CN108574535A - 用于光通信的编码方法、信号发送装置和接收装置及方法 - Google Patents

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CN108574535A CN201710137429.9A CN201710137429A CN108574535A CN 108574535 A CN108574535 A CN 108574535A CN 201710137429 A CN201710137429 A CN 201710137429A CN 108574535 A CN108574535 A CN 108574535A
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Abstract

本申请提供用于光通信的编码方法、信号发送装置、信号接收装置及光通信方法。该编码方法以信号电平相对较短的持续时间代表二进制数值中的一位，而相对较长的持续时间代表二进制数值中的另一位，从而提高数据传输的准确性、可靠性以及降低电路成本。

Description

用于光通信的编码方法、信号发送装置和接收装置及方法
技术领域
本发明涉及光通信技术，特别是用于光通信的编码方法、信号发送装置、信号接收装置及光通信方法。
背景技术
光通信技术是利用光波作为载波的通信技术。在光通信中使用的光源既可以是可见光源，也可以是不可见光源，例如激光器、荧光灯、发光二极管(LED)或闪光灯产生的可见光或不可见光均可以作为光通信的光源。光传输介质既可以是空气，也可以是光纤。在光通信中，通过强度或闪烁频率的变化表征二进制数值序列，从而实现数据传输。
在信号发送装置，根据数据信号改变光源的工作参数，可以实现直接调制，其中直接将数据信号转变为光源的强度或闪烁频率的变化。或者，光源的工作参数保持不变，利用晶体的光电效应、磁光效应或声光效应等改变至少一部分传输介质的物理参数，从而可以实现间接调制，其中将数据信号转变为传输介质的物理特性的变化。在信号接收装置中，根据光的强度或闪烁频率的变化获得电信号的相应变化，可以实现解调，获得二进制数值序列。
在信号发送装置的调制过程和信号接收装置的解调过程中，根据编码协议实现数据值与信号电平之间的转换。现在的数据编码方法主要适应于以电波作为载波的通信技术，在应于光通信时，由于光信号的调制中光源和传输介质的控制特性，难以精确地控制发光周期，因此可能出现数据传输错误的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供，其中利用信号电平的相对持续时间表征二进制数值，从而解决光信号传输过程中，发光时长不稳定而不能准确且快速地传输信号的问题。
根据本发明的第一方面，提供一种用于光通信的编码方法，包括：产生连续脉冲信号；以及在所述连续脉冲信号的每个时钟周期中，使信号电平反转一次，其中，在反转之前，信号电平为第一电平状态且持续第一时间段，在反转之后，信号电平为第二电平状态且持续第二时间段，根据调制数据的二进制数值，逐位控制所述第一时间段与所述第二时间段的相对持续时间，从而产生调制信号。
优选地，所述第一电平状态为高电平，第二电平状态为低电平；或所述第一电平状态为低电平，所述第二电平状态为高电平。
优选地，所述第一电平状态为前一时钟周期结束时的电平状态，所述第二电平状态为与前一时钟周期结束时相反的电平状态。
优选地，在每个时钟周期中，如果第一时间段小于第二时间段，则表示二进制数值中的一位，如果第一时间段大于第二时间段，则表示二进制数值中的另一位。
优选地，如果第一时间段小于等于第二时间段的二分之一，则表示二进制数值中的一位，如果第一时间段大于等于第二时间段的两倍，则表示二进制数值中的另一位。
根据本发明的第二方面，提供一种光通信方法，包括：将原始数据封装成数据帧，形成封装数据；采用上述的编码方法进行调制，将封装数据逐位转换成调制信号；根据调制信号驱动光源以产生光信号；采用光电转换方法检测光信号以产生检测信号；采用上述的编码方法进行解调，将检测信号逐位转换成数据帧，获得封装数据；以及从封装数据中提取原始数据。
优选地，所述数据帧包括数据段和校验位，形成封装数据的步骤包括：将原始数据封装在数据帧的数据段中；以及根据原始数据计算出校验数据并且存储在检验位中，其中，所述校验数据表征原始数据中二进制数值“0”与二进制数值“1”的相对数量。
优选地，形成封装数据的步骤还包括：在每个数据帧表示的原始数据的位数为偶数时附加补全位，所述补全位是所述数据段的最高有效位且为二进制数值“0”。
优选地，形成封装数据的步骤还包括：如果每个数据帧表示的原始数据最高有效位为二进制数值“0”，则从最高有效位开始，依次去除二进制数值为“0”的数据位，直到第一个二进制数值为“1”的数据位，形成有效数据。
优选地，形成封装数据的步骤还包括：在有效数据的位数为偶数时附加补全位，所述补全位是所述数据段的最高有效位且为二进制数值“0”。
优选地，形成封装数据步骤还包括：在每个数据帧的数据段前附加头段，以指示数据帧的开始。
根据本发明的第三方面，提供一种用于光通信的信号发送装置，包括：第一数据处理单元，用于接收原始数据，以及根据光通信协议将原始数据封装成数据帧，以产生封装数据；调制单元，与第一数据处理单元相连接以接收封装数据，并且接收时钟信号，根据封装数据和时钟信号产生调制信号；驱动单元，与所述调制单元相连接以接收调制信号，以及根据调制信号产生驱动信号；以及光发射单元，与驱动单元相连接，以及根据驱动信号点亮和熄灭，以实现光信号的发送，其中，所述调制单元采用上述的编码方法进行调制，使得所述调制信号的每个时钟周期中第一时间段与第二时间段的相对持续时间与所述封装数据相应位的二进制数值一致。
优选地，所述数据帧包括数据段和校验位，所述第一数据处理单元将原始数据封装在数据帧的数据段中；以及根据原始数据计算出校验数据并且存储在检验位中，其中，所述校验数据表征原始数据中二进制数值“0”与二进制数值“1”的相对数量。
优选地，所述第一数据处理单元在每个数据帧表示的原始数据的位数为偶数时附加补全位，所述补全位是所述数据段的最高有效位且为二进制数值“0”。
优选地，所述第一数据处理单元对每个数据帧表示的原始数据进行数据压缩以形成有效数据，其中，如果每个数据帧表示的原始数据最高有效位为二进制数值“0”，则从最高有效位开始，依次去除二进制数值为“0”的数据位，直到第一个二进制数值为“1”的数据位。
优选地，所述第一数据处理单元在每个数据帧表示的有效数据的位数为偶数时附加补全位，所述补全位是所述数据段的最高有效位且为二进制数值“0”。
优选地，所述第一数据处理单元在每个数据帧的数据段前附加头段，以指示数据帧的开始。
优选地，所述光发射单元包括选自激光器、荧光灯、发光二极管和闪光灯中的任一种。
优选地，包括选自手机、平板电脑和数码相机中的任一种。
根据本发明的第四方面，提供一种用于光通信的信号接收装置，包括：光电转换单元，用于将光信号转换成检测信号；解调单元，与所述光电转换单元相连接以接收检测信号，以及接收时钟信号，对检测信号进行解调以产生数据帧格式的封装数据；以及第二数据处理单元，与所述解调单元相连接以接收封装数据，以及根据光通信协议将封装数据解析成原始数据,其中，所述解调单元采用上述的编码方法进行解调，使得所述检测信号的每个时钟周期中第一时间段与第二时间段的相对持续时间与所述封装数据相应位的二进制数值一致。
优选地，所述数据帧包括数据段和校验位，所述第二数据处理单元从封装数据中分离出原始数据和校验位，并且根据校验位验证原始数据的完整性和准确性。
优选地，所述光电转换单元为光电二极管。
优选地，所述解调单元包括：边沿检测电路，所述边沿检测电路用于根据所述时钟信号的边沿检测获得每个时钟周期的开始时刻和结束时刻，以及根据所述检测信号的边沿检测获得每个时钟周期内的反转时刻；以及计时电路，所述计时电路用于计算开始时刻至反转时刻的时间段作为第一时间段，以及反转时刻至结束时刻的时间段作为第二时间段。
优选地，还包括：时钟校正单元，与所述光电转换单元相连接以接收检测信号，以及根据检测信号的反转动作修正时钟信号。
优选地，所述时钟校正单元包括边沿检测电路，用于获得检测信号中每个时钟周期的边沿。
根据本发明实施例的用于光通信的编码方法、信号发送装置、信号接收装置及光通信方法，在每个时钟周期中引入信号电平的反转，利用信号电平的相对持续时间表征二进制数值。该编码方法可以适应发光二极管或闪光灯光信号的发光周期与调制信号的时钟周期之间的偏差。即使灯光信号的发光周期波动，该编码方法也能实现稳定的数据传输，从而解决光信号传输过程中，由于发光时长不稳定而不能准确且快速地传输信号的问题。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出根据现有技术的光通信编码方法的波形图；
图2示出根据本发明实施例的光通信编码方法的波形图；
图3示出根据本发明实施例的光通信系统的数据帧格式；
图4示出根据本发明实施例的光通信系统中信号发送装置的示意性框图；
图5示出根据本发明实施例的光通信系统中信号接收装置的示意性框图；
图6示出根据本发明实施例的光通信方法的流程图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
图1示出根据现有技术的光通信编码方法的波形图。该编码方法为非归零反相编码(No Return Zero-Inverted，缩写为NRZ-I)。在连续的时钟周期TCLK中，每个时钟周期TCLK的信号电平维持为恒定值。在相邻的时钟周期之间，信号电平的变化方式用于表征二进值数值。如果相邻的时钟周期之间，信号电平维持不变，则表示下一个时钟周期的信号电平表征数值“0”。反之，如果相邻的时钟周期之间，信号电平反转，则表示下一个时钟周期的信号电平表征数值“1”。该编码方法的二进制数值与信号电平的相对值无关，仅仅与相邻时钟周期的电平反转动作相关。不论信号电平从高电平反转至低电平，或是反之，均表示下一个时钟周期的信号电平表征数值“1”。
然而，该数据编码方法的传输速度和可靠性取决于时钟周期TCLK。该数据编码方法主要适应于以电波作为载波的通信技术。在应于光通信时，由于光信号的调制中光源和传输介质的控制特性，难以精确地控制发光周期。
在高速率传输数据时，对于预定时钟周期，光源的发光周期不能准确地跟随时钟周期。在信号接收装置的解调过程中，基于时钟周期从接收的信号中获得数据。由于信号发送装置的发光周期与时钟周期之间的偏差，接收信号的时钟周期与预定周期之间也会存在着偏差，从而利用预定时钟周期判断信号电平的状态及反转动作也是不准确的，容易出现数据解调错误的情况。
图2示出根据本发明实施例的光通信编码方法的波形图。该编码方法为相对状态时长编码(Relative-State-Duration Code,缩写为RSD编码)。在每个时钟周期TCLK中，信号电平保持为第一电平状态，并且在第一电平状态持续第一时间段T1，然后反转，信号电平保持为第二电平状态，并且在第二电平状态持续第二时间段T2，其中TCLK＝T1+T2。在一个实例中，第一电平状态为高电平，第二电平状态为低电平。在另一个实例中，所述第一电平状态为低电平，所述第二电平状态为高电平。采用信号电平的相对持续时间表征二进制数值。例如，如果T1<1/2*TCLK，优选地，T1<1/3*TCLK，则该时钟周期的信号用于表征二进制数值“0”，反之，如果T1>1/2*TCLK，优选地，T1>2/3*TCLK，则该时钟周期的信号用于表征二进制数值“1”。
该编码方法的二进制数值与相邻时钟周期的信号电平及反转动作无关，与每个时钟周期中反转前后的电平状态无关。在每个时钟周期中引入一次电平反转，并且根据信号电平的相对持续时间，即可获得二进制数值。在每个时钟周期中，不论第一时间段T1的信号电平为高电平状态或低电平状态，第二时间段T2的信号电平相应地为低电平状态或高电平状态，该编码方法均将第一时间段T1与第二时间段T2相比较，根据二者的相对持续时间判断二进制数值。
与上述现有技术基于相邻时钟周期的信号电平反转获得二进制数值的编码方法相比，根据本发明实施例的编码方法在每个时钟周期中引入一次反转。信号接收装置可以容易地根据反转动作修正时钟周期TCLK的偏差，即使光源的发光周期与信号发送装置的预定时钟周期不一致，信号接收装置也可以根据光信号获得信号电平反转的时刻，从而获得修正后的时钟周期。
在修正时钟周期之后，信号接收装置可以准确地判断第一时间段T1相对于第二时间段T2的相对持续时间。在一个实施例中，可以采用计时电路分别对第一时间段T1和第二时间段T2的持续时间进行计时，然后将二者相比较，以判断相对持续时间。在替代的实施例中，可以采用接收信号控制电容的充放电过程，在每个时钟周期中，在第一时间段T1对电容进行充电，在第二时间段T2对电容进行放电，并且根据电容存储的电荷判断相对持续时间。
因此，根据本发明实施例的编码方法，在每个时钟周期中引入信号电平的反转，利用信号电平的相对持续时间表征二进制数值，从而提高数据传输的准确性、可靠性以及降低电路成本。
图3示出根据本发明实施例的光通信系统的数据帧格式。在光通信系统中，采用多个连续的数据帧传输大量的数据。数据帧是光通信协议规定的数据传输，例如包含多位有效的二进制数值。在信号发送装置，根据光通信协议将原始数据封装成数据帧，根据图2所示的编码方法传送数据帧表示的多位二进制数值。在信号接收装置，根据图2所示的编码方法解调以获得数据帧表示的多位二进制数值，根据光通信协议对数据帧进行校验以及解析出原始数据。
在该实施例中，如图3所示，每个数据帧包括数据段和校验位，数据段进一步包括补全位和有效段。该有效段包含原始数据，补全位用于保证数据段的总位数为奇数。如果原始数据的总位数为奇数，则补全位的长度为0，即省去该补全位。如果原始数据的总位数为偶数，则补全位的长度为1，并且二进制数值为“0”。该补全位与有效段一起作为数据段，由于补全位是数据段的最高有效位且二进制数值为“0”，因此，补全位不会改变有效段表示的原始数据的值。也即，数据段表示的封装数据与有效段表示的原始数据的数值相等。
校验位用于数据传送过程中进行数据检验。例如，校验位用于表示数据段中数值“0”和“1”的相对数量。如果数据段中数值为“0”的数据位多于数值为“1”的数据位，则校验位的数值为“0”。反之，如果数据段中数值为“0”的数据位少于数值为“1”的数据位，则校验位的数值为“1”。由于该数据帧中包含补全位，因此数据段的总位数始终为奇数。数据段不可能存在数值为“0”的数据位等于数值为“1”的数据位的情形，从而可以保证校验位的数值的唯一性。
例如，一个帧数据的数值为：00011010，其中，补全位和校对位分别为最高有效位表示的数值“0”和最低有效位表示的数值“0”，有效段表示的原始数据为二者之间的数据001101。该原始数据为6位，因此采用补全位形成7位数据。校验位表示数据段中数值为“0”的数据位多于数值为“1”的数据位。在该示例中，数据段的7位数据0 001101包括4个数值为“0”的数据位以及3个数值为“1”的数据位。
在该实施例中，根据光通信协议，数据帧为定长的8位数据，数据段为7位，包括1位的补全位和6位的有效段，校验位为1位。该数据帧可以连接传输，信号发送装置和信号接收装置之间按照预定的8位数据长度传送连续的数据帧。在替代的实施例中，根据光通信协议，数据帧包括附加的头段和变长的数据段。该头段位于数据段之前，用于指示数据帧的开始。数据段包括1位的补全位和变长的有效段。
在上述替代的实施例中，根据原始数据的数值，有效段的长度可以为0至16位，其中在原始数据的基础上，从最高有效位开始，依次去除数值为“0”的数据位，直到第一个数值为“1”的数据位。该数据帧格式引入数据压缩方法，减少了实际传送的数据传输量，并且不会改变有效段表示的原始数据的数值。例如，如果原始数据为0x0000，则数据段的长度为1位，仅包括一个数值为“0”的补全位，有效段的位数为0。如果原始数据为0xFFFF，则有效段的长度为17位，包括一个数值为“0”的补全位和16位的有效段。
图4示出根据本发明实施例的光通信系统中信号发送装置的示意性框图。该信号发送装置100包括第一数据处理单元101、调制单元102、驱动单元103、光发射单元104和供电单元108。在该实施例中描述了采用相对状态时长编码RSD的直接调制方法，其中根据数据信号改变光发射单元产生的光强度或变化频率。在该实施例中，光信号的传输介质为空气。
在该实施例中，第一数据处理单元101为单片机，调制单元102为信号调制电路，驱动单元103为发光二极管驱动电路，光发射单元104为发光二极管，供电单元108包括电池和供电电路。电池可选用镉镍电池或镍氢电池或锂离子电池，供电电路将电池电压转变为信号发送装置中各个单元所需的供电电压。
第一数据处理单元101接收原始数据DATA，并且根据光通信协议产生封装数据。该原始数据DATA包含原始数据，第一数据处理单元101根据预定的光通信协议，将原始数据封装成数据帧。参见图3，每个数据帧包括数据段和校验位，数据段进一步包括补全位和有效段。该有效段包含原始数据，补全位用于保证数据段的总位数为奇数。数据段表示的封装数据与有效段表示的原始数据的数值相等。
调制单元102接收封装数据和时钟信号TCLK。在现有技术的信号发送装置中，调制单元的调制方式为幅度调制、频率调制或相位调制。在该实施例的信号发送装置中，调制单元的调制方式为相对状态时长调制。参见图2，在每个时钟周期TCLK中，信号电平反转一次。在反转之前，信号电平维持第一电平状态(即上一时钟周期结束时的电平状态)。在反转期间，信号电平从第一电平状态转变为第二电平状态。在反转之后，信号电平维持第二电平状态。在一个实例中，第一电平状态为高电平，第二电平状态为低电平。在另一个实例中，所述第一电平状态为低电平，所述第二电平状态为高电平。
调制单元102根据封装数据的数字值控制每个时钟周期的边沿，使得维持第一电平状态的第一时间段T1与维持第二电平状态的第二时间段T2的相对持续时间，与封装数据的数字值相对应。例如，如果T1＝1/3*TCLK，则该时钟周期的信号用于表征二进制数值“0”，反之，如果T1＝2/3*TCLK，则该时钟周期的信号用于表征二进制数值“1”。
驱动单元103用于根据调制信号产生光发射单元的驱动信号。在该实施例中，光发射单元104为发光二极管，其发光亮度与驱动电流相关。驱动单元103提供发光二极管点亮所需的额定驱动电流，并且根据调制信号的电平状态控制驱动电流的供给和断开。光发射单元104根据驱动电流点亮和熄灭，从而实现光信号发送。
在该实施例中，光发射单元104为发光二极管。在替代的实施例中，光发射单元104可以为闪光灯。
信号发送装置100可以为诸如手机、平板电脑、数码相机之类的移动终端，其中，第一数据处理单元101和调制单元102可以由移动终端中的处理器来实现。移动终端包括用于为摄像头补光的发光二极管或闪光灯。驱动单元103和光发射单元104例如为发光二极管驱动电路和发光二极管，或者闪光灯驱动电路和闪光灯。该移动终端利用发光二极管或闪光灯的闪烁传输数据。本发明的编码方法在每个时钟周期中引入信号电平的反转，利用信号电平的相对持续时间表征二进制数值，从而提高数据传输的准确性、可靠性以及降低电路成本。因此，移动终端可以适应发光二极管或闪光灯的发光周期与时钟周期之间的偏差，即使发光周期波动，也能实现稳定地数据传输。
图5示出根据本发明实施例的光通信系统中信号接收装置的示意性框图。该信号接收装置200包括光电转换单元201、时钟校正单元202、解调单元203、第二数据处理单元204和供电单元208。在该实施例中描述了采用相对状态时长编码RSD的解调方法。
在该实施例中，光电转换单元201为光电二极管，时钟校正单元202例如是边沿检测电路，解调单元203为边沿检测电路和计时电路，第二数据处理单元204为单片机，供电单元208包括电池和供电电路。电池可选用镉镍电池或镍氢电池或锂离子电池，供电电路将电池电压转变为信号接收装置中各个单元所需的供电电压。
光电转换单元201接收光信号，并且将光信号转换成电信号，从而获得检测信号。接收端的检测信号与发送端的驱动信号相对应。该检测信号是多个固定时钟周期TCLK的脉冲信号。在每个时钟周期TCLK中，信号电平反转一次。在反转之前，信号电平维持第一电平状态(即上一时钟周期结束时的电平状态)。在反转期间，信号电平从第一电平状态转变为第二电平状态。在反转之后，信号电平维持第二电平状态。在一个实例中，第一电平状态为高电平，第二电平状态为低电平。在另一个实例中，所述第一电平状态为低电平，所述第二电平状态为高电平。
时钟校正单元202与光电转换单元201相连接，接收检测信号，根据检测信号的反转动作修正时钟信号TCLK的偏差，即使光源的发光周期与信号发送装置的预定时钟周期不一致，信号接收装置采用边沿检测电路，根据光信号获得信号电平反转的时刻，从而获得修正后的时钟周期。
解调单元203与光电转换单元201和时钟校正单元202相连接，分别接收检测信号和时钟信号TCLK，并且对检测信号进行解调以产生封装数据。解调单元203采用边沿检测电路获得时钟周期的开始时刻t0和结束时刻t2，以及检测信号在每个时钟周期内的反转时刻t1，采用计时电路获得时刻t0至t1的第一时间段T1，即每个时钟周期中维持第一电平状态的时间段，以及时刻t1至t2的第二时间段T2，即每个时钟周期中维持第二电平状态的时间段。如上所述，在每个时钟周期中，维持第一电平状态的第一时间段T1与维持第二电平状态的第二时间段T2的相对持续时间，与封装数据的数字值相对应。例如，如果T1＝1/3*TCLK，则该时钟周期的信号用于表征二进制数值“0”，反之，如果T1＝2/3*TCLK，则该时钟周期的信号用于表征二进制数值“1”。
第二数据处理单元204接收封装数据，并且根据光通信协议产生原始数据DATA。该封装数据是以数据帧格式封装的数据。参见图3，每个数据帧包括数据段和校验位，数据段进一步包括补全位和有效段。该有效段包含原始数据，补全位用于保证数据段的总位数为奇数。数据段表示的封装数据与有效段表示的原始数据的数值相等。第二数据处理单元204从封装数据中分离出原始数据和校验位，并且根据校验位验证原始数据的完整性和准确性。第二数据处理单元204产生的原始数据DATA包含原始数据。
信号接收装置200可以为包括光电转换单元的服务器，其中，第二数据处理单元204、时钟校正单元202、解调单元203可以由服务器中的处理器来实现。该服务器利用光电二极管接收数据。本发明的编码方法在每个时钟周期中引入信号电平的反转，利用信号电平的相对持续时间表征二进制数值，从而提高数据传输的准确性、可靠性以及降低电路成本。因此，服务器可以适应发光二极管或闪光灯的发光周期与时钟周期之间的偏差，即使发光周期波动，也能实现稳定地数据传输。
图6示出根据本发明实施例的光通信方法的流程图。该光通信方法采用相对状态时长编码RSD进行信号调制和解调。
在步骤S01中，将原始数据封装成数据帧，形成封装数据。参见图3，每个数据帧包括数据段和校验位，数据段进一步包括补全位和有效段。该有效段包含原始数据，补全位用于保证数据段的总位数为奇数。数据段表示的封装数据与有效段表示的原始数据的数值相等。校验位用于表示数据段中数值“0”和“1”的相对数量。
在步骤S02中，采用相对状态时长编码的调制方法将封装数据逐位转换成调制信号。参见图2，在每个时钟周期TCLK中，信号电平反转一次。根据封装数据的数字值控制每个时钟周期的边沿，使得维持第一电平状态的第一时间段T1与维持第二电平状态的第二时间段T2的相对持续时间，与封装数据的数字值相对应。
在步骤S03中，根据调制信号生成驱动信号。该驱动信号的电压值或电流值与光源的参数相匹配，例如为光源的额定电压或额定电流。
在步骤S04中，采用驱动信号控制光源发光以产生光信号。该光源例如是发光二极管或闪光灯。在该光通信方法中，利用发光二极管或闪光灯的闪烁传输数据。
在步骤S05中，接收光信号以产生检测信号。例如，采用光电二极管接收光信号。光电二极管产生的检测信号与用于驱动光源的驱动信号相对应。
在步骤S06中，根据检测信号修正时钟信号。例如，采用边沿检测电路获得检测信号中信号电平反转的时刻，从而获得修正后的时钟周期。
在步骤S07中，采用相对状态时长编码的解调方法将检测信号逐位转换成数据帧。采用边沿检测电路获得时钟周期的开始时刻t0和结束时刻t2，以及检测信号在每个时钟周期内的反转时刻t1，采用计时电路获得时刻t0至t1的第一时间段T1，即每个时钟周期中维持第一电平状态的时间段，以及时刻t1至t2的第二时间段T2，即每个时钟周期中维持第二电平状态的时间段。
如上所述，在每个时钟周期中，维持第一电平状态的第一时间段T1与维持第二电平状态的第二时间段T2的相对持续时间，与封装数据的数字值相对应。例如，如果T1＝1/3*TCLK，则该时钟周期的信号用于表征二进制数值“0”，反之，如果T1＝2/3*TCLK，则该时钟周期的信号用于表征二进制数值“1”。
在步骤S08中，从数据帧的封装数据中提取数据。该步骤包括从封装数据中分离出原始数据和校验位，并且根据校验位验证原始数据的完整性和准确性。由于信号发射装置和信号接收装置采用相同的数据帧格式生成封装数据和解析封装数据，因此可以在接收端从封装数据中获得与发送端一致的原始数据。
以下以手机作为发送端，以服务器作为接收端，描述根据本发明的光通信方法的应用实例。
实例1：发送手机识别码
该方法包括以下步骤：
在步骤S101中，在手机端，应用程序获取手机识别码，将该识别码以二进制的方式表示出来，作为原始数据。
在步骤S102中，在手机端，将识别码封装成数据帧，其中数据段和校验位。
在步骤S103中，在手机端，采用相对状态时长编码的调制方法进行调制并且驱动闪光灯发出光信号，从而发送识别码。在每个时钟周期中，将二进制数值“0”表示成第一电平状态持续时间小于第二电平状态持续时间的信号脉冲，将二进制数值“1”表示成第一电平状态持续时间大于第二电平状态持续时间的信号脉冲。
在步骤S104中，在服务器端，采用光电二极管接收光信号，并且采用相对状态时长编码的解调方法进行解调从而获得数据帧，然后从数据帧中解析出手机识别码。
实例2：发送用户标识
该方法包括以下步骤：
在步骤S201中，在手机端，应用程序获取用户标识，将该标识以二进制的方式表示出来，作为原始数据。
在步骤S202中，在手机端，将标识封装成数据帧，其中数据段和校验位。
在步骤S203中，在手机端，采用相对状态时长编码的调制方法进行调制并且驱动闪光灯发出光信号，从而发送标识。在每个时钟周期中，将二进制数值“0”表示成第一电平状态持续时间小于第二电平状态持续时间的信号脉冲，将二进制数值“1”表示成第一电平状态持续时间大于第二电平状态持续时间的信号脉冲。
在步骤S204中，在服务器端，采用光电二极管接收光信号，并且采用相对状态时长编码的解调方法进行解调从而获得数据帧，然后从数据帧中解析出用户标识。
实例3：绑定手机识别码和用户标识
该方法包括以下步骤：
在步骤S301中，在手机端，应用程序获取手机识别码和用户标识，将手机识别码和用户标识以二进制的方式表示出来，作为原始数据。
在步骤S302中，在手机端，将手机识别码和用户标识封装成数据帧，其中数据段和校验位。
在步骤S303中，在手机端，采用相对状态时长编码的调制方法进行调制并且驱动闪光灯发出光信号，从而发送手机识别码和用户标识。在每个时钟周期中，将二进制数值“0”表示成第一电平状态持续时间小于第二电平状态持续时间的信号脉冲，将二进制数值“1”表示成第一电平状态持续时间大于第二电平状态持续时间的信号脉冲。
在步骤S304中，在服务器端，采用光电二极管接收光信号，并且采用相对状态时长编码的解调方法进行解调从而获得数据帧，然后从数据帧中解析出手机识别码和用户标识。
在步骤S305中，在服务器端，将手机识别码和用户标识关联记录于数据库中，从而实现二者的绑定。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (25)

1.一种用于光通信的编码方法，包括：
产生连续脉冲信号；以及
在所述连续脉冲信号的每个时钟周期中，使信号电平反转一次，
其中，在信号电平反转之前，信号电平为第一电平状态且持续第一时间段，在反转之后，信号电平为第二电平状态且持续第二时间段，
根据调制数据的二进制数值，逐位控制所述第一时间段与所述第二时间段的相对持续时间，从而产生调制信号。
2.根据权利要求1所述的编码方法，其中，所述第一电平状态为高电平，第二电平状态为低电平；或所述第一电平状态为低电平，所述第二电平状态为高电平。
3.根据权利要求2所述的编码方法，其中，所述第一电平状态为前一时钟周期结束时的电平状态，所述第二电平状态为与前一时钟周期结束时相反的电平状态。
4.根据权利要求1所述的编码方法，其中，在每个时钟周期中，如果第一时间段小于第二时间段，则表示二进制数值中的一位，如果第一时间段大于第二时间段，则表示二进制数值中的另一位。
5.根据权利要求4所述的编码方法，其中，如果第一时间段小于等于第二时间段的二分之一，则表示二进制数值中的一位，如果第一时间段大于等于第二时间段的两倍，则表示二进制数值中的另一位。
6.一种光通信方法，包括：
将原始数据封装成数据帧，形成封装数据；
采用权利要求1-5中任一项所述的编码方法进行调制，将封装数据逐位转换成调制信号；
根据调制信号驱动光源以产生光信号；
采用光电转换方法检测光信号以产生检测信号；
采用权利要求1-5中任一项所述的编码方法进行解调，将检测信号逐位转换成数据帧，获得封装数据；以及
从封装数据中提取原始数据。
7.根据权利要求6所述的光通信方法，其中，所述数据帧包括数据段和校验位，形成封装数据的步骤包括：
将原始数据封装在数据帧的数据段中；以及
根据原始数据计算出校验数据并且存储在检验位中，
其中，所述校验数据表征原始数据中二进制数值“0”与二进制数值“1”的相对数量。
8.根据权利要求7所述的光通信方法，其中，形成封装数据的步骤还包括：
在每个数据帧表示的原始数据的位数为偶数时附加补全位，所述补全位是所述数据段的最高有效位且为二进制数值“0”。
9.根据权利要求7所述的光通信方法，其中，形成封装数据的步骤还包括：
如果每个数据帧表示的原始数据最高有效位为二进制数值“0”，则从最高有效位开始，依次去除二进制数值为“0”的数据位，直到第一个二进制数值为“1”的数据位，形成有效数据。
10.根据权利要求9所述的光通信方法，其中，形成封装数据的步骤还包括：
在有效数据的位数为偶数时附加补全位，所述补全位是所述数据段的最高有效位且为二进制数值“0”。
11.根据权利要求9所述的光通信方法，其中，形成封装数据步骤还包括：
在每个数据帧的数据段前附加头段，以指示数据帧的开始。
12.一种用于光通信的信号发送装置，包括：
第一数据处理单元，用于接收原始数据，以及根据光通信协议将原始数据封装成数据帧，以产生封装数据；
调制单元，与第一数据处理单元相连接以接收封装数据，并且接收时钟信号，根据封装数据和时钟信号产生调制信号；
驱动单元，与所述调制单元相连接以接收调制信号，以及根据调制信号产生驱动信号；以及
光发射单元，与驱动单元相连接，以及根据驱动信号点亮和熄灭，以实现光信号的发送，
其中，所述调制单元采用权利要求1-5中任一项所述的编码方法进行调制，使得所述调制信号的每个时钟周期中第一时间段与第二时间段的相对持续时间与所述封装数据相应位的二进制数值一致。
13.根据权利要求12所述的信号发送装置，其中，所述数据帧包括数据段和校验位，所述第一数据处理单元将原始数据封装在数据帧的数据段中；以及根据原始数据计算出校验数据并且存储在检验位中，其中，所述校验数据表征原始数据中二进制数值“0”与二进制数值“1”的相对数量。
14.根据权利要求13所述的信号发送装置，其中，所述第一数据处理单元在每个数据帧表示的原始数据的位数为偶数时附加补全位，所述补全位是所述数据段的最高有效位且为二进制数值“0”。
15.根据权利要求13所述的信号发送装置，其中，所述第一数据处理单元对每个数据帧表示的原始数据进行数据压缩以形成有效数据，其中，如果每个数据帧表示的原始数据最高有效位为二进制数值“0”，则从最高有效位开始，依次去除二进制数值为“0”的数据位，直到第一个二进制数值为“1”的数据位。
16.根据权利要求15所述的信号发送装置，其中，所述第一数据处理单元在每个数据帧表示的有效数据的位数为偶数时附加补全位，所述补全位是所述数据段的最高有效位且为二进制数值“0”。
17.根据权利要求16所述的信号发送装置，其中，所述第一数据处理单元在每个数据帧的数据段前附加头段，以指示数据帧的开始。
18.根据权利要求12所述的信号发送装置，其中，所述光发射单元包括选自激光器、荧光灯、发光二极管和闪光灯中的任一种。
19.根据权利要求12所述的信号发送装置，包括选自手机、平板电脑和数码相机中的任一种。
20.一种用于光通信的信号接收装置，包括：
光电转换单元，用于将光信号转换成检测信号；
解调单元，与所述光电转换单元相连接以接收检测信号，以及接收时钟信号，对检测信号进行解调以产生数据帧格式的封装数据；以及
第二数据处理单元，与所述解调单元相连接以接收封装数据，以及根据光通信协议将封装数据解析成原始数据,
其中，所述解调单元采用权利要求1-5中任一项所述的编码方法进行解调，使得所述检测信号的每个时钟周期中第一时间段与第二时间段的相对持续时间与所述封装数据相应位的二进制数值一致。
21.根据权利要求20所述的信号接收装置，其中，所述数据帧包括数据段和校验位，所述第二数据处理单元从封装数据中分离出原始数据和校验位，并且根据校验位验证原始数据的完整性和准确性。
22.根据权利要求20所述的信号接收装置，其中，所述光电转换单元为光电二极管。
23.根据权利要求20所述的信号接收装置，其中，所述解调单元包括：
边沿检测电路，所述边沿检测电路用于根据所述时钟信号的边沿检测获得每个时钟周期的开始时刻和结束时刻，以及根据所述检测信号的边沿检测获得每个时钟周期内的反转时刻；以及
计时电路，所述计时电路用于计算开始时刻至反转时刻的时间段作为第一时间段，以及反转时刻至结束时刻的时间段作为第二时间段。
24.根据权利要求20所述的信号接收装置，还包括：
时钟校正单元，与所述光电转换单元相连接以接收检测信号，以及根据检测信号的反转动作修正时钟信号。
25.根据权利要求24所述的信号接收装置，其中，所述时钟校正单元包括边沿检测电路，用于获得检测信号中每个时钟周期的边沿。
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