CN108718212A - 一种基于视频的光空间多址无线通信的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于视频的光空间多址无线通信的方法，以光信号成像为基础，通过光信号的成像位置区分不同的用户，通过对光信号的视频采集，判定不同用户所发送的信息，实现了多个光信号源的同时接入，充分利用了空间信道资源，提高了信道利用率。

Description

一种基于视频的光空间多址无线通信的方法

技术领域

本发明属于光无线通信技术领域，具体涉及一种基于视频的光空间多址无线通信的方法。

背景技术

光无线通信技术分为可见光通信和不可见光通信，典型的光无线通信如：LED室内可见光通信和红外通信。目前室内无线可见光通信能满足要求的最好选择就是LED白光通信。LED发光具有长寿命，高湿度容忍度，低功耗，以及最小热源光的特点，比现有的白炽灯发光要好，LED被用于全彩显示，交通信号，以及其他许多照明方式。当今，基于InGaN的高效蓝绿LED光，通过混合三原色(红色，绿色和蓝色)，可以产生白光。这种白色LED被认为是未来光技术的一个有力候选者，和传统的照明方式相比，LED混合三原色白光有更低的功耗，更低的电压以及更长的寿命。

然而，现有的光无线通信（无论是LED混合三原色白光通信还是红外通信）只能实现简单的点对点和广播式通信，即不能实现多用户同时通信（多用户不能同时发出信息，），光信道利用率不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于视频的光空间多址无线通信的方法，能够实现多个光信号源同时接入，即就是把处于不同地点的多个用户同时发出的信息接入一个或多个公共传输媒质，实现多用户之间的同时通信，可以充分利用空间资源，大大提高信道的利用率。

本发明的核心原理：以光信号成像为基础，通过采集不同空间位置光信号的视频，识别视频中不同光信号空间成像的位置，区分不同的用户，通过对光信号的视频采集，比较视频序列点光源图像的变化，判定不同用户所发送的信息实现同时接收多个光信息。

基于上述原理，本发明基于视频的光空间多址无线通信的方法，包括：

（1）发射端，空间分布的多个用户同时发送光信号；

（2）接收端，通过一个或多个成像装置，得到多个用户光信号的视频信息，并进行存储；

（3）识别视频中不同光信号空间成像的位置，区分不同的用户，通过对光信号的视频采集，比较视频序列点光源图像的变化，判定不同用户所发送的信息。

在上述技术方案中，所述步骤（1）包括空间分布的多个用户发送的信息，通过信源信道编码，经过调制，将信息转化为光信号。

在一种实施方式中，当运动光源轨迹有交叉或重合时，为了唯一标识用户的身份信息，所述步骤（1）在用户发送的信息中插入用户唯一的身份标识伪随机码，经编码和调制后，送入光发射端进行发射。

在一种实施方式中，所述步骤（2）通过一个或多个成像装置对接收光信号的成像进行视频采集，得到多个用户光信号的视频信息，并进行存储。

基于上述两种实施方式，所述步骤（3）对于运动光源的多用户区分时，对接收光信号的成像进行视频采集，通过跟踪视频图像点光源的轨迹来区分不同用户；在此基础上有两种情况：（1）对于静止光源的多用户区分时，对接收光信号的成像进行视频采集，通过光信号的位置来区分不同用户。（2）对于运动光源轨迹有重合和交叉的多用户区分时，在译码时通过伪随机码相关运算区分得到不同用户的身份信息。

本发明还提供一种基于视频的光空间多址无线通信的方法，包括如下步骤：

（1）信号发射处理：

A、空间分布的多个用户同时发送光信号，当用户静止或用户运动的轨迹无交叉或重合时，通过信源编码经过调制，将信息转化为光信号；

B、空间分布的多个用户同时发送光信号，运动光源轨迹有交叉或重合时，在用户发送的信息中插入用户唯一的身份标识，经编码和调制后，送入光发射端进行发射；

（2）信号接收采集：

通过一个或多个成像装置对接收光信号的成像进行视频采集，得到多个用户光信号的视频信息，并进行存储；

（3）信号识别判定：

A、对于运动光源的多用户区分时，对接收光信号的成像进行视频采集，通过跟踪视频图像点光源的轨迹来区分不同用户；

B、对于运动光源轨迹有重合和交叉的多用户区分时，在译码时通过伪随机码相关运算区分得到不同用户的身份信息。

相对于现有技术，本发明提供的基于视频的光空间多址无线通信的方法，基于镜头成像技术，通过对视频中不同光信号源空间分布的识别，根据光信号源空间位置的不同，区分不同的用户，通过对光信号的视频采集，比较视频序列点光源图像的变化，得到不同用户所发送的信息，实现多个光信号的同时传输，实现多用户之间的同时通信（多用户能同时发出信息），可以充分利用空间资源，大大提高信道的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1本发明基于视频的光空间多址无线通信的方法的流程示意图；

图2本发明实施1系统框图；

图3本发明实施2系统框图；

图4本发明实施3发射端系统框图；

图5本发明实施3接收端系统框图；

图6本发明应用于多组无人机之间通信的实施方式；

图7 本发明应用于多组无人机之间通信的光学成像原理。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明基于视频的光空间多址无线通信的方法，包括：

S01空间分布的多个用户同时发送光信号；

在步骤S01中空间分布的多个用户同时发送光信号时，存在两种可能的情况：A、多个用户运动光源轨迹无交叉或无重合时，通过信源编码经过调制，（如OOK（通断）调制、明暗调制等）将信息转化为光信号；

B、多个用户运动光源轨迹有交叉或重合时，在用户发送的信息中插入用户唯一的身份标识，经编码和调制后，送入光发射端进行发射；

S02通过一个或多个成像装置对接收光信号的成像进行视频采集，得到多个用户光信号的视频信息，并进行存储；

S03识别视频中不同光信号空间成像位置；

S04判定、得到不同用户所发送的信息。

在步骤S03、S04中，识别视频中不同光信号空间成像的位置，区分不同的用户，通过对光信号的视频采集，比较视频序列点光源图像的变化，判定不同用户所发送的信息；对于运动光源的多用户区分时，对接收光信号的成像进行视频采集，通过跟踪视频图像点光源的轨迹来区分不同用户；在此基础上有两种情况：（1）对于静止光源的多用户区分时，对接收光信号的成像进行视频采集，通过光信号的位置来区分不同用户。（2）对于运动光源轨迹有重合和交叉的多用户区分时，在译码时通过伪随机码相关运算区分得到不同用户的身份信息。

实施例1

选择对现有的LED（可见光）通信，基于镜头成像技术，通过对视频中不同光信号源空间分布的识别，根据光信号源空间位置的不同，实现多个光信号的同时传输；

如图2所示，空间分布的多个用户发送的信息，通过信源信道编码，经过开关键控(OOK)调制，将信息转化为光信号。在接收端，通过镜头成像，得到不同用户光信号的视频，经点光源的身份信息识别，区分得到不同用户的点光源的光信号，经解调和译码后，得到不同用户所发送的信息。

实施例2

如图3所示，在时刻t，用户U1～U9分布在不同的空间位置，其中，U1、U2、U5、U6、U8表示有信息发送，U3、U4、U7、U9表示无信息。用户U1、U2、U5、U6、U8通过镜头成像得到t时刻光信号的视频信息，识别视频信息得到在5个不同的空间位置的光信号，根据5个不同位置的光信号，分别进行解调和译码，同时得到5个用户所发送的信息。利用空间位置资源，不同用户在同一时间，可以同时传输信息，实现光通信的空间多址。

实施例3

如图3所示，对于任意一个用户，为了唯一标识用户的身份信息，在用户n发送的信息中插入用户唯一的身份标识伪随机码，经编码和调制后，送入光发射器进行发射。

如图4所示在接收端，不同用户的光信号经无线信道后，在接收端，通过镜头得到所有用户光信号的视频，并存储下来；对于不同空间位置的光信息，分别与本地伪随机码相乘，区分得到不同用户的身份信息。对不同用户的光信号分别进行解调和译码，恢复出不同用户所发送的信息。

实施例4

（1）高速感光阵列的采样速率

把信息进行OOK调制后，信息是通过光的“亮”和“不亮”来发射信息的。为实现多用户通信，接收端把做一个“感光阵列”，通过光学镜头把前方图像呈现在感光阵列上，并对感光阵列进行高速光信号采样，这样以图像的方式可以同时接收多个无人机的光信息。那么发射OOK的调制速率就决定了“感光阵列”的采用速率。

如果光信息传输速率是500bit/s—1Kbit/s，“感光阵列”的采样速率最好大于2500次/秒—5000次/秒。传输速率越高，“感光阵列”的采样速率越高，实现难度越大。

目前市场日本摄像机，能够达到2百万帧/秒的摄像速率。

（2）光源的距离和分布与感光阵列分的辨率和感光阵列面积。

如果无人机距其他无人机镜头的距离是2Km，2个巡飞无人机的最近距离是d米，那么可以计算出感光阵列的分辨率；

如果其他无人机和此无人机镜头距离是2Km，一个无人机的“感光阵列”能够感光前方A平方公里区域，可以计算出感光阵列的“视场”大小。

根据光学成像原理：=或=

当无人机之间最小距离为d时，镜头成的像的最小距离s的计算公式为：

s=

假设无人机间最小距离50m，焦距f=0.01m，无人机距离镜头2Km时根据上述公式可以算出无人机在镜头里成的像相距最小距离为0.25mm。

同理可以推导出镜头能看到的视场最大面积A与感光阵列靶面最小面积a也有这样的关系：

=

假设无人机镜头的最大视场为16平方公里时，无人机距镜头距离L为2Km，则镜头成像区域大小为0.0004平方米（即在一个规格大小为2cm*2cm区域阵列内成像）。

（3）光源图像跟踪与光信号OOK解调融为一体的光多用户通信解调算法，无人机蜂群在飞行，无人机之间的相对位置在不断变化，这样光信号在感光阵列上也是不断移动的，所以需要进行光源图像的跟踪，把跟踪信息和感光阵列上解调的OOK信息结合起来，才能最终得到某个无人机目标的发送的光信息。

Claims (8)

1.一种基于视频的光空间多址无线通信的方法，其特征在于，包括：

（1）发射端，空间分布的多个用户同时发送光信号；

（2）接收端，通过一个或多个成像装置，得到多个用户光信号的视频信息，并进行存储；

（3）识别视频中不同光信号空间成像的位置，区分不同的用户，通过对光信号的视频采集，比较视频序列点光源图像的变化，判定不同用户所发送的信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于视频的光空间多址无线通信的方法，其特征在于，所述步骤（1）包括空间分布的多个用户发送的信息，通过信源编码经过调制，将信息转化为光信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于视频的光空间多址无线通信的方法，其特征在于，所述步骤（1）空间分布的多个用户发送信息，当运动光源轨迹有交叉或重合时，在用户发送的信息中插入用户唯一的身份标识，经编码和调制后，送入光发射端进行发射。

4.根据权利要求1所述的一种基于视频的光空间多址无线通信的方法，其特征在于，所述步骤（2）通过一个或多个成像装置对接收光信号的成像进行视频采集，得到多个用户光信号的视频信息，并进行存储。

5.根据权利要求1所述的一种基于视频的光空间多址无线通信的方法，其特征在于，所述步骤（3）对于运动光源的多用户区分时，对接收光信号的成像进行视频采集，通过跟踪视频图像点光源的轨迹来区分不同用户。

6.根据权利要求5所述的一种基于视频的光空间多址无线通信的方法，其特征在于，所述步骤（3）对于静止光源的多用户区分时，对接收光信号的成像进行视频采集，通过光信号的位置来区分不同用户。

7.根据权利要求5所述的一种基于视频的光空间多址无线通信的方法，所述步骤（3）对于运动光源轨迹有重合和交叉的多用户区分时，在译码时通过伪随机码相关运算区分得到不同用户的身份信息。

8.一种基于视频的光空间多址无线通信的方法，其特征在于，包括如下步骤：

信号发射处理：A、空间分布的多个用户同时发送光信号，当用户静止或用户运动的轨迹无交叉或重合时，通过信源编码经过调制，将信息转化为光信号；

B、空间分布的多个用户同时发送光信号，运动光源轨迹有交叉或重合时，在用户发送的信息中插入用户唯一的身份标识，经编码和调制后，送入光发射端进行发射；

信号接收采集：通过一个或多个成像装置对接收光信号的成像进行视频采集，得到多个用户光信号的视频信息，并进行存储；

信号识别判定：A、对于运动光源的多用户区分时，对接收光信号的成像进行视频采集，通过跟踪视频图像点光源的轨迹来区分不同用户；

B、对于运动光源轨迹有重合和交叉的多用户区分时，在译码时通过伪随机码相关运算区分得到不同用户的身份信息。