CN111193544A - 一种基于可见光双向通信系统的通信方法和系统 - Google Patents

一种基于可见光双向通信系统的通信方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于可见光双向通信系统的通信方法和系统。该通信方法包括：基于时分复用的通信方式确定物理层传输数据的超时隙；超时隙包括第一时隙、第二时隙和第三时隙；采用多电平幅度键控调制方式确定物理层传输数据的原始符号；确定原始符号对应的补偿符号；原始符号与补偿符号之和为多电平幅度键控调制方式的幅度；可见光设备采用第一时隙发送原始符号或接收数据、第二时隙接收数据或发送原始符号以及第三时隙发送补偿符号的方式，发送数据和/或接收数据；采用基于CSMA/CD的媒介访问控制机制调节可见光设备发送数据和/或接收数据的接入信道。本发明可以支持多个设备进行同时收发，实现可见光通信网络的复杂通信。

Description

一种基于可见光双向通信系统的通信方法和系统
技术领域
本发明涉及可见光通信领域，特别是涉及一种基于可见光双向通信系统的通信方法和系统。
背景技术
可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的。与目前使用的无线局域网(无线LAN)相比，可见光通信系统可利用已经存在的室内照明设备发射信道，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。同时可见光通信系统还具有安全性高、无电磁干扰、节能等特点，在部署了照明设备的室内环境下都有广泛的应用场景，尤其是对电磁信号敏感的医院、飞机等场景。因此可见光通信技术的研究具有重要的市场价值。
可见光通信系统中，通常使用发光二极管(light emitting diode，LED)作为数据发送端，接收端则有多种类型，包括光电二极管(Photo-Diode，PD)、CMOS摄像头、LED等。使用PD作为接收器可以实现较高的通信速率，但是需要额外设计接收器且成本较为昂贵。如果实现需要实现全双工双向通信，则需要通信双方配备发送器和接收器，二者相互独立。CMOS摄像头利用卷帘快门(Rolling Shutter)效应接收信号，其通信速率受限于摄像头的扫描频率，仅能实现kbps级别的通信速率，且仅能实现从LED到摄像头(LED-to-Camera)的单向通信，无法实现双向通信。双向通信必须借助手机上的蓝牙、WI-FI或闪光灯等设备，实现较为复杂。LED作为感光器件，可以通过设置偏置测量可见光强度，这一特性使得LED也可以作为可见光通信的接收器。这种LED-to-LED的可见光双向通信技术，可以仅利用已经存在的LED照明设备即可实现双向通信，是一种成本低廉极具应用前景的可见光通信技术。
但是LED-to-LED的通信系统也存在其局限性，即LED需要通过设置偏置，在同一时刻只能发送或只能接受信号，无法在同一时刻实现双向通信。目前可支持双向通信的LED-to-LED通信技术研究较少，都是基于曼彻斯特编码实现的。由于可见光通信通常采用曼彻斯特码以保持照明强度均衡，曼彻斯特码的“0”符号可以用来接收信号。但是已有工作仅支持不对称的数据速率，且无法保障照明均衡。有的工作改进了该机制可以保障照明均衡，但是仅支持一对设备进行同时收发，没有进行多设备存在时的媒介接入控制，因此不适用于可见光通信网络。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于可见光双向通信系统的通信方法和系统，以支持多个设备进行同时收发，实现可见光通信网络的复杂通信。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于可见光双向通信系统的通信方法，包括：
基于时分复用的通信方式确定物理层传输数据的超时隙；所述超时隙包括第一时隙、第二时隙和第三时隙；
采用多电平幅度键控调制方式确定物理层传输数据的原始符号；所述多电平幅度键控调制方式中不同的符号对应不同的幅值；所述幅值为可见光双向通信系统中可见光设备的光照强度；
确定所述原始符号对应的补偿符号；所述原始符号与所述补偿符号之和为所述多电平幅度键控调制方式的幅度；
所述可见光设备采用所述第一时隙发送所述原始符号或接收数据、所述第二时隙接收数据或发送所述原始符号以及所述第三时隙发送所述补偿符号的方式，发送数据和/或接收数据；
采用基于CSMA/CD的媒介访问控制机制调节所述可见光设备发送数据和/或接收数据的接入信道。
可选的，所述可见光设备采用所述第一时隙发送所述原始符号或接收数据、所述第二时隙接收数据或发送所述原始符号以及所述第三时隙发送所述补偿符号的方式，发送数据和/或接收数据，之后还包括：
当所述可见光设备发送所述原始符号后，采用发射所述原始符号的时隙接收数据确认信息；
当所述可见光设备接收数据后，采用接收数据的时隙发送数据确认信息。
可选的，所述采用基于CSMA/CD的媒介访问控制机制调节所述可见光设备发送数据和/或接收数据的接入信道，包括：
当所述可见光设备空闲时在第三时隙发送最高幅度的补偿符号；
当所述可见光设备发送数据时，将待发送数据流分为多个等长度的数据包；所述数据包内每n个比特对应一个编码，所述编码包括原始符号和补偿符号，所述多电平幅度键控调制方式的幅度为2n；
所述可见光设备发送数据前，侦听第一时长；侦听第一时长时在所述第三时隙发送最高幅度的补偿符号；
所述可见光设备侦听第一时长后，采用空闲的时隙发送所述编码对应的原始符号，采用第三时隙发送所述编码对应的补偿符号；
所述可见光设备发送数据后，侦听第二时长；侦听第二时长时在所述第三时隙发送最高幅度的补偿符号；
判断在所述第二时长内是否接收到数据确认信息；当所述第二时长内未接收到数据确认信息，重新发送所述数据包；当所述第二时长内接收到数据确认信息后，继续发送所述数据流的下一个数据包。
可选的，所述采用基于CSMA/CD的媒介访问控制机制调节所述可见光设备发送数据和/或接收数据的接入信道，还包括：
当所述可见光设备同时接收两个设备发送的数据流时，若所述可见光设备给两个设备反馈的数据确认信息在同一个超时隙内，采用延后发送数据确认信息的方式，调节所述可见光设备发送数据的接入信道；
当所述可见光设备同时接收第一设备发送的数据流并向第二设备发送数据流时，若所述可见光设备给第一设备反馈的数据确认信息与向第二设备发送的数据流在同一个超时隙内，采用延后发送的方式，调节所述可见光设备发送数据的接入信道。
可选的，所述当所述可见光设备同时接收两个设备发送的数据流时，若所述可见光设备给两个设备反馈的数据确认信息在同一个超时隙内，采用延后发送数据确认信息的方式，调节所述可见光设备发送数据的接入信道，具体包括：
当所述可见光设备同时接收两个设备发送的数据流时，若所述可见光设备给两个设备反馈的数据确认信息在同一个超时隙内，先发送第一数据流对应的数据确认信息，第二数据流对应的数据确认信息延迟等待发送；当所述第一数据流对应的数据确认信息发送完成后，再发送第二数据流对应的数据确认信息；所述可将光设备开始接收第一数据流的时间先于所述第二数据流。
可选的，所述第二数据流对应的数据确认信息延迟等待发送时，延迟等待时间中与所述第一数据流的数据重叠的时间内，采用接收所述第二数据流的时隙发送最高幅度的补偿符号；所述延迟等待时间中与所述第一数据流对应的数据确认信息重叠的时间内，采用接收所述第二数据流的时隙发送第一数据流数据确认信息对应的补偿符号。
可选的，所述当所述可见光设备同时接收第一设备发送的数据流并向第二设备发送数据流时，若所述可见光设备给第一设备反馈的数据确认信息与向第二设备发送的数据流在同一个超时隙内，采用延后发送的方式，调节所述可见光设备发送数据的接入信道，具体包括：
当所述可见光设备开始接收第一设备发送的数据流的时间先于开始向第二设备发送的数据流时，先发送给第一设备反馈的数据确认信息，向第二设备发送数据延迟等待发送；当给第一设备反馈的数据确认信息发送完成后，再向第二设备发送数据；
当所述可见光设备开始向第二设备发送的数据流先于开始接收第一设备发送的数据流的时间时，先向第二设备发送数据，给第一设备反馈的数据确认信息延迟等待发送；当向第二设备发送数据完成后，开始接收第二设备的数据确认信息时，开始发送给第一设备反馈的数据确认信息。
可选的，所述向第二设备发送数据延迟等待发送时，延时等待时间中与第一设备发送的数据流的数据重叠的时间内，采用向第二设备发送数据的时隙发送最高幅度的补偿符号；所述延迟等待时间中与给第一设备反馈的数据确认信息重叠的时间内，采用向第二设备发送数据的时隙发送给第一设备反馈的数据确认信息对应的补偿符号。
可选的，所述给第一设备反馈的数据确认信息延迟等待发送时，延时等待时间中与向第二设备发送的数据流重叠的时间内，采用给第一设备发送反馈的数据确认信息的时隙发送向第二设备发送数据对应的补偿符号；所述延迟等待时间中与接收第二设备的数据确认信息重叠的时间内，采用给第一设备发送反馈的数据确认信息的时隙发送最高幅度的补偿符号。
本发明还提供一种基于可见光双向通信系统的通信系统，包括：物理层协议构建模块和MAC层协议构建模块；
所述物理层协议构建模块包括：
超时隙确定单元，用于基于时分复用的通信方式确定物理层传输数据的超时隙；所述超时隙包括第一时隙、第二时隙和第三时隙；
传输数据原始符号确定单元，用于采用多电平幅度键控调制方式确定物理层传输数据的原始符号；所述多电平幅度键控调制方式中不同的符号对应不同的幅值；所述幅值为可见光双向通信系统中可见光设备的光照强度；
传输数据补偿符号确定单元，用于确定所述原始符号对应的补偿符号；所述原始符号与所述补偿符号之和为所述多电平幅度键控调制方式的幅度；所述幅度为所述幅值的个数；
发送数据时隙确定单元，用于控制所述可见光设备采用所述第一时隙发送所述原始符号或接收数据、所述第二时隙接收数据或发送所述原始符号以及所述第三时隙发送所述补偿符号的方式，发送数据和/或接收数据；
所述MAC层协议构建模块，用于采用基于CSMA/CD的媒介访问控制机制调节所述可见光设备发送数据和/或接收数据的接入信道。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过划分物理层传输数据的超时隙，可以同时发送数据和接收数据，同时采用补偿符号的方式持续满足照明强度要求，进而可以在满足照明强度要求前提下，实现双向通信，大幅度提高可见光双向通信网络的通信速率和吞吐量。而且，本发明采用基于CSMA/CD的媒介访问控制机制，可以有效的避免隐藏终端问题，解决在多照明设备进行无冲突双向通信时的编码和媒介接入控制问题，无冲突地实现双向通信网络。
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于可见光双向通信系统的通信方法的流程示意图；
图2为本发明可见光双向通信系统的结构示意图；
图3为本发明时分复用双向通信示意图；
图4为本发明时分复用多跳通信示意图；
图5为可见光设备空闲模式的示意图；
图6为ACK确认机制示意图；
图7为同时接收数据时延后发送数据确认信息的示意图；
图8为同时收发数据时情况一的延后发送数据确认信息的示意图；
图9为同时收发数据时情况二的延后发送数据确认信息的示意图。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明包括两部分：(1)结合多电平幅度键控调制和时分复用的物理层协议构建部分；(2)基于CSMA/CD的媒介访问控制机制的MAC层协议构建部分。图1为本发明基于可见光双向通信系统的通信方法的流程示意图。图中步骤100-步骤400为物理层协议构建部分，步骤500为MAC层协议构建部分。如图1所示，本发明基于可见光双向通信系统的通信方法包括以下步骤：
步骤100：基于时分复用的通信方式确定物理层传输数据的超时隙。超时隙包括第一时隙、第二时隙和第三时隙。
步骤200：采用多电平幅度键控调制方式确定物理层传输数据的原始符号。多电平幅度键控调制方式中不同的符号对应不同的幅值；幅值为可见光双向通信系统中可见光设备的光照强度。
步骤300：确定原始符号对应的补偿符号。原始符号与补偿符号之和为多电平幅度键控调制方式的幅度。
步骤400：可见光设备采用第一时隙发送原始符号或接收数据、第二时隙接收数据或发送原始符号以及第三时隙发送补偿符号的方式，发送数据和/或接收数据。
图2为本发明可见光双向通信系统的结构示意图。如图2所示，可将光双向通信系统由一个双模驱动器和LED收发器组成。驱动器有两个工作模式，即发光(数据发送)模式和感光(数据接收)模式。在发光(数据发送)模式下，LED驱动器前置；在感光(数据接收)模式下，LED驱动器后置用以感知光强并将光强信号转化为接收数据。
结合步骤100-步骤400，本发明的可见光双向通信系统在进行数据传输时，将数据流分为多个等长度的数据包，数据包内每n个比特对应一个编码，每个编码在对应的超时隙内进行数据传输，即发送数据或接收数据。本发明中数据传输的编码采用原始符号加补偿符号的格式。
多电平幅度键控调制方式(MASK)使用不同的幅值(记为2n个幅度)，即光照强度来表示符号(symbol)。例如，使用4-ASK(即n＝2)表示2位比特的数据传输，即每次传输数据包中的2位比特，此时，幅值1表示00，幅值2表示01，幅值3表示10，幅值4表示11。为了避免幅值键控调制带来的照明闪烁问题，每发送一个原始符号都会跟随发送一个补偿符号，使得原始符号和补偿符号的幅值之和固定为幅度4(即2n)。通过补偿符号的方式均衡发光强度，避免闪烁。例如发送符号1，实际发送的是编码13(即原始符号1和补偿符号3)，发送符号2时，实际发送的是编码22(原始符号2和补偿符号2)。这样每个符号对应的平均发光强度是均衡的。
表1为编码方式，如表1所示，发送比特00时，原始符号为1，补偿符号为3，发送的编码为13；发送比特01时，原始符号为2，补偿符号为2，发送的编码为22；发送比特10时，原始符号为3，补偿符号为1，发送的编码为31；发送比特11时，原始符号为4，补偿符号为0，发送的编码为40。
表1编码方式
比特 00 01 10 11
原始符号 1 2 3 4
补偿符号 3 2 1 0
编码 13 22 31 40
结合时分复用的通信方式，本发明数据传输时，每个编码占用一个超时隙，即3个时隙，其中，第一时隙发送原始符号或接收数据，第二时隙接收数据或发送原始符号，第三时隙发送补偿符号。这种方式相当于提供了两个信道分别用于收发数据。图3为本发明时分复用双向通信示意图，如图3所示，双向通信时，LED设备A使用时隙1和时隙3发送数据编码(时隙1发送原始符号，时隙3发送补偿符号)、时隙2进行数据接收，LED设备B使用时隙2和时隙3发送数据编码(时隙2发送原始符号，时隙3发送补偿符号)，时隙1接收数据。通过这种方式，LED设备A和LED设备B都可以接收到每个编码的第一位符号，即原始符号，即可实现双向通信。
同时，采用时分复用的通信方式，本发明还可以实现多跳通信。图4为本发明时分复用多跳通信示意图，如图4中左部分所示，设备B可以同时接收设备A和设备C的发送数据；如图4中右部分所示，A→B以及B→C的数据传输也可以同时进行。因此这种时分复用的方式可以大幅度提高通信吞吐量。
步骤500：采用基于CSMA/CD的媒介访问控制机制调节可见光设备发送数据和/或接收数据的接入信道。采用基于CSMA/CD的媒介接入控制机制可以避免隐藏终端带来的冲突问题，使得可见光双向通信网络中的多LED照明设备可以无冲突接入信道。具体如下：
首先，每个LED设备打开时将进入空闲模式，在时隙3发送最高幅度的的补偿符号，以维持照明强度。以最高幅度为4为例，如图5所示，图5为可见光设备空闲模式的示意图。这样每个LED设备都可以同时在时隙1和时隙2上侦听信道，当一个空闲LED设备没有侦听到任何数据，说明通信范围内没有开启的LED设备或是通信范围内的LED设备均处于空闲模式。而且，由于所有数据通信均在时隙1和2上进行，时隙3上的信号并不会影响到时隙1和时隙2上可能正在进行的数据传输过程。
当处于空闲状态的发送LED设备(记为LED设备A)有数据发送时，使用带有冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CD)的方式接入信道。LED设备A会把长数据流分成若干个等长度的数据包，以数据包内每2个比特使用1个编码(原始符号+补偿符号)表示为例，每个数据包采用多个编码进行数据传输。在发送数据包之前，设备A首先侦听第一时长，记为Tw，如果时隙1空闲，则在时隙1和时隙3发送编码(时隙1发送原始符号，时隙3发送补偿符号)；若时隙1忙，时隙2空闲，则在时隙2和时隙3发送编码(时隙2发送原始符号，时隙3发送补偿符号)。
本发明采用ACK确认机制，图6为ACK确认机制示意图，图中仅展示数据负荷传输和ACK传输的时隙使用情况，实际数据负荷和ACK传输可能会持续若干个超时隙。如图6所示，接收LED设备(记为LED设备B)在其接收数据的时隙反馈数据确认信息(Acknowledgement,ACK)给发送设备A。ACK的作用是两方面的，一是为了给发送设备A进行传输确认，二是通知设备B的邻居设备，此时设备B正在使用该时隙进行数据接收，避免隐藏终端带来的冲突问题。设备B的邻居设备是指在通信范围内的与设备B能够通信的所有其他设备。
设备A在发送完数据包后，在发送数据的时隙等待接收设备B反馈的ACK，等待时长为TACK，如果在TACK内收到ACK，则继续发送下一个数据包；否则将进行重传。如果多次重传失败，则认为接收设备B不可用，将会延迟较长时间后再次尝试发送。设备A在等待ACK时，如果时隙1和时隙2均处于空闲侦听状态，则需要在时隙3发送最高幅度的补偿符号以维持照明。为了使得发送设备有充足的侦听时间可以侦听到数据传输，尤其是侦听到ACK，Tw需要略大于一个数据包的持续时间。
由于一个设备可以同时接收两个设备的发送数据，也可以同时发送或接收数据，这意味着该设备可能在某一个超时隙需要同时给两个设备反馈ACK，或是同时发送数据和ACK。但是时隙1和时隙2同时发送信号会违背照明强度均衡的限制，即该设备无法通过前述的原始符号加补偿符号的方式维持照明强度。因此，本发明通过延后发送的方式，调节所述可见光设备发送数据的接入信道，避免在同一个超时隙的时隙1和时隙2同时发送信号。具体包括以下情况：
(1)当某可见光设备同时接收两个设备发送的数据流时，若可见光设备给两个设备反馈的数据确认信息在同一个超时隙内，先发送第一数据流对应的数据确认信息，第二数据流对应的数据确认信息延迟等待发送；当第一数据流对应的数据确认信息发送完成后，再发送第二数据流对应的数据确认信息；可将光设备开始接收第一数据流的时间先于所述第二数据流。图7为同时接收数据时延后发送数据确认信息的示意图。如图7所示，设备B先开始接收设备A发送的数据流，再开始接收设备C发送的数据流，则收到设备C的每一个数据包时，判断此时反馈给设备A的ACK和设备C的ACK是否在同一个超时隙内，若是，则在发送完反馈给设备A的ACK后再发送给C的ACK。因此设备等待ACK反馈的时间TACK需要大于一个ACK的持续时间。
同时，为了避免在延迟时间内设备B被其他设备抢占信道，在延迟时段内，设备B在与时隙1上接收数据重叠的超时隙内使用时隙2发送最高幅度的补偿符号；在与时隙1上发送ACK重叠的超时隙内，使用时隙2发送时隙1发送的ACK对应的补偿符号，告知邻居设备时隙2已被占用。设备C能够侦听到时隙2上的信号，但是无法正确解码，直到收到完整的ACK为止。
(2)当某可见光设备同时接收第一设备发送的数据流并向第二设备发送数据流时，若向第二设备发送数据流的数据和向第一设备反馈的ACK在同一超时隙内有重叠时，采用延后发送的方式，调节所述可见光设备发送数据的接入信道。此时包括两种情况：
情况一：可见光设备开始接收第一设备发送的数据流的时间先于开始向第二设备发送的数据流。图8为同时收发数据时情况一的延后发送数据确认信息的示意图，如图8所示，可见光设备在时隙1开始接收第一设备发送的数据流的时间先于时隙2开始向第二设备发送的数据流。当在时隙1接收数据的状态下需要在时隙2发送数据，则延迟时隙2发送数据，在时隙1完成第一设备的ACK反馈后，再开始时隙2的发送数据。
为了避免在延迟时间被其他设备抢占信道，也可以在延迟时段内，可见光设备在与接收第一设备的数据重叠的超时隙内使用时隙2发送最高幅度的补偿符号，可见光设备在与反馈给第一设备的ACK重叠的超时隙内使用时隙2发送反馈给第一设备的ACK对应的补偿符号，告知邻居设备时隙2已被占用。
情况二：可见光设备开始向第二设备发送的数据流先于开始接收第一设备发送的数据流的时间。图9为同时收发数据时情况二的延后发送数据确认信息的示意图，如图9所示，可见光设备在时隙2发送给第二设备的数据流的时间先于在时隙1开始接收第一设备发送的数据流。当该可见光设备在时隙2向第二设备发送数据后，又在时隙1接收第一设备的数据，则延迟时隙1中反馈给第一设备的ACK发送，在时隙2接收ACK时，开始在时隙1和3发送ACK的原始符号和其补偿符号。
为了避免在延迟时间被其他设备抢占信道，在延迟时段内，可见光设备在与向第二设备发送数据重叠的超时隙内使用时隙1发送向第二设备发送数据对应的补偿符号，可见光设备在与接收第二设备的ACK重叠的超时隙内使用时隙1发送最高幅度的补偿符号，告知邻居设备时隙1已被占用。
对应于前述的基于可见光双向通信系统的通信方法，本发明还提供一种基于可见光双向通信系统的通信系统，包括：物理层协议构建模块和MAC层协议构建模块。
所述物理层协议构建模块包括：
超时隙确定单元，用于基于时分复用的通信方式确定物理层传输数据的超时隙；所述超时隙包括第一时隙、第二时隙和第三时隙。
传输数据原始符号确定单元，用于采用多电平幅度键控调制方式确定物理层传输数据的原始符号；所述多电平幅度键控调制方式中不同的符号对应不同的幅值；所述幅值为可见光双向通信系统中可见光设备的光照强度。
传输数据补偿符号确定单元，用于确定所述原始符号对应的补偿符号；所述原始符号与所述补偿符号之和为所述多电平幅度键控调制方式的幅度；所述幅度为所述幅值的个数。
发送数据时隙确定单元，用于控制所述可见光设备采用所述第一时隙发送所述原始符号或接收数据、所述第二时隙接收数据或发送所述原始符号以及所述第三时隙发送所述补偿符号的方式，发送数据和/或接收数据。
所述MAC层协议构建模块，用于采用基于CSMA/CD的媒介访问控制机制调节所述可见光设备发送数据和/或接收数据的接入信道。
采用本发明的通信方法和系统，当存在多个LED照明设备需要进行通信时，LED设备将结合多电平幅度键控调制和时分复用，可以在满足照明强度要求前提下，实现双向通信；在此基础上采用基于CSMA/CD的媒介访问控制机制，可以有效的避免隐藏终端问题解决媒介接入问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于可见光双向通信系统的通信方法，其特征在于，包括：
基于时分复用的通信方式确定物理层传输数据的超时隙；所述超时隙包括第一时隙、第二时隙和第三时隙；
采用多电平幅度键控调制方式确定物理层传输数据的原始符号；所述多电平幅度键控调制方式中不同的符号对应不同的幅值；所述幅值为可见光双向通信系统中可见光设备的光照强度；
确定所述原始符号对应的补偿符号；所述原始符号与所述补偿符号之和为所述多电平幅度键控调制方式的幅度；
所述可见光设备采用所述第一时隙发送所述原始符号或接收数据、所述第二时隙接收数据或发送所述原始符号以及所述第三时隙发送所述补偿符号的方式，发送数据和/或接收数据；
采用基于CSMA/CD的媒介访问控制机制调节所述可见光设备发送数据和/或接收数据的接入信道。
2.根据权利要求1所述的基于可见光双向通信系统的通信方法，其特征在于，所述可见光设备采用所述第一时隙发送所述原始符号或接收数据、所述第二时隙接收数据或发送所述原始符号以及所述第三时隙发送所述补偿符号的方式，发送数据和/或接收数据，之后还包括：
当所述可见光设备发送所述原始符号后，采用发射所述原始符号的时隙接收数据确认信息；
当所述可见光设备接收数据后，采用接收数据的时隙发送数据确认信息。
3.根据权利要求1所述的基于可见光双向通信系统的通信方法，其特征在于，所述采用基于CSMA/CD的媒介访问控制机制调节所述可见光设备发送数据和/或接收数据的接入信道，包括：
当所述可见光设备空闲时在第三时隙发送最高幅度的补偿符号；
当所述可见光设备发送数据时，将待发送数据流分为多个等长度的数据包；所述数据包内每n个比特对应一个编码，所述编码包括原始符号和补偿符号，所述多电平幅度键控调制方式的幅度为2n；
所述可见光设备发送数据前，侦听第一时长；侦听第一时长时在所述第三时隙发送最高幅度的补偿符号；
所述可见光设备侦听第一时长后，采用空闲的时隙发送所述编码对应的原始符号，采用第三时隙发送所述编码对应的补偿符号；
所述可见光设备发送数据后，侦听第二时长；侦听第二时长时在所述第三时隙发送最高幅度的补偿符号；
判断在所述第二时长内是否接收到数据确认信息；当所述第二时长内未接收到数据确认信息，重新发送所述编码；当所述第二时长内接收到数据确认信息后，继续发送所述数据包的下一个编码。
4.根据权利要求3所述的基于可见光双向通信系统的通信方法，其特征在于，所述采用基于CSMA/CD的媒介访问控制机制调节所述可见光设备发送数据和/或接收数据的接入信道，还包括：
当所述可见光设备同时接收两个设备发送的数据流时，若所述可见光设备给两个设备反馈的数据确认信息在同一个超时隙内，采用延后发送数据确认信息的方式，调节所述可见光设备发送数据的接入信道；
当所述可见光设备同时接收第一设备发送的数据流并向第二设备发送数据流时，若所述可见光设备给第一设备反馈的数据确认信息与向第二设备发送的数据流在同一个超时隙内，采用延后发送的方式，调节所述可见光设备发送数据的接入信道。
5.根据权利要求4所述的基于可见光双向通信系统的通信方法，其特征在于，所述当所述可见光设备同时接收两个设备发送的数据流时，若所述可见光设备给两个设备反馈的数据确认信息在同一个超时隙内，采用延后发送数据确认信息的方式，调节所述可见光设备发送数据的接入信道，具体包括：
当所述可见光设备同时接收两个设备发送的数据流时，若所述可见光设备给两个设备反馈的数据确认信息在同一个超时隙内，先发送第一数据流对应的数据确认信息，第二数据流对应的数据确认信息延迟等待发送；当所述第一数据流对应的数据确认信息发送完成后，再发送第二数据流对应的数据确认信息；所述可将光设备开始接收第一数据流的时间先于所述第二数据流。
6.根据权利要求5所述的基于可见光双向通信系统的通信方法，其特征在于，所述第二数据流对应的数据确认信息延迟等待发送时，延迟等待时间中与所述第一数据流的数据重叠的时间内，采用接收所述第二数据流的时隙发送最高幅度的补偿符号；所述延迟等待时间中与所述第一数据流对应的数据确认信息重叠的时间内，采用接收所述第二数据流的时隙发送第一数据流数据确认信息对应的补偿符号。
7.根据权利要求4所述的基于可见光双向通信系统的通信方法，其特征在于，所述当所述可见光设备同时接收第一设备发送的数据流并向第二设备发送数据流时，若所述可见光设备给第一设备反馈的数据确认信息与向第二设备发送的数据流在同一个超时隙内，采用延后发送的方式，调节所述可见光设备发送数据的接入信道，具体包括：
当所述可见光设备开始接收第一设备发送的数据流的时间先于开始向第二设备发送的数据流时，先发送给第一设备反馈的数据确认信息，向第二设备发送数据延迟等待发送；当给第一设备反馈的数据确认信息发送完成后，再向第二设备发送数据；
当所述可见光设备开始向第二设备发送的数据流先于开始接收第一设备发送的数据流的时间时，先向第二设备发送数据，给第一设备反馈的数据确认信息延迟等待发送；当向第二设备发送数据完成后，开始接收第二设备的数据确认信息时，开始发送给第一设备反馈的数据确认信息。
8.根据权利要求7所述的基于可见光双向通信系统的通信方法，其特征在于，所述向第二设备发送数据延迟等待发送时，延时等待时间中与第一设备发送的数据流的数据重叠的时间内，采用向第二设备发送数据的时隙发送最高幅度的补偿符号；所述延迟等待时间中与给第一设备反馈的数据确认信息重叠的时间内，采用向第二设备发送数据的时隙发送给第一设备反馈的数据确认信息对应的补偿符号。
9.根据权利要求7所述的基于可见光双向通信系统的通信方法，其特征在于，所述给第一设备反馈的数据确认信息延迟等待发送时，延时等待时间中与向第二设备发送的数据流重叠的时间内，采用给第一设备发送反馈的数据确认信息的时隙发送向第二设备发送数据对应的补偿符号；所述延迟等待时间中与接收第二设备的数据确认信息重叠的时间内，采用给第一设备发送反馈的数据确认信息的时隙发送最高幅度的补偿符号。
10.一种基于可见光双向通信系统的通信系统，其特征在于，包括：物理层协议构建模块和MAC层协议构建模块；
所述物理层协议构建模块包括：
超时隙确定单元，用于基于时分复用的通信方式确定物理层传输数据的超时隙；所述超时隙包括第一时隙、第二时隙和第三时隙；
传输数据原始符号确定单元，用于采用多电平幅度键控调制方式确定物理层传输数据的原始符号；所述多电平幅度键控调制方式中不同的符号对应不同的幅值；所述幅值为可见光双向通信系统中可见光设备的光照强度；
传输数据补偿符号确定单元，用于确定所述原始符号对应的补偿符号；所述原始符号与所述补偿符号之和为所述多电平幅度键控调制方式的幅度；所述幅度为所述幅值的个数；
发送数据时隙确定单元，用于控制所述可见光设备采用所述第一时隙发送所述原始符号或接收数据、所述第二时隙接收数据或发送所述原始符号以及所述第三时隙发送所述补偿符号的方式，发送数据和/或接收数据；
所述MAC层协议构建模块，用于采用基于CSMA/CD的媒介访问控制机制调节所述可见光设备发送数据和/或接收数据的接入信道。
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