CN108306681A - 一种无线通讯系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线通讯系统及方法，涉及通讯技术领域，以解决电磁波干扰无线通讯的传输信号，无线通讯的效果差的技术问题。本发明所述的无线通讯系统包括发射端和至少一个接收端；发射端用于将通讯报文转化为发射电信号，通讯报文为数字信号；还用于将发射电信号转化为目标光信号，向接收端发送目标光信号；接收端用于接收目标光信号，将目标光信号转化为接收电信号；还用于将接收电信号转化为目标数字信号，并对与目标数字信号进行处理，目标数字信号与接收电信号对应。本发明所述的无线通讯系统能够避免无线通讯中电磁波的干扰。

Description

一种无线通讯系统及方法

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种无线通讯系统及方法。

背景技术

随着通讯技术的发展，越来越多的通讯设备出现在人们的生活中，由于有线通讯中的各个通讯设备之间需要用连接线连接，故布线较复杂，带来诸多不便，因此，无线通讯成为了现阶段通讯技术的主要发展方向之一。

在现有技术中，无线通讯是基于电磁波传播来传递信号的，常用的无线通讯技术有WiFi(WIreless-Fidelity，无线宽带)、蓝牙、Zigbee(紫蜂协议)以及GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线服务)等等。但是由于人们的生活空间中充斥着各种各样的电磁波，电磁波之间很容易会造成干扰，使得无线通讯传输信号的质量下降，从而影响无线通讯的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种无线通讯系统，以解决无线通讯系统受到电磁波的影响的问题，从而提高无线通讯的效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无线通讯系统，所述无线通讯系统包括发射端和至少一个接收端；

所述发射端用于将通讯报文转化为发射电信号，所述通讯报文为数字信号；还用于将所述发射电信号转化为目标光信号后发送给所述接收端；

所述接收端用于接收所述目标光信号，将所述目标光信号转化为接收电信号；还用于将所述接收电信号转化为目标数字信号，并对所述目标数字信号进行处理，所述目标数字信号与所述接收电信号对应。

具体的，所述发射端包括第一控制器、与所述第一控制器连接的第一收发器以及与所述第一收发器连接的发光二极管；

所述第一控制器用于将所述通讯报文传输给所述第一收发器；

所述第一收发器用于将所述通讯报文转化为所述发射电信号，并将所述发射电信号传输给所述发光二极管；

所述发光二极管用于根据所述发射电信号，生成并发送与所述发射电信号对应的所述目标光信号。

具体的，所述接收端包括光电传感器、与所述光电传感器连接的第二收发器以及与所述第二收发器连接的第二控制器；

所述光电传感器用于接收所述目标光信号，将所述目标光信号转化为所述接收电信号，并将所述接收电信号传输给所述第二收发器；

所述第二收发器用于将所述接收电信号转化为所述目标数字信号，将所述目标数字信号传输给所述第二控制器；

所述第二控制器对所述目标数字信号进行处理。

进一步的，所述无线通讯系统包括两个或两个以上的所述接收端；所述无线通讯系统还包括信号中转装置，所述信号中转装置用于接收所述发射端发送的所述目标光信号，并将所述目标光信号分别转发给两个或两个以上的所述接收端，其中，两个或两个以上的所述接收端接收到的所述目标光信号相同。

进一步的，所述目标光信号为红外光信号。

进一步的，所述通讯报文包括帧起始、控制场、循环冗余校验码序列场、数据场和帧结束。

相对于现有技术，本发明所述的无线通讯系统具有以下优势：

本发明所述的无线通讯系统中，发射端将通讯报文转化为发射电信号，在将发射电信号转化为目标光信号发送给接收端，接收端将目标光信号转化为接收电信号，再将接收电信号转化为目标数字信号，对目标数字信号进行处理；与现有技术中利用电磁波传输通讯报文的内容的无线通讯系统相比，本发明中的无线通讯系统在发射端和接收端之间利用光信号来传输通讯报文的内容，从而避免了空间中的各种电磁波对无线通讯系统传输的通讯报文的内容的影响，从而提高了无线通讯传输信号的质量，提高了无线通讯的效果。

本发明的另一目的在于提出一种无线通讯方法，以解决无线通讯系统受到电磁波的影响的问题，从而提高无线通讯的效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无线通讯方法，所述无线通讯方法包括：

发射端将通讯报文转化为发射电信号，所述通讯报文为数字信号；

所述发射端将所述发射电信号转化为目标光信号，向接收端发送所述目标光信号；

所述接收端接收所述目标光信号，将所述目标光信号转化为接收电信号；

所述接收端将所述接收电信号转化为目标数字信号，并对与所述目标数字信号进行处理，所述目标数字信号与所述接收电信号对应。

具体的，所述接收端包括光电传感器，所述目标光信号的位速率大于或等于光频率阈值，所述光频率阈值为所述光电传感器检测到的光信号的最小频率。

进一步的，所述通讯报文包括帧起始、控制场、循环冗余校验码序列场、数据场和帧结束。

进一步的，所述无线通讯方法还包括：

所述接收端对与所述目标数字信号进行检测；

所述接收端每检测到一次所述目标数字信号错误，控制错误计数加一；

当所述错误计数大于或等于第一错误阈值时，所述接收端向所述发射端发送错误通知报文，所述错误通知报文为光信号；

当所述错误计数大于或等于第二错误阈值时，所述接收端向所述发射端发送停止通知报文，所述停止通知报文为光信号，所述第二错误阈值大于所述第一错误阈值；

所述发射端接收所述停止通知报文，在预设时间段内停止向所述接收端发送所述目标光信号。

相对于现有技术，本发明所述的无线通讯方法具有以下优势：

所述无线通讯方法与上述无线通讯系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一所述的无线通讯系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二所述的无线通讯系统的结构示意图；

图3为本发明实施例三所述的无线通讯系统的结构示意图；

图4为本发明实施例四所述的通讯报文的形式示意图；

图5为本发明实施例五所述的无线通讯方法的流程图；

图6为本发明实施例六所述的无线通讯方法的流程图。

10-无线通讯系统，11-发射端，12-接收端，111-第一控制器，112-第一收发器，113-光电传感器，121-第二控制器，122-第二收发器，123-光电传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

请参阅图1，本发明实施例提供了一种无线通讯系统10，该无线通讯系统包括发射端11和至少一个接收端12；发射端11用于将通讯报文转化为发射电信号，通讯报文为数字信号；还用于将发射电信号转化为目标光信号后发送给接收端12；接收端12用于接收目标光信号，将目标光信号转化为接收电信号；还用于将接收电信号转化为目标数字信号，并对与目标数字信号进行处理，目标数字信号与接收电信号对应。

该无线通讯系统10可以应用于机房、车辆、飞机等环境中，需要说明的是，发射电信号和接收电信号均为电信号，可用高、低电平表示；目标光信号为光信号，可以用光的亮、灭状态表示；通讯报文和目标数字信号均为数字信号，可以用逻辑1、0表示；比如，数字信号中的逻辑1可以转化为电信号中的高电平，电信号中的高电平可以转化为光信号的光的亮状态，数字信号中的逻辑0可以转化为电信号中的低电平，电信号中的低电平可以转化为光信号的光的灭状态。发射电信号、目标光信号、接受电信号和目标数字信号均包括通讯报文中的内容。其中，为了进一步增大接收端12接收到发射端11发射来的目标光信号的成功率，发射端11发射的目标光信号具有一定的扩散角度，一方面，若该无线通讯系统10安装于可运动的物体上，可以防止在传输目标光信号时发生抖动而影响接收端12接收效果的情况；另一方面，目标光信号具有一定的扩散角度，也可以使得目标光信号同时传输给多个不同的接收端12，这多个不同的接收端12接收到的目标光信号是相同的。

本发明所述的无线通讯系统10中，发射端11将通讯报文转化为发射电信号，在将发射电信号转化为目标光信号发送给接收端12，接收端12将目标光信号转化为接收电信号，再将接收电信号转化为目标数字信号，对目标数字信号进行处理；与现有技术中利用电磁波传输通讯报文的内容的无线通讯系统相比，本发明中的无线通讯系统10在发射端11和接收端12之间利用光信号来传输通讯报文的内容，从而避免了空间中的各种电磁波对无线通讯系统10传输的通讯报文的内容的影响，从而提高了无线通讯传输信号的质量，提高了无线通讯的效果。

实施例二

请参阅图2，实施例一中的无线通讯系统10中的发射端11包括第一控制器111、与第一控制器111连接的第一收发器112以及与第一收发器112连接的发光二极管LED1；第一控制器111用于将通讯报文传输给第一收发器112，具体的，第一控制器111可集成在微控制单元(MCU，Microcontroller Unit)中；第一收发器112用于将通讯报文转化为发射电信号，并将发射电信号传输给发光二极管LED1；发光二极管LED1用于根据发射电信号，生成并发送与发射电信号对应的目标光信号。

无线通讯系统10中的接收端12包括光电传感器123、与光电传感器123连接的第二收发器122以及与第二收发器122连接的第二控制器121，具体的，第二控制器121可以集成在微控制单元MUC中；光电传感器123用于接收目标光信号，将目标光信号转化为接收电信号，并将接收电信号传输给第二收发器122；第二收发器122用于将接收电信号转化为目标数字信号，将目标数字信号传输给第二控制器121；第二控制器121对目标数字信号进行处理。

需要说明的是，接收端12中还可以设置发光二极管LED2，发射端11中也可以设置光电传感器113，在接收端12需要向发射端11发送反馈报文时，接收端12可以通过第二收发器122将数字信号形式的反馈报文转化为电信号，再将该电信号通入发光二极管LED2，使发光二极管LED2发出与该电信号对应的光信号，从而将光信号向发射端11发送，发射端11中的光电传感器113接收接收端12发送来的光信号，并将光信号转化为电信号，再通过第一收发器112将该电信号转化为数字信号，供第一控制器111进行处理。接收端12和发射端11具体可以为电子控制单元(ECU，Electronic Control Unit)。

值得注意的是，上述实施例中的光信号可以为红外光、其他类型的不可见光或可见光，由于红外线波长较可见光长，传播效果更好，且对人危害性小，因此，本发明实施例中的光信号优选为红外光信号。因为自然光、灯光等光线含有红外线，可能会对发射端11和接收端12之间传输信号使用的光信号产生干扰，因此，本发明实施例中的无线通讯系统10适用于密闭环境、室内环境，或通过导光条来传输光信号，从而避免其他光对光信号的干扰。比如，在本发明实施例中的无线通讯系统10应用于车辆、飞机中时，可以将无线通讯系统10设置在机舱、驾驶舱、行李舱内部以及座椅、仪表台、中控台等设备的底部或内部。

在无线通信系统10具有一个发射端11和一个接收端12时，发射端11和接收端12之间的目标光信号为直线传播，发射端11和接收端12之间的距离由发射端11、接收端12的发光二极管的发出的光能够传输的最远距离决定，设发射端11、接收端12的发光二极管的发出的光能够传输的最远距离为Lpp，则发射端11和接收端12之间的距离应小于或等于Lpp。

实施例三

当无线通讯系统10包括两个或两个以上的接收端12时，无线通讯系统10还可以包括信号中转装置，信号中转装置用于接收发射端11发送的目标光信号，并将目标光信号分别转发给两个或两个以上的接收端12，其中，两个或两个以上的接收端12接收到的目标光信号相同。具体的，信号中转装置可以为棱镜、或者塑料制成的具有反射和折射功能的装置。比如，如图3所示，无线通讯系统包括发射端A、接收端B1、接收端B2和用作信号中转装置的棱镜C，其中，发射端A发射的目标光信号通过棱镜C反射至接收端B2，折射至接收端B1，需要注意的是，折射至接收端B1的光信号、反射至接收端B2的光信号与发射端A发射的目标光信号相同。设棱镜的反射率为k1，折射率为k2，发射端A与棱镜C的距离为L1，接收端B2与棱镜C的距离为L2，接收端B1与棱镜C的距离为L3，设发射端A中设置的发光二极管发出的光能够传输的最远距离为Lpp，则L2≤k1*(Lpp-L1)，L3≤k2*(Lpp-L1)。

实施例四

上述实施例中利用目标光信号来传输通讯报文的内容，请参照图4，具体的，通讯报文包括帧起始(SOF，Start Of Frame)、控制场(CF，Control Field)、循环冗余校验码序列场(CRC，Cyclic Redundancy Check)、数据场(DF，DataField)和帧结束(EOF，End Of Frame)。其中，帧起始表示一帧通讯报文的起始，帧起始由五个位组成，具体前两位为逻辑1，后三位为逻辑0，当接收方在总线空闲时接收到目标光信号中与帧起始对应的亮、灭状态时，认为一帧通讯报文开始传输，总线空闲是除去通讯报文的固定帧格式后的逻辑0状态或低电平状态或光的灭状态，在总线空闲中，发射端和接收端均不发送通讯报文。控制场表示数据场的长度，用来标记发送端控制场由四个位组成，其中控制场的具体组成与代表意义请参见下方的表一，数据场的长度的单位为字节。

控制场	数据场长度	控制场	数据场长度
				0000	数据场无效	0100	4
0001	1	0101	5
				0010	2	0110	6
0011	3	0111	7
				1000	8	1001～1111	数据场无效

表一

循环冗余校验码序列场用于校验数据场中的数据的正确性，由十五个位组成，适用于检测位数低于127位的帧，比如BCH(Bose Ray-ChaudhuriHocquenghem)码；具体的，可以采用CRC计算方法，用由组成控制场和数据场的位得到的多项式除以多项式X¹⁵+X¹⁴+X¹⁰+X⁸+X⁷+X⁴+X³+1，相当于除以序列1100010110011001，得到的余数若与循环冗余校验码序列场相同，则表示数据场中传输的数据是正确的，若得到的余数与循环冗余校验码序列场不同，则表示数据场中传输的数据是错误的。数据场是需要接收端接收、存储和处理的命令段，由1～8个字节组成，且字节数为整数，每相邻的两个字节间设有一个与前一字节的最后一位逻辑相反的位。帧结束表示一帧通讯报文的结束，由十一个位组成，具体可为一个逻辑1和十个逻辑0组成。

一帧通讯报文和另一帧通讯报文之间具有帧间空间，也就是说，帧间空间为两帧通讯报文之间的间隔，帧间空间的位长度需要大于十位连续的逻辑0，也就是说，在连续的十位的时间内，接收方检测到发送方的发光二极管处于灭状态。

值得一提的是，上述实施例中的接收端11和发射端12在上电后，均需要先进行初始化自检，开始初始化自检到初始化自检结束的时间应在1000ms内。

需要说明的是，上述实施例中的通讯报文的形式并不限于上述一种，其他形式的通讯报文也能够经过两次转化，转化为光信号进行通讯，能够转化为光信号的通讯报文的形式均属于本发明的保护范围内。

实施例五

请参阅图5，本发明实施例提供了一种无线通讯方法，应用于上述实施例中的无线通讯系统中，该无线通讯方法包括：

步骤201，发射端将通讯报文转化为发射电信号，通讯报文为数字信号。

步骤202，发射端将发射电信号转化为目标光信号，向接收端发送目标光信号。

步骤203，接收端接收目标光信号，将目标光信号转化为接收电信号。

步骤204，接收端将接收电信号转化为目标数字信号，并对目标数字信号进行处理，目标数字信号与接收电信号对应。

上述步骤201～步骤204的具体说明内容请参照实施例一至实施例四的内容，在此不再赘述。

本发明所述的无线通讯方法中，发射端将通讯报文转化为发射电信号，在将发射电信号转化为目标光信号发送给接收端，接收端将目标光信号转化为接收电信号，再将接收电信号转化为目标数字信号，对目标数字信号进行处理；与现有技术中利用电磁波传输通讯报文的内容的无线通讯系统相比，本发明中的无线通讯系统在发射端和接收端之间利用光信号来传输通讯报文的内容，从而避免了空间中的各种电磁波对无线通讯系统传输的通讯报文的内容的影响，从而提高了无线通讯传输信号的质量，提高了无线通讯的效果。

实施例六

请参阅图6，当上述实施例中的无线通讯系统中信号的传输出现错误时，在实施例五的基础上，无线通讯方法还包括步骤205～步骤209，步骤205～步骤209具体内容如下：

步骤205，接收端对目标数字信号进行检测；其中，接收端对目标数字信号进行检测，确定目标数字信号是否出现错误，由于目标数字信号包含通讯报文中的内容，因此，目标数字信号错误包括格式错误、DLC(Data Link Control，数据链路控制)错误、CRC错误等，其中，格式错误主要集中在帧起始和帧结束，指接收端接收并转化最终得到的目标数字信号与通讯报文的固定格式不匹配；DLC错误指目标数字信号中的数据场的字节数与控制场表示的字节数不同；CRC错误指CRC序列场的数值与控制场、数据场经CRC计算后的数值不匹配。

步骤206，接收端每检测到一次目标数字信号错误，控制错误计数加一；可以在接收端中设置一计数器用于计算错误计数，每检测到一次目标数字信号错误，控制计数器的错误计数加一，每检测到一次目标信号正确，控制计算器的错误计数减一。

步骤207，当错误计数大于或等于第一错误阈值时，接收端向发射端发送错误通知报文；其中，错误通知报文为光信号，用于通知发射端在目标光信号传输过程中出现了错误。第一错误阈值可根据无线通讯系统期望的准确率设置，比如，第一错误阈值可为8，即一个字节的长度。在发射端得知自身发送的目标光信号出现错误时，发射端线发送错误帧，之后重新发送目标光信号，其中，错误帧为光信号。

步骤208，当错误计数大于或等于第二错误阈值时，接收端向发射端发送停止通知报文；其中，停止通知报文为光信号，用于通知发射端停止目标光信号的发送，停止通知报文属于反馈报文。第二错误阈值也可根据无线通讯系统期望的准确率设置，第二错误阈值大于第一错误阈值，比如，第二错误阈值为16，即两个字节的长度。

步骤209，发射端接收停止通知报文，在预设时间段内停止向接收端发送目标光信号；其中，停止通知报文属于反馈报文，发射端在接收到接收端发送的停止通知报文后，停止发送目标光信号一段时间T_timeout，T_timeout为预设时间段，在预设时间段过后，再重新发送目标光信号，此时，接收端的错误计数恢复至第一错误阈值。

需要说明的是，接收端包括光电传感器，该光电传感器能够检测到的有效光信号的最小频率为f，则在接收端和发射端之间传输的目标光信号的位速率大于或等于f。通讯报文包括帧起始、控制场、循环冗余校验码序列场、数据场和帧结束，其具体内容请参见实施例四，在此不再赘述。

本发明实施例中的无线通讯方法，提出了当目标光信号在发射端和接收端之间传输时出现错误的解决方法，提高了无线通讯的准确性和稳定性，从而进一步提高了无线通讯的效果。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于无线通讯方法的实施例而言，由于其基本相似于无线通讯系统的实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见无线通讯系统的实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线通讯系统(10)，其特征在于，所述无线通讯系统(10)包括发射端(11)和至少一个接收端(12)；其中，

所述发射端(11)用于将通讯报文转化为发射电信号，所述通讯报文为数字信号；还用于将所述发射电信号转化为目标光信号后发送给所述接收端(12)；

所述接收端(12)用于接收所述目标光信号，将所述目标光信号转化为接收电信号；还用于将所述接收电信号转化为目标数字信号，并对所述目标数字信号进行处理，所述目标数字信号与所述接收电信号对应。

2.根据权利要求1所述的无线通讯系统(10)，其特征在于，所述发射端(11)包括第一控制器(111)、与所述第一控制器(111)连接的第一收发器(112)以及与所述第一收发器(112)连接的发光二极管；

所述第一控制器(111)用于将所述通讯报文传输给所述第一收发器(112)；

所述第一收发器(112)用于将所述通讯报文转化为所述发射电信号，并将所述发射电信号传输给所述发光二极管；

所述发光二极管用于根据所述发射电信号，生成并发送与所述发射电信号对应的所述目标光信号。

3.根据权利要求1所述的无线通讯系统(10)，其特征在于，所述接收端(12)包括光电传感器(123)、与所述光电传感器(123)连接的第二收发器(122)以及与所述第二收发器(122)连接的第二控制器(121)；

所述光电传感器(123)用于接收所述目标光信号，将所述目标光信号转化为所述接收电信号，并将所述接收电信号传输给所述第二收发器(122)；

所述第二收发器(122)用于将所述接收电信号转化为所述目标数字信号，将所述目标数字信号传输给所述第二控制器(121)；

所述第二控制器(121)对所述目标数字信号进行处理。

4.根据权利要求1所述的无线通讯系统(10)，其特征在于，所述无线通讯系统(10)包括两个或两个以上的所述接收端(12)；所述无线通讯系统(10)还包括信号中转装置，所述信号中转装置用于接收所述发射端(11)发送的所述目标光信号，并将所述目标光信号分别转发给两个或两个以上的所述接收端(12)，其中，两个或两个以上的所述接收端(12)接收到的所述目标光信号相同。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的无线通讯系统(10)，其特征在于，所述目标光信号为红外光信号。

6.根据权利要求1所述的无线通讯系统(10)，其特征在于，所述通讯报文包括帧起始、控制场、循环冗余校验码序列场、数据场和帧结束。

7.一种无线通讯方法，其特征在于，所述无线通讯方法包括：

发射端将通讯报文转化为发射电信号，所述通讯报文为数字信号；

所述发射端将所述发射电信号转化为目标光信号，向接收端发送所述目标光信号；

所述接收端接收所述目标光信号，将所述目标光信号转化为接收电信号；

所述接收端将所述接收电信号转化为目标数字信号，并对所述目标数字信号进行处理，所述目标数字信号与所述接收电信号对应。

8.根据权利要求7所述的无线通讯方法，其特征在于，所述接收端包括光电传感器，所述目标光信号的位速率大于或等于光频率阈值，所述光频率阈值为所述光电传感器检测到的光信号的最小频率。

9.根据权利要求7所述的无线通讯方法，其特征在于，所述通讯报文包括帧起始、控制场、循环冗余校验码序列场、数据场和帧结束。

10.根据权利要求7所述的无线通讯方法，其特征在于，所述无线通讯方法还包括：

所述接收端对所述目标数字信号进行检测；

所述接收端每检测到一次所述目标数字信号错误，控制错误计数加一；

当所述错误计数大于或等于第一错误阈值时，所述接收端向所述发射端发送错误通知报文，所述错误通知报文为光信号；

当所述错误计数大于或等于第二错误阈值时，所述接收端向所述发射端发送停止通知报文，所述停止通知报文为光信号，所述第二错误阈值大于所述第一错误阈值；

所述发射端接收所述停止通知报文，在预设时间段内停止向所述接收端发送所述目标光信号。