CN111211836B - 对称载波消除光通信方法、可见光收发器及可见光通信终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供对称载波消除光通信方法、可见光收发器及可见光通信终端，以降低点对点互联的对准难度。一种对称载波消除光通信方法，可见光通信终端与对端通视同一反射面；方法包括：可见光通信终端向反射面发送第一可见光信号；可见光通信终端接收可见光信号并转化为第一目标电信号；其中，第一目标电信号包括第一接收信号和第二接收信号；第一接收信号为：第一可见光信号传输至反射面再被可见光通信终端接收下来的电信号；第二接收信号为：第二可见光信号传输至反射面后再被可见光通信终端接收下来的电信号；可见光通信终端对第一接收信号进行信道估计，得到估计信号；在第一目标电信号中减去估计信号，得到的第二接收信号的估计信号。

Description

对称载波消除光通信方法、可见光收发器及可见光通信终端

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别涉及对称载波消除光通信方法、可见光收发器及可见光通信终端。

背景技术

随着可见光通信技术的不断发展，可见光终端之间点对点互联需求旺盛。由于可见光通信定向性的特点，最简单的实现点对点互联的方法就是两个终端之间对准传输，以获取对端发送的可见光信号，但是这种方法在实际中存在对准困难，无法应对终端移动的问题等。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供对称载波消除光通信方法、可见光收发器及可见光通信终端，以降低点对点互联的对准难度，并提高可见光通信的空间复用度。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种对称载波消除光通信方法，应用于可见光通信终端与对端之间进行全双工点对点通信；所述可见光通信终端与对端通视同一反射面；

所述方法包括：

所述可见光通信终端向所述反射面发送第一可见光信号；

所述可见光通信终端接收可见光信号并转化为第一目标电信号；其中，在所述对端向所述反射面发送第二可见光信号的场景下，所述第一目标电信号包括第一接收信号和第二接收信号；所述第一接收信号为：所述第一可见光信号传输至所述反射面、经所述反射面散射和反射后再被所述可见光通信终端接收下来的电信号；所述第二接收信号为：所述第二可见光信号传输至所述反射面、经所述反射面散射和反射后再被所述可见光通信终端接收下来的电信号；

所述可见光通信终端对所述第一接收信号进行信道估计，得到估计信号；

所述可见光通信终端在所述第一目标电信号中减去所述估计信号，得到的第二目标电信号；其中，所述第二目标电信号为所述第二接收信号的估计信号。

可选的，所述可见光通信终端与所述对端的通视角在所述反射面上具有重叠区域。

可选的，进行信道估计之前，还包括：所述可见光通信终端向所述反射面发送参考信号对应的可见光信号；所述参考信号的幅度已知；所述可见光通信终端根据返回信号和所述参考信号的幅度，计算信道响应；其中，所述信道响应用于进行信道估计；所述返回信号为：所述参考信号对应的可见光信号传输至所述反射面、被所述反射面散射和反射后再被所述可见光收发器接收下来的电信号。

可选的，所述在所述第一目标电信号中减去所述估计信号包括：在所述第一目标电信号的幅度上减去所述估计信号的幅度。

可选的，当所述可见光通信终端发送所述参考信号对应的可见光信号时，所述对端处于静默状态。

一种可见光收发器，应用于上述任一项的可见光通信终端；所述可见光收发器包括：

发送器，用于：

向反射面发送第一可见光信号；其中，所述可见光通信终端与对端通视所述反射面；

接收器，用于：接收可见光信号并转化为第一目标电信号；其中，在所述对端向所述反射面发送第二可见光信号的场景下，第一目标电信号包括第一接收信号和第二接收信号；所述第一接收信号为：所述第一可见光信号传输至所述反射面、经所述反射面散射和反射后再被所述可见光收发器接收下来的电信号；所述第二接收信号为：所述第二可见光信号传输至所述反射面、经所述反射面散射和反射后再被所述可见光收发器接收下来的电信号；

估计单元，用于：对所述第一接收信号进行信道估计，得到估计信号；

消除单元，用于：在所述第一目标电信号中减去所述估计信号，得到的第二目标电信号；其中，所述第二目标电信号为所述第二接收信号的估计信号。

可选的，所述可见光通信终端与所述对端的通视角在所述反射面上具有重叠区域。

可选的，还包括信道估计单元，用于：在进行信道估计之前，向所述反射面发送参考信号对应的可见光信号；所述参考信号的幅度已知；根据返回信号和所述参考信号的幅度，计算信道响应；其中，所述信道响应用于进行信道估计；所述返回信号为：所述参考信号对应的可见光信号传输至所述反射面、被所述反射面散射和反射后再被所述可见光收发器接收下来的电信号。

可选的，在所述第一目标电信号中减去所述估计信号的方面，所述消除单元具体用于：在所述第一目标电信号的幅度上减去所述估计信号的幅度。

一种可见光通信终端，其特征在于，包括上述的可见光收发器。

可见，在本发明实施例中，可见光通信终端与对方可见光通信终端(对端)可同时向反射面发送可见光信号，所发送的两个可见光信号在发射面叠加后被反射面散射和反射。两可见光通信终端同时接收信号，任一可见光通信终端接收的信号为混合信号，包括自身发送的第一可见光信号经第一可见光无线信道传输后得到的第一接收信号，以及对端发送的第二可见光信号经第二可见光无线信道传输后得到的第二接收信号。在第一可见光无线信道中，第一可见光信号经反射面散射和反射，在第二可见光无线信道中，第二可见光信号经反射面散射和反射。

任一可见光通信终端在混合信号中减去对自身发送信号的估计信号，就可以获得第二接收信号的估计信号，对端也可进行类似的操作，以得到对端的估计信号，从而实现双向全双工通信。在此过程中，并不需要两终端之间对准传输，只需要终端面向反射面发送可见光信号，降低了点对点互联的对准难度。两终端利用同一反射面就可以实现全双工通信，提高了可见光通信的空间复用度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的室内应用场景示意图；

图2为本发明实施例提供的对称载波消除光通信方法的示例性流程；

图3为本发明实施例提供的室内应用场景下可见光信号的发射、接收示意图；

图4为本发明实施例提供的信道响应获取过程示意图；

图5为本发明实施例提供的可见光收发器的示例性结构。

具体实施方式

可见光终端之间点对点互联，除了终端间对准传输，在室内，也可利用可见光照明灯AP通过各种方式进行转发，但是增加了系统的复杂度。

利用光散射全双工通信可以有效扩大可见光通信的通视角度，改善对准难题，但是一般光散射全双工通信只能实现单向，因为双方同时发光则在共用的反射面上会叠加在一起，双方互相干扰都收不到对方的信号。而若使用分时复用等半双工方法又降低了信道利用率。

本发明提供对称载波消除光通信方法、可见光收发器及可见光通信终端，在实现进行全双工点对点通信的同时，可降低点对点互联的对准难度，并且不需要AP转发。

可见光收发器应用于可见光通信终端。可见光通信终端的典型硬件构成包括计算机和USB可见光收发器，其中，可见光收发器使用LED作为发送器件，使用高灵敏度PD(光电二极管)作为接收器件。

图1示出了本发明实施例所提供的技术方案的一种示例性室内应用场景：可见光通信终端A和可见光通信终端B通过反射面进行全双工点对点通信。

上述反射面可为镜面、墙面、瓷砖面、天花板等平面。可见光通信终端A 和可见光通信终端B通视同一反射面，散射强度需满足PD灵敏度需求。也即，反射面要比较光滑，如果反射面散射强度不够，还可以提高LED的亮度来弥补。

具体的，是可见光通信终端A和可见光通信终端B的通视角(FieldofView， FOV)在反射面上具有重叠区域。

FOV是可见光 收发器前面镜头的可视角度。仍请参见图1，可见光收发器a 的通视角为FOV1，可见光收发器b的通视角为FOV2，FOV1和FOV2的重叠区域即为反射面(或称为共视面)。

或者说，可见光收发器a发送的信号能够覆盖反射面，并可收到反射面的散射信号和反射信号，同理，可见光收发器b发送的信号能够覆盖反射面，并可收到反射面的散射信号和反射信号。

下面基于上述反射面介绍可见光通信终端A及其对端(可见光通信终端B) 如何实现全双工通信。

为简单起见，以可见光通信终端A为执行主体，介绍其所参与的对称载波消除光通信方法，请参见图2，其示例性的可包括如下流程：

S1：可见光通信终端A向反射面发送第一可见光信号；

以图3所示的场景为例，第一可见光信号为可见光收发器a发射的信号1。

S2：可见光通信终端B向反射面发送第二可见光信号。

以图3所示的场景为例，第二可见光信号为可见光收发器b发射的信号2。

信号1和信号2在反射面叠加并被散射和反射。

可将信号1传输至反射面、经反射面散射和反射后再被可见光收发器a接收下来的电信号称为第一接收信号。

也可理解为，信号1经第一可见光无线信道传输后再被可见光收发器a接收下来的电信号为第一接收信号。

第一可见光无线信道包括：从可见光收发器a至反射面间的信道，以及从反射面至可见光收发器a间的信道。

将信号2传输至反射面、经反射面散射和反射后再被可见光收发器b接收到的称为第二接收信号。

也可理解为，信号2经第二可见光无线信道传输后再被可见光收发器 a接收下来的电信号为第二接收信号。

第二可见光无线信道包括：从可见光收发器b至反射面间的信道，以及从反射面至可见光收发器a间的信道。

S3：可见光通信终端A接收可见光信号并转化为第一目标电信号。

可见光通信终端A接收下来的电信号可称为第一目标电信号，具体的，是由可见光收发器a接收可见光信号并转化为第一目标电信号。

第一目标电信号包括上述提及的第一接收信号和第二接收信号。

S4：可见光通信终端计算得到第一接收信号的估计信号。

可由可见光收发器a执行步骤S3。

具体的，可见光收发器a可根据信道响应和第一可见光信号的内容进行信道估计，得到其估计信号。

由于可见光收发器a知道自己发射的信号1的内容，因此可以利用可见光通信常用的信道估计算法计算出由自己发射并被自己接收的电信号。

信道估计算法使用成熟的算法，其包括但不限于最大似然估计、迫零检测等算法。

本文后续将介绍如何计算信道响应。

S5：可见光通信终端A在第一目标电信号中减去估计信号，得到的第二目标电信号。

具体的，可在第一目标电信号的幅度上减去估计信号的幅度，得到第二目标电信号。

可以理解的是，第二目标电信号为第二接收信号的估计信号，这样即获得了对端的信号。

在得到第二目标电信号后，可对其进行常规的可见光接收处理、解调等，得到基带信号，此过程是传统可见光通信处理过程，在此不作赘述。

可见光通信终端B所作的操作与可见光通信终端A相类似，其会计算出由自己发射并被自己接收的电信号，从所接收下来的电信号中减去估计出的信号，得到对端的信号，因此，两个终端之间可以进行双向可见光通信。

可见，在本发明实施例中，可见光通信终端与对方可见光通信终端(对端)可同时向反射面发送可见光信号，所发送的两个可见光信号在发射面叠加后被反射面散射和反射。两可见光通信终端同时接收信号，任一可见光通信终端接收的信号为混合信号，包括自身发送的第一可见光信号经第一可见光无线信道传输后得到的第一接收信号，以及对端发送的第二可见光信号经第二可见光无线信道传输后得到的第二接收信号。

任一可见光通信终端在混合信号中减去对自身发送信号的估计信号，就可以获得第二接收信号的估计信号，对端也可进行类似的操作，以得到对端的估计信号，从而实现双向全双工通信。在此过程中，并不需要两终端之间对准传输，只需要终端面向反射面发送可见光信号，降低了点对点互联的对准难度。两终端利用同一反射面就可以实现全双工通信，提高了可见光通信的空间复用度。

需要说明的是，若通信过程中如果存在第三方进行信息窃取，通过合理的控制FOV的范围(通过镜头控制，与照相机镜头调焦的原理一样)，可以使其只能获得叠加信号。由原理可知，第三方由于不知第一可见光信号或第二可见光信号的内容，就无法从叠加信号中恢复双方发射的信号，可以起到保密的作用。

下面介绍如何计算得到信道响应。请参见图4，以可见光通信终端A为例，在基于第一可见光信号进行信道估计之前，其示例性的可执行如下步骤：

S41：可见光通信终端A向反射面发送参考信号对应的可见光信号。

参考信号的幅度已知。

S42：可见光通信终端A接收被反射面反射回的可见光信号并转化为电信号。

可将可见光通信终端A接收下的电信号称为返回信号。

在此过程中，对端处于静默状态，以避免干扰。因此，返回信号为：参考信号对应的可见光信号经前述第一可见光无线信道再被可见光收发器a接收下来的电信号。

S43：可见光通信终端A根据返回信号和参考信号的幅度，计算信道响应。

具体的，可由可见光通信终端中的可见光收发器执行步骤S41-S43。

当然，信道响应的成熟的计算方式有多种，本领域技术人员还可采用其他的方式得到信道响应，在此不作赘述。

综上，本发明提出可见光对称载波消除技术，可使用一个反射平面就可以转发双向信号，不需要使用有源的可见光照明灯AP等其他转发设备，也无需对准，在双方都运动的情况下，双方只要对准确定的共视面即可，不需要考虑对方的运动情况，并且，通信过程具备一定安全性。

下面介绍可见光收发器，图5示出了其一种示例性结构，包括：

发送器1，用于：

向反射面发送第一可见光信号；其中，可见光通信终端与对端通视反射面。

发送器1可用于执行上述方法实施例中的步骤S1或S2。

具体的，发送器可为LED。

接收器2，用于：接收可见光信号并转化为第一目标电信号(第一目标电信号)；

具体的，接收器可为PD。

接收器2可用于执行上述方法实施例中的步骤S3。

其中，在对端向反射面发送第二可见光信号的场景下，第一目标电信号为混合信号，包括第一接收信号和第二接收信号。

第一接收信号和第二可见光信号的介绍请参见前文，在此不作赘述。

估计单元3，用于：

对第一接收信号进行信道估计，得到估计信号。

估计单元3可用于执行上述方法实施例中的步骤S4。

消除单元4，用于：在第一目标电信号中减去估计信号，得到的第二目标电信号；其中，第二目标电信号为第二接收信号的估计信号。

消除单元4可用于执行上述方法实施例中的步骤S5。

在一个示例中，消除单元4具体可用于：在第一目标电信号的幅度上减去估计信号的幅度。

在本发明其他实施例中，仍请参见图5，上述可见光收发器还可包括信道估计单元5，用于：

在进行信道估计之前，向反射面发送参考信号(电信号)对应的可见光信号；参考信号的幅度已知；

根据返回信号和参考信号的幅度，计算信道响应；

其中，信道响应用于进行信道估计；返回信号为：参考信号对应的可见光信号传输至反射面、被反射面散射和反射后再被可见光收发器接收下来的信号。

信道估计单元5可用于执行上述方法实施例中的步骤S41-S43。

当然，信道响应的成熟的计算方式有多种，本领域技术人员还可采用其他的方式得到信道响应，在此不作赘述。

此外，可见光收发器还包括基带处理器(用于产生基带信号)、可见光发送处理器、可见光接收处理器等。

可见光发送处理器主要进行可见光信道编码、数字调制等信号处理工作。

可见光接收处理器进行与可见光发送处理器对应的解调解码等信号处理工作。

本发明实施例还要求保护一种可见光通信终端，包括上述的可见光收发器。

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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及模型步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或模型的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、WD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种对称载波消除光通信方法，其特征在于，应用于可见光通信终端与对端之间进行全双工点对点通信；所述可见光通信终端与对端通视同一反射面；

所述方法包括：

所述可见光通信终端向所述反射面发送第一可见光信号；

所述可见光通信终端接收可见光信号并转化为第一目标电信号；其中，在所述对端向所述反射面发送第二可见光信号的场景下，所述第一目标电信号包括第一接收信号和第二接收信号；所述第一接收信号为：所述第一可见光信号传输至所述反射面、经所述反射面散射和反射后再被所述可见光通信终端接收下来的光信号并转换为的电信号；所述第二接收信号为：所述第二可见光信号传输至所述反射面、经所述反射面散射和反射后再被所述可见光通信终端接收下来的光信号并转换为的电信号；

所述可见光通信终端向所述反射面发送参考信号对应的可见光信号；所述参考信号的幅度已知；

所述可见光通信终端根据返回信号和所述参考信号的幅度，计算信道响应；

其中，所述信道响应用于进行信道估计；

所述返回信号为：所述参考信号对应的可见光信号传输至所述反射面、被所述反射面散射和反射后再被所述可见光通信终端接收下来的光信号并转换为的电信号；

所述可见光通信终端对所述第一可见光信号进行信道估计，得到估计信号，所述估计信号为所述第一接收信号的估计信号；

所述可见光通信终端在所述第一目标电信号中减去所述估计信号，得到的第二目标电信号；其中，所述第二目标电信号为所述第二接收信号的估计信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可见光通信终端与所述对端的通视角在所述反射面上具有重叠区域。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述第一目标电信号中减去所述估计信号包括：

在所述第一目标电信号的幅度上减去所述估计信号的幅度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

当所述可见光通信终端发送所述参考信号对应的可见光信号时，所述对端处于静默状态。

5.一种可见光收发器，其特征在于，应用于如权利要求1-4任一项的可见光通信终端；

所述可见光收发器包括：

发送器，用于：

向反射面发送第一可见光信号；其中，所述可见光通信终端与对端通视所述反射面；

接收器，用于：接收可见光信号并转化为第一目标电信号；其中，在所述对端向所述反射面发送第二可见光信号的场景下，第一目标电信号包括第一接收信号和第二接收信号；所述第一接收信号为：所述第一可见光信号传输至所述反射面、经所述反射面散射和反射后再被所述可见光收发器接收下来的光信号并转换为的电信号；所述第二接收信号为：所述第二可见光信号传输至所述反射面、经所述反射面散射和反射后再被所述可见光收发器接收下来的光信号并转换为的电信号；

信道估计单元，用于：

在进行信道估计之前，向所述反射面发送参考信号对应的可见光信号；所述参考信号的幅度已知；

根据返回信号和所述参考信号的幅度，计算信道响应；

其中，

所述信道响应用于进行信道估计；

所述返回信号为：所述参考信号对应的可见光信号传输至所述反射面、被所述反射面散射和反射后再被所述可见光收发器接收下来的光信号并转换为的电信号；

估计单元，用于：对所述第一可见光信号进行信道估计，得到估计信号，所述估计信号为所述第一接收信号的估计信号；

消除单元，用于：在所述第一目标电信号中减去所述估计信号，得到的第二目标电信号；其中，所述第二目标电信号为所述第二接收信号的估计信号。

6.如权利要求5所述的可见光收发器，其特征在于，所述可见光通信终端与所述对端的通视角在所述反射面上具有重叠区域。

7.如权利要求5所述的可见光收发器，其特征在于，

在所述第一目标电信号中减去所述估计信号的方面，所述消除单元具体用于：

在所述第一目标电信号的幅度上减去所述估计信号的幅度。

8.一种可见光通信终端，其特征在于，包括如权利要求5-7任一项所述的可见光收发器。

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