

一种LED可见光通信设备，包括接收器，还包括：多个光电探测器，用于以分集接收的方式接收可见光信号并转换为电信号；加法器，分别与多个光电探测器连接、所述接收器连接，用于对所述多个光电探测器输出的电信号进行加法计算形成输入信号给所述接收器；多个取样装置，分别设置于每一个光电探测器的输出信道上，用于对信道上的信号的信噪比进行取样并输出取样值；多个选通装置，分别设置于每一个光电探测器的输出信道上且分别与取样装置、所述接收器连接，用于控制所述选通装置所在的信道的通断以控制是否将所述信道上的电信号输出给所述接收器；以及控制装置，分别与所述加法器、所述多个取样装置以及所述多个选通装置连接；所述控制装置用于在可见光通信传输速率小于预设通信传输速率时，控制所述加法器工作；所述控制装置还用于在所述可见光通信传输速率大于或者等于所述预设通信传输速率时，控制所述多个取样装置工作；所述控制装置还用于对所述多个取样装置输出的取样值进行比较并控制取样值最大的信号所在的信道上的选通装置导通。

在其中一个实施例中，所述多个光电探测器在一半球面上分布。

在其中一个实施例中，所述预设通信传输速率为100兆比特每秒。

在其中一个实施例中，所述控制装置还用于判断所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型是否唯一；所述控制装置还用于在所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型唯一且可见光通信传输速率小于预设通信传输速率时，控制所述加法器工作；所述控制装置还用于在所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型唯一且所述可见光通信传输速率大于或者等于所述预设通信传输速率时，控制所述多个取样装置工作。

在其中一个实施例中，所述控制装置还用于在所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型不唯一时，根据各网络类型的优先等级控制具有最高优先等级的可见光信号所在信道的选通装置导通以将所述可见光信号输出给所述接收器。

在其中一个实施例中，所述控制装置根据各网络类型的优先等级控制具有最高优先等级的可见光信号所在的信道上的选通装置导通之前还需要判断所述具有最高优先等级的可见光信号的信号强度是否满足通信需求，并在所述具有最高优先等级的可见光信号的信号强度满足通信需求时，控制其所在的信道上的选通装置导通。

在其中一个实施例中，所述控制装置还用于在所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型不唯一时，获取待接入网络类型的接入时延和切换时延；所述控制装置还用于根据所述接入时延和所述切换时延确定切换启动点。

还提供一种LED可见光通信自动切换方法。

一种LED可见光通信自动切换方法，包括步骤：通过多个光电探测器以分集接收的方式接收可见光信号并转换为电信号；获取可见光通信传输速率并判断可见光通信传输速率是否小于预设通信传输速率；若是，则对所述多个光电探测器输出的电信号进行加法计算形成输入信号后给接收器；若否，则分别对所述多个光电探测器的输出信道上的信号的信噪比进行取样并输出取样值；对多个取样值进行比较并将取样值最大的信号输出给所述接收器。

在其中一个实施例中，所述获取可见光通信传输速率并判断可见光通信传输速率是否小于预设通信传输速率的步骤之前还包括步骤：判断所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型是否唯一；若所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型唯一，则执行所述获取可见光通信传输速率并判断可见光通信传输速率是否小于预设通信传输速率的步骤。

在其中一个实施例中，所述判断所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型是否唯一的步骤中，若所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型不唯一，则根据各网络类型的优先等级控制具有最高优先等级的可见光信号输出给所述接收器。

上述LED可见光通信设备及LED可见光通信自动切换方法，通过多个光电探测器以分集接收的方式接收可见光信号从而提高接收效果。并且，根据通信传输速率以及各光电探测器接收到的信号的信噪比对接入接收器中的信道进行自行判决和选择，从而确保通信畅通。

附图说明

图1为一实施例中的LED可见光通信设备的结构框图；

图2为一具体实施例中的LED可见光通信设备的等效结构框图；

图3为另一具体实施例中的LED可见光通信设备的等效结构框图；

图4为一实施例中的LED可见光通信自动切换方法的流程图；

图5为另一实施例中的LED可见光通信自动切换方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一实施例中的LED可见光通信设备，其包括接收器，作为可见光通信中的接收端。在其他的实施例中，LED可见光通信设备还可以包括LED发射器，即LED可见光通信设备同时作为接收端和发送端。图1为一实施例中的LED可见光通信设备的结构框图，其包括多个光电探测器110、加法器120、接收器130、多个取样装置140、多个选通装置150以及控制装置160。

多个光电探测器110用于以分集接收的方式接收发送端发出的可见光信号并将其转换为电信号后输出。多个光电探测器110均匀分布于一个半球面，从而既能减少光电探测器110的数量同时也能够提高接收效果。因此，只要LED可见光通信设备不是被完全遮住，通信就不会中断。光电探测器110的数量以及布局可以根据具体应用环境和通信性能要求进行确定，并不限于某一具体值。

加法器120分别与多个光电探测器110连接，并与接收器130连接。加法器120用于对多个光电探测器110输出的电信号进行加法计算形成输入信号后输出给接收器130。接收器130则会对输入信号进行相应的处理，以获取相关数据信息。

取样装置140的数量与光电探测器110的数量相同。取样装置140与光电探测器110一对一连接，并且取样装置140设置于光电探测器110的输出信道上。取样装置110用于对其所在信道上的信号的信噪比进行取样并输出取样值。

选通装置150的数量与取样装置140的数量相同。选通装置150设置于光电探测器110的输出信道上且与取样装置140一对一连接。选通装置150通过其自身的通断来控制其所在信道上的通断，进而控制是否将该信道上的信号输出给接收器130。

控制装置160分别与加法器120、取样装置140以及选通装置150连接。控制装置160用于对可见光通信过程中的通信传输速率进行检测并判断该通信传输速率是否小于预设通信传输速率。预设通信传输速率用于对通信传输速率进行等级划分，将其划分为高速率以及低速率两个等级。在本实施例中，预设通信传输速率为100兆比特每秒，即小于该预设通信传输速率为低速率，而大于或者等于该预设通信传输速率则为高速率。在其他的实施例中，预设通信传输速率可以设定为其他合理数值。控制装置160在判断出通信传输速率小于预设通信传输速率时，控制加法器120进入工作，从而对各光电探测器110输出的电信号进行加法计算形成输入信号输出给接收器130，进而提高输入信号的总体功率。图2为加法器120工作时LED可见光通信设备的等效结构框图。当控制装置160判断出通信传输速率大于或者等于预设通信传输速率时，控制装置160会控制取样装置140对其所在的信道中的信号的信噪比进行取样，同时控制加法器120不进入工作。控制装置160会根据取样装置140获取到的多个取样值进行比较判断。控制装置160会控制取样值(即信噪比)最大的信号所在的信道上的选通装置150导通，从而将该信道上的信号发送给接收器130。图3为高速率通信过程中LED可见光通信设备的等效结构图。通过控制装置160对信道进行自动判决和选择，可以避免码间串扰影响。在高速通信中，信噪比最大的方向为直射链接的方向，即最佳接收方向。

上述LED可见光通信设备，通过多个光电探测器110分集接收可见光信号从而提高接收效果。并且，根据通信传输速率以及各光电探测器接收到的信号的信噪比对接入接收器中的信道进行自行判决和选择，从而可以在接入点自动切换过程中保证通信系统畅通，能够很好地克服不同路径引起的码间干扰的影响。当LED可见光通信设备的位置发生变化或者有其他物体对通信进行干扰时，其也能够自行进行判决和选择，以保证通信系统的畅通。上述LED可见光通信设备其信噪比平均可提高2dB，有效提高了系统性能。

在一实施例中，由于可见光信号的网络类型并不唯一，因此控制装置160还会对多个光电探测器110接收到的可见光信号的网络类型是否唯一进行判断。控制装置160在判断出多个光电探测器110接收到的可见光信号的网络类型唯一时，才会根据可见光通信传输速率的大小进行相应的操作，以控制加法器120、取样装置140以及选通装置150的工作状态，从而对发送到接收器130的可见光信号进行控制。具体地，控制装置160在多个光电探测器110接收到的可见光信号的网络类型唯一且可见光通信输出速率小于预设通信传输速率时，控制加法器120工作。控制装置160在多个光电探测器110接收到的可见光信号的网络类型唯一且可见光通信输出速率大于或者等于预设通信传输速率时，控制多个取样装置140工作，进而根据取样装置140的取样值控制选通装置150的通断。

当控制装置160判断出多个光电探测器110接收到的可见光信号的网络类型不唯一时，控制装置160会获取相应网络类型的优先等级，并根据各自的优先等级控制具有最高优先等级的可见光信号所在信道的选通装置150导通，从而实现该网络类型的可见光信号的接入。网络类型的优先级别可以由用户进行自定义，也可以默认设置。具体地，控制装置160在控制具有最高优先等级的可见光信号发送到接收器130时，还需要先判断具有最高优先等级的可见光信号的信号强度是否满足通信需求，如果不满足，则控制网络类型为当前接入网络类型且信噪比最大的可见光信号所在信道的选通装置150导通。由于接入过程中存在接入时延以及切换时延，为保证通信不会中断，控制装置160会根据该网络类型的接入时延以及切换时延确定切换启动点，从而保证通信畅通。控制装置160通过自学习方法得到不同网络类型的接入时延以及切换时延，从而在该网络类型接入时，可以选择合适的切换启动点，避免乒乓切换。

一实施例中的LED可见光通信自动切换方法，用于实现LED可见光通信设备在不同接入点之间的切换。图4为一实施例中的LED可见光通信自动切换方法的流程图，包括以下步骤：

S410，通过多个光电探测器以分集接收的方式接收可见光信号并转换为电信号。

多个光电探测器均匀分布于一个半球面，从而既能减少光电探测器的数量同时也能够提高接收效果。因此，只要LED可见光通信设备不是被完全遮住，通信就不会中断。光电探测器的数量以及布局可以根据具体应用环境和通信性能要求进行确定，并不限于某一具体值。

S420，获取可见光通信传输速率并判断通信传输速率是否小于预设通信传输速率。

预设通信传输速率用于对通信传输速率进行等级划分，将其划分为高速率以及低速率两个等级。在本实施例中，预设通信传输速率为100兆比特每秒，即小于该预设通信传输速率则低速率，而大于或者等于该预设通信传输速率则为高速率。在其他的实施例中，预设通信传输速率可以设定为其他合理数值。若判断出可见光通信传输速率小于预设通信传输速率则执行步骤S450，反之执行步骤S430～S440。

S430，分别对多个光电探测器的输出信道上的信号的信噪比进行采样并输出采样值。

S440，对多个取样值进行比较并将取样值最大的信号输出给接收器。

通过对信道进行自动判决和选择，可以避免码间串扰影响。在高速通信中，信噪比最大的方向为直射链接的方向，即最佳接收方向。

S450，对多个光电探测器输出的电信号进行加法计算形成输入信号后发送给接收器。

在低速率通信传输过程中，可以将多个信号直接相加，提高接收信号的总体功率。

上述LED可见光通信自动切换方法，通过多个光电探测器以分集接收的方式接收可见光信号从而提高接收效果。并且，根据通信传输速率以及各光电探测器接收到的信号的信噪比对接入接收器中的信道进行自行判决和选择，从而可以在实现接入点自动切换过程保证通信系统畅通，能够很好地克服不同路径引起的码间干扰的影响。并且当LED可见光通信设备的位置发生变化或者有其他物体对通信进行干扰时，其也能够自行进行判决和选择，以保证通信系统的畅通。采用上述LED可见光通信自动切换方法的LED可见光通信设备其信噪比平均可提高2dB，有效提高了系统性能。

图5为另一实施例中的LED可见光通信自动切换方法，包括以下步骤：

S510，通过多个光电探测器以分集接收的方式接收可见光信号并转换为电信号。

S520，判断多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型是否唯一。

可见光信号的网络类型具有多样化，因此需要对接收到的可见光信号的网络类型的唯一性进行判断。当判断出多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型唯一时，执行步骤S530～S560，反之则执行步骤S570。

S530，获取可见光通信传输速率并判断通信传输速率是否小于预设通信传输速率。

S540，分别对多个光电探测器的输出信道上的信号的信噪比进行采样并输出采样值。

S550，对多个取样值进行比较并将取样值最大的信号输出给接收器。

S560，对多个光电探测器输出的电信号进行加法计算形成输入信号后发送给接收器。

S570，根据网络类型的优先等级控制具有最高优先等级的可见光信号输出给接收器。

具体地，在控制具有最高优先等级的可见光信号输出给接收器时，还需要判断该可见光信号的信号强度是否满足通信需求，从而避免出现乒乓切换。网络类型的优先级别可以由用户进行自定义，也可以默认设置。仅在该可见光信号的信号强度满足通信需求时才会控制该可见光信号的接入。并且，由于接入过程中存在接入时延以及切换时延，因此需要综合接入时延以及切换时延确定合适的切换启动点，从而确保通信畅通且不会出现乒乓切换。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种LED可见光通信设备，包括接收器，其特征在于，还包括：

多个光电探测器，用于以分集接收的方式接收可见光信号并转换为电信号；

加法器，分别与多个光电探测器连接、所述接收器连接，用于对所述多个光电探测器输出的电信号进行加法计算形成输入信号给所述接收器；

多个取样装置，分别设置于每一个光电探测器的输出信道上，用于对信道上的信号的信噪比进行取样并输出取样值；

多个选通装置，分别设置于每一个光电探测器的输出信道上且分别与取样装置、所述接收器连接，用于控制所述选通装置所在的信道的通断以控制是否将所述信道上的电信号输出给所述接收器；以及

控制装置，分别与所述加法器、所述多个取样装置以及所述多个选通装置连接；所述控制装置用于在可见光通信传输速率小于预设通信传输速率时，控制所述加法器工作；所述控制装置还用于在所述可见光通信传输速率大于或者等于所述预设通信传输速率时，控制所述多个取样装置工作；所述控制装置还用于对所述多个取样装置输出的取样值进行比较并控制取样值最大的信号所在的信道上的选通装置导通。

2.根据权利要求1所述的LED可见光通信设备，其特征在于，所述多个光电探测器在一半球面上分布。

3.根据权利要求1所述的LED可见光通信设备，其特征在于，所述预设通信传输速率为100兆比特每秒。

4.根据权利要求1所述的LED可见光通信设备，其特征在于，所述控制装置还用于判断所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型是否唯一；所述控制装置还用于在所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型唯一且可见光通信传输速率小于预设通信传输速率时，控制所述加法器工作；所述控制装置还用于在所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型唯一且所述可见光通信传输速率大于或者等于所述预设通信传输速率时，控制所述多个取样装置工作。

5.根据权利要求4所述的LED可见光通信设备，其特征在于，所述控制装置还用于在所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型不唯一时，根据各网络类型的优先等级控制具有最高优先等级的可见光信号所在信道的选通装置导通以将所述可见光信号输出给所述接收器。

6.根据权利要求5所述的LED可见光通信设备，其特征在于，所述控制装置根据各网络类型的优先等级控制具有最高优先等级的可见光信号所在的信道上的选通装置导通之前还需要判断所述具有最高优先等级的可见光信号的信号强度是否满足通信需求，并在所述具有最高优先等级的可见光信号的信号强度满足通信需求时，控制其所在的信道上的选通装置导通。

7.根据权利要求5所述的LED可见光通信设备，其特征在于，所述控制装置还用于在所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型不唯一时，获取待接入网络类型的接入时延和切换时延；所述控制装置还用于根据所述接入时延和所述切换时延确定切换启动点。

8.一种LED可见光通信自动切换方法，包括步骤：

通过多个光电探测器以分集接收的方式接收可见光信号并转换为电信号；

获取可见光通信传输速率并判断可见光通信传输速率是否小于预设通信传输速率；

若是，则对所述多个光电探测器输出的电信号进行加法计算形成输入信号后给接收器；

若否，则分别对所述多个光电探测器的输出信道上的信号的信噪比进行取样并输出取样值；对多个取样值进行比较并将取样值最大的信号输出给所述接收器。

9.根据权利要求8所述的LED可见光通信自动切换方法，其特征在于，所述获取可见光通信传输速率并判断可见光通信传输速率是否小于预设通信传输速率的步骤之前还包括步骤：

判断所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型是否唯一；

若所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型唯一，则执行所述获取可见光通信传输速率并判断可见光通信传输速率是否小于预设通信传输速率的步骤。

10.根据权利要求9所述的LED可见光通信自动切换方法，其特征在于，所述判断所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型是否唯一的步骤中，若所述多个光电探测器接收到的可见光信号的网络类型不唯一，则根据各网络类型的优先等级控制具有最高优先等级的可见光信号输出给所述接收器。