CN111490822A - 增强单向传输性的光通信方法和可见光通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供增强单向传输性的光通信方法和可见光通信设备，以避免反向传输积累，增强光传输的单向性。在本发明实施例中，可见光发射端从数据包中提取有效载荷，后续仅传输数据载荷，实现协议隔离。可见光发射端和可见光接收端在异构的可见光通信体制之间同步跳变，在传输有效载荷时，可见光发射端和可见光接收端使用当前跳变至的可见光通信体制进行有效载荷传输。反向数据传输量随时间积累的过程只能发生在同一个或者相似的通信体制中。本发明实施例中在异构的通信体制之间进行跳变，可将积累的反向传输的容量清零，从而可避免反向传输积累，增强光传输的单向性。

Description

增强单向传输性的光通信方法和可见光通信设备

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别涉及增强可见光单向传输性的光通信方法和可见光通信设备。

背景技术

大数据已经渗透到当今社会每一个行业和业务职能领域，成为最重要的生产要素之一。人们对于海量数据的挖掘和运用，预示着大量的跨网域、跨层次数据交换和传输。信息网络的互连互通成为不可逆转的趋势，同时也对计算机涉密数据的安全防护提出了更高的要求。为了确保内部敏感信息和数据的安全，重要机构设立了不同保密级别的计算机网络，同时在网络之间进行物理隔离，以确保数据的安全。在这些物理隔离的网络中，存在大量的数据单向摆渡需求。因此，大量物理隔离的单向传输设备应运而生。

传统观念认为，激光(LD)、可见光(LED)等二极管器件是单向传输的，为此，人们研制了基于单根光纤的物理隔离传输设备--光闸。光闸由三部分组成：内网单元、外网单元、分光单向传输单元。其中内网单元和内网相连，外网单元与外网相连，分光单向传输单元是内外网之间的数据传输通道。

分光单向传输单元里具有可见光发射端(包括光发射器)和可见光接收端(包括光接收器)。传统认知认为光发射器(例如LED、LD)等只发射光，光接收器(如PD，SPAD等)只接收光，所以光闸是物理单向的。但是实际上光发射器件和接收器件都是光电二极管的不同偏置形式，光发射器也可以收光，光接收器也可以发光，只不过带宽、容量、效率等都很低，这就对物理隔离单向传输设备的安全性设计提出了极大的挑战。

尽管现有的可见光无线通信方式可以通过使用光学隔离手段获得比光纤等其他单向传输方式小的多的反向信道容量，但是理论上说，通过长时间积累进行反向数据传输的可能性依然存在。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供增强单向传输性的光通信方法和可见光通信设备，以避免反向传输积累，增强光传输的单向性。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种增强单向传输性的光通信方法，应用于可见光通信设备；所述可见光通信设备包括可见光发射端和可见光接收端；所述可见光发射端和所述可见光接收端在异构的可见光通信体制之间同步跳变；

所述方法包括：

所述可见光发射端从接收的数据包中提取有效载荷；

所述可见光发射端使用目标可见光通信体制，对所述有效载荷进行编码处理，并以可见光的形式传输；所述目标可见光通信体制为：当前跳变至的可见光通信体制；

所述可见光接收端使用所述目标可见光通信体制，将接收到的可见光转化为电信号，并进行相应的解码处理。

可选的，所述同步跳变包括：周期性同步跳变；所述周期性同步跳变通过如下方式实现：所述可见光发射端和所述可见光接收端分别在每一跳变周期获取由相同的随机算法采用同一预设的随机数种子所生成的伪随机选择序列，并根据获取到的所述伪随机选择序列确定本次跳变的可见光通信体制；所述伪随机选择序列用于唯一指示一种可见光通信体制。

可选的，任一可见光通信体制包括：帧结构、通信编码方式、多进多出MIMO编码方式、多色传输方式和LED阵列结构中的至少一种；任一伪随机选择序列包括：用于指示帧结构的第一子序列、用于指示通信编码方式的第二子序列、用于指示MIMO编码方式的第三子序列、用于指示多色传输方式的第四子序列和用于指示LED阵列结构的第五子序列中的至少一种。

可选的，所述可见光发射端和可见光接收端分别维护有：帧结构池；所述帧结构池包括多种帧结构，其中，任两种帧结构在帧头大小、数据载荷大小和同步头序列方面均不同；所述第一子序列用于指示所述帧结构池中的一种帧结构；通信编码池；所述通信编码池包括多种通信编码方式；其中，所述第二子序列用于指示所述通信编码池中的一种通信编码方式。

可选的，所述可见光发射端至少包括第一信号处理器和LED阵列；所述LED阵列包括N个RGB多色LED阵元；N为正整数；所述可见光接收端至少包括第二信号处理器和多色PD阵列；所述多色PD阵列包括N个多色PD阵元；所述可见光发射端和可见光接收端还分别维护有：可见光MIMO阵列编码池；所述可见光MIMO阵列编码池包括多种可见光空时联合编码；其中，任两种可见光空时联合编码在空时编码叠加层数和叠加权值中的至少一方面不同；所述第三子序列用于指示所述可见光MIMO阵列编码池中的一种可见光空时联合编码；多色传输池；所述多色传输池包括：多个波长；所述第四子序列用于指示各RGB多色LED阵元所发射的可见光信号的波长；LED阵列结构规模池；所述LED阵列结构规模池包括：所述第一信号处理器输出的编码向量与RGB多色LED阵元之间的多种对应关系；所述第五子序列用于指示所述LED阵列结构规模池中的一种对应关系。

可选的，任一通信编码方式包括可见光信道编码和线路编码；所述通信编码池包括可见光信道编码池和线路编码池；所述可见光信道编码池包括多种可见光信道编码，其中任两种可见光信道编码的长度不同；所述线路编码池包括多种线路编码。

可选的，所述周期性同步跳变具体为按帧同步跳变。

一种可见光通信装置，包括可见光发射端和可见光接收端；所述可见光发射端和所述可见光接收端在异构的可见光通信体制之间同步跳变；

所述可见光收发器用于：

从接收的数据包中提取有效载荷；

使用目标可见光通信体制，对所述有效载荷进行编码处理，并以可见光的形式传输；所述目标可见光通信体制为：当前跳变至的可见光通信体制；

所述可见光接收端用于：

使用所述目标可见光通信体制，将接收到的可见光转化为电信号，并进行相应的解码处理。

可选的，所述同步跳变具体为周期性同步跳变；在所述周期性同步跳变的方面，所述可见光发射端具体用于：在每一跳变周期获取由随机算法采用预设的随机数种子所生成的伪随机选择序列，并根据获取到的所述伪随机选择序列确定本次跳变的可见光通信体制；所述伪随机选择序列用于唯一指示一种可见光通信体制；在所述周期性同步跳变的方面，所述可见光接收端具体用于：在每一跳变周期获取由所述随机算法采用同一所述随机数种子所生成的伪随机选择序列，并根据获取到的所述伪随机选择序列确定本次跳变的可见光通信体制。

可选的，任一可见光通信体制包括：帧结构、通信编码方式、多进多出MIMO编码方式、多色传输方式和LED阵列结构中的至少一种；任一伪随机选择序列包括：用于指示帧结构的第一子序列、用于指示通信编码方式的第二子序列、用于指示MIMO编码方式的第三子序列、用于指示多色传输方式的第四子序列和用于指示LED阵列结构的第五子序列中的至少一种。

可见，在本发明实施例中，可见光发射端从数据包中提取有效载荷，后续仅传输数据载荷，实现协议隔离。可见光发射端和可见光接收端在异构的可见光通信体制之间同步跳变，在传输有效载荷时，可见光发射端和可见光接收端使用当前跳变至的可见光通信体制进行有效载荷传输。

反向数据传输量随时间积累的过程只能发生在同一个或者相似的通信体制中。本发明实施例中在异构的通信体制之间进行跳变，可将积累的反向传输的容量清零：假定跳变前的通信体制为通信体制A，跳变后的通信体制为通信体制B，当跳变至通信体制B后，之前在使用通信体制A时积累的反射传输的容量会清零，从而可避免反向传输积累，增强光传输的单向性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的可见光通信设备的示例性结构；

图2为本发明实施例提供的光通信方法的示例性流程；

图3为本发明实施例提供的备选池示意图；

图4为本发明实施例提供的可见光收发器的示例性结构；

图5为本发明实施例提供的可见光接收端的示例性结构；

图6为本发明实施例提供的第一信号处理器的示例性结构；

图7为本发明实施例提供的第二信号处理器的示例性结构。

具体实施方式

本发明提供增强可见光单向传输性的光通信方法和可见光通信设备，以避免反向传输积累，增强光传输的单向性。

上述可见光通信设备可用于数据单向摆渡的场景中，例如，可作为光闸的分光单向传输单元。

光闸由三部分组成：内网单元、外网单元、分光单向传输单元。其中内网单元和内网相连，外网单元与外网相连，分光单向传输单元是内外网之间的数据传输通道。

请参见图1，可见光通信设备的硬件构成包括可见光发射端和可见光接收端。

其中，可见光发射端进一步包括信号处理器(为区别可称为第一信号处理器)和LED阵列。LED阵列包括N个RGB多色LED阵元，每一RGB多色LED阵元(图1中用LED表示)通过红、绿、蓝三色组合，可产生任意颜色(波长)的可见光。

如无特殊声明，本申请各附图中的“LED 1”至“LED N”表示的是N个RGB多色LED阵元，本申请中所提及的LED阵元均指RGB多色LED阵元。N为正整数，本领域技术人员可根据需要灵活设计N的取值，例如4、8等。

在其他实施例中，上述LED阵列可替换为LD阵列或其他发射器阵列，相应的RGB多色LED阵元也可替换为RGB多色LD阵元或其他RGB多色发射器阵元。

第一信号处理器通过N个信号输出端与上述N个RGB多色LED阵元一一对应连接。

具体的，信号处理器与LED阵列之间，是通过驱动器等器件连接的。图1中，信号处理器与LED之间的连线可理解为控制通路。驱动器可控制每一LED阵元中RGB三通道的亮度，叠加之后就可以组合出所有的颜色(波长)。

由于信号处理器具有N个信号输出端，其最多输出N路编码向量(或称为N组编码数组)，编码向量可用于控制相应RGB多色LED阵元发出光信号。

可见光接收端至少包括信号处理器(为区别可称第二信号处理器)和多色PD(Photo-Diode，光电二极管)阵列。

多色PD阵列包括N个多色PD阵元；每一多色PD阵元由三个PD组合，三个PD分别具有红、绿、蓝三色滤波片，以接收光中的红、绿、蓝三色成分，一个PD阵元可将接收到的光信号转化为RGB三路电信号，随后，由第二信号处理器将三路电信号联合起来确定颜色(波长)。

如无特殊声明，本申请各附图中的“PD1”至“PD N”表示的是N个多色PD阵元，本申请中提及的PD阵元均指多色PD阵元。

图1中，第二信号处理器的信号输入端与PD阵元之间的连线可理解为通路，并不意味着二者必然直接连接。

在其他实施例中，上述PD阵列可替换为SPAD(Single PhotoAvalanche Dode，单光子雪崩光电二极管)阵列或其他接收器阵列，相应的多色PD阵元也可替换为多色SPAD阵元或其他多色接收器阵元。

本发明实施例的核心思想是：可见光发射端和可见光接收端在异构的可见光通信体制之间同步跳变，以避免反向传输积累，增强光传输的单向性。

请参见图2，在同步跳变的基础上，上述光通信方法其示例性的可包括如下流程：

S0：可见光发射端接收数据包。

前述提及了可见光通信设备可用于光闸，光闸包括内网单元、外网单元、分光单向传输单元(即可见光通信设备)，可见光发射端接收的数据包是外网单元从外网接收到的。

S1：可见光发射端从接收的数据包中提取有效载荷。

在一个示例中，可由可见光发射端的第一信号处理器从数据包中提取有效载荷，以实现协议隔离。

以IP数据包为例，可从IP数据包中取出其数据载荷部分，丢弃IP包头。

S2：可见光发射端使用目标可见光通信体制，对有效载荷进行编码处理，并以可见光的形式传输。

目标可见光通信体制为：当前跳变至的可见光通信体制。

前述提及了，可见光发射端和可见光接收端是同步跳变的。

在一个示例中，同步跳变具体可为周期性同步跳变。

更具体的，周期性同步跳变通过如下方式实现：

可见光发射端和可见光接收端可使用相同的随机算法，采用同一预设的随机数种子实时生成伪随机选择序列。

伪随机选择序列可唯一指示一种可见光通信体制。

在每一跳变周期(或称在到达一个跳变时刻时)，可见光发射端和可见光接收端分别获取当前时刻的伪随机选择序列，并根据获取到的伪随机选择序列确定本次跳变的可见光通信体制。

举例来讲，跳变时刻0时，伪随机选择序列指示的可见光通信体制为可见光通信体制A。

在到达跳变时刻1时，当前时刻的伪随机选择序列指示的可见光通信体制为可见光通信体制B，则可见光通信体制B为目标可见光通信体制。

若在跳变时刻1至跳变时间2之间，需要传输数据，则使用可见光通信体制B，对有效载荷进行编码处理，得到n路编码向量(n小于等于N)，然后控制RGB多色LED阵元将n路编码向量转换为n路可见光信号。

在一个示例中，伪随机选择序列的生成可实时进行，但周期性跳变可仅在有数据传输时才触发执行，在数据传输期间，周期性得在异构的可见光通信体制间跳变。

举例来讲，在有数据传输时，可按帧在异构的可见光通信体制之间跳变，假定某数据包的有效载荷需要3帧才传输完毕，可每发送一帧就跳变一次可见光通信体制，实现一种类似无线通信中“跳频”的“跳体制”变化。不同的通信体制之间差别越大，其异构性越强。

在另一个示例中，则可无论是否有数据传输，都进行周期性的跳变，例如1分钟跳变一次，1小时跳变一次等。

S3：可见光接收端使用上述目标可见光通信体制，将接收到的可见光转化为电信号，并进行相应的解码处理。

沿用前例，假定目标可见光通信体制为可见光通信体制B，则可见光接收端使用可见光通信体制B将接收到的可见光转化为电信号(目标电信号)，并使用可见光通信体制B对目标电信号进行相应的解码处理。

可见，在本发明实施例中，可见光发射端从数据包中提取有效载荷，后续仅传输数据载荷，实现协议隔离。可见光发射端和可见光接收端在异构的可见光通信体制之间同步跳变，在传输有效载荷时，可见光发射端和可见光接收端使用当前跳变至的可见光通信体制对有效载荷进行传输。

反向数据传输量随时间积累的过程只能发生在同一个或者相似的通信体制中。本发明实施例中在异构的通信体制之间进行跳变，可将积累的反向传输的容量清零：假定跳变前的通信体制为通信体制A，跳变后的通信体制为通信体制B，当跳变至通信体制B后，之前在使用通信体制A时积累的反射传输的容量会清零，从而可避免反向传输积累，增强光传输的单向性。

下面介绍可见光通信体制。

任一可见光通信体制可包括：帧结构、通信编码方式、多进多出(MIMO)编码方式、多色传输方式和LED阵列结构。

本发明实施例中涉及的任意两异构可见光通信体制，在帧结构、通信编码方式、多进多出(MIMO)编码方式、多色传输方式和LED阵列结构中的至少一方面不相同。

相应的，任一伪随机选择序列可包括：用于指示帧结构的第一子序列、用于指示通信编码方式的第二子序列、用于指示MIMO编码方式的第三子序列、用于指示多色传输方式的第四子序列和用于指示LED阵列结构的第五子序列中的至少一种。

举例来讲，假定伪随机选择序列有15位，1-3位为第一子序列，用于指示帧结构；4-6位为第二子序列，用于指示信道编码；7-9位为第三子序列，用于指示MIMO编码方式，以此类推。

当然，伪随机选择序列共有多少位，各子序列包含多少位，各子序列在伪随机选择序列中的排序顺序都可灵活设计，在此不作赘述。

可见光发射端和可见光接收端可分别维护相同的备选池，包括但不限于：帧结构池、通信编码池、可见光MIMO阵列编码池、多色传输池和LED阵列结构规模池中的任意一种或多种。

每个池内包含若干不同的参数可供动态选择切换，请参见图3，现分别进行介绍：

一，帧结构池：

帧结构池包括多种帧结构(例如图3中的私有帧结构1-x)，其中，任两种帧结构在帧头大小、数据载荷大小和同步头序列方面均不同。上述帧结构可为私有帧结构。

前述的第一子序列可用于指示帧结构池中的一种帧结构。

二，通信编码池：

通信编码池包括多种通信编码方式(例如图3中的通信编码方式1-y)，前述的第二子序列可用于指示通信编码池中的一种通信编码方式。

通信编码方式进一步可包括可见光信道编码和线路编码，则通信编码池可进一步包括可见光信道编码池和线路编码池。其中：

可见光信道编码池可包括多种可见光信道编码(例如多种长度的RS编码)，任两种可见光信道编码的长度不同；

线路编码池可包括多种线路编码，例如，Manchester(曼彻斯特码)、8B10B、5B6B线路编码等。

三，可见光MIMO阵列编码池：

可见光MIMO阵列编码池包括多种可见光空时联合编码方式(例如图3中的MIMO编码方式1-p)；任两种可见光空时联合编码方式在空时编码叠加层数和叠加权值中的至少一方面不同。

前述的第三子序列至少用于指示可见光MIMO阵列编码池中的一种可见光空时联合编码方式；空时编码方式和参数可使用可见光MIMO高效阵列传输的相关设计，具有较高的传输性能。

四，多色传输池：

多色传输池包括：多个波长(例如图3中的波长1-X)；可选择使用不同的波长(颜色)进行多色混合传输。

可使用波长变化来携带信息，当然，也可不使用波长变化来携带信息。

第四子序列用于指示每一RGB多色LED阵元所发光信号的波长，或者说，指示了N个多色LED阵元的波长组合。

前述提及了，每一RGB多色LED阵元可通过RGB三通道的亮度叠加组合出任意颜色(波长)。

考虑到某一LED阵元发射的可见光，可被对端多个PD阵元接收，举例来讲，LED阵元1所发可见光，除可被PD阵元1接收外，还可被PD阵元2所接收。在一个示例中，任一波长组合中，不同LED阵元所对应的波长，在RGB通道上不重叠。例如：

在某一波长组合中，LED阵元1所对应的波长可通过R通道和G通道的亮度叠加得到，而LED阵元2所对应的波长仅为蓝光(B通道)；或者，每一LED阵元所对应的波长/颜色都是单通道的，例如，LED阵元1为红光、LED阵元2为绿光，LED阵元3为蓝光等。

可见光发射端的信号处理器可通过前述提及的驱动器控制各RGB多色LED阵元所发可见光的波长。

五，LED阵列结构规模池：

LED阵列结构规模池包括：多种LED阵列结构。

更具体的，每一种RGB多色LED阵元结构包括：编码向量与RGB多色LED阵元之间的多种对应关系；第五子序列用于指示LED阵列结构规模池中的一种对应关系。

可在LED阵列结构规模池中动态选择LED阵列中的若干个阵元进行传输，或者说，动态选择N路编码向量(在信号处理器生成n路编码向量的情况下，有N-n路是无效的)与N个信号输出端之间的对应关系，例如，其可决定第1路编码向量由第3个信号输出端输出，第2路编码向量由第1个信号输出端输出。

由于信号输出端与LED阵元是一一对应的，因此，其也决定了N路编码向量与N个LED阵元之间的对应关系(一共有N！种对应关系)。

这种对应关系也决定了RGB多色LED阵元的使用状态。比如同样是4*4(4进4出)MIMO，有效的编码向量1-3与RGB多色LED阵元1-3分别对应，则RGB多色LED阵元1-3灯发光，RGB多色LED阵元4不发射可见光；而若有效的编码向量1-2与RGB多色LED阵元1-2分别对应，则RGB多色LED阵元1、2发射可见光，RGB多色LED阵元3、4不发射可见光，这就是两种不同的RGB多色LED阵元使用状态。

需要说明的是，图3中各备选池之间的连线，表明各备选池的参数可任意搭配，从而构成不同的可见光通信体制。

对于可见光发射端而言，在根据第一子序列指示的帧结构构建通信帧(数据帧)后，会通过第二子序列指示的通信编码方式进行编码，并且在编码时，先进行信道编码(用于纠错)，再进行线路编码(适配线路)。

通信编码完成后，可见光发射端将根据第三子序列指示的可见光空时联合编码方式，进行可见光空时联合编码，得到n路编码向量；

以N＝8、输出的编码向量为n(n＝4)为例，前述的有效载荷可分为多路数据进行并行处理(构建通信帧、进行通信编码)，然后根据空时编码叠加层数和叠加权值进行可见光空时联合编码，得到4路编码向量。

之后，使用第五子序列所指示的对应关系，确定上述n路编码向量所对应的n个RGB多色LED阵元；

最后，控制n个RGB多色LED阵元根据相应的编码向量发射可见光，并且，可见光的波长是第四子序列指示的波长。

对于可见光接收端，其每一多色PD阵元将接收到的光信号转化为RGB三路电信号，第二信号处理器则使用第五子序列所指示的编码向量与RGB多色LED阵元之间的对应关系，确认哪些多色PD阵元转化得的RGB电信号是有效的电信号(多色PD阵元与RGB多色LED阵元是一一对应的)。

举例来讲，若第五子序列指示RGB多色LED阵元1、2工作，RGB多色LED阵元3、4不发射可见光。那么PD3和PD4转化得到的RGB电信号就不是有效的电信号，而PD1和PD2转化得到的RGB电信号是有效的电信号。

此外，还根据第四子序列指示的波长，确定有效的RGB三路电信号的比例或对RGB三路电信号进行取舍，得到有用信号。举例来讲，PD阵元1转化得到RGB三种电信号，根据第四子序列指示的波长，LED阵元1发出的可见光仅包括R通道的成分，则舍弃G、B通道的电信号。

之后，使用第三子序列指示的可见光空时联合编码方式，对有用信号进行可见光空时联合解码，再使用第二子序列指示的通信编码方式进行线路解码和信道解码，得到通信帧。再根据第一子序列指示的帧结构对通信帧进行解析。

需要说明的是，当前的设计是基于数字基带传输OOK(ON-OFF Keyed)，直接传输的是数字基带信号，不需要解调。

在需要解调的场景下，可见光通信体制还可包括解调方式，前述的备选池还可包括解调方式备选池，以提供多种解调方式，同理，生成的伪随机序列也可有第六子序列以指示具体的解调方式。

上述可见光通信方法也可称为多模多协议异构跳变方法，其通过选择和设计异构的通信方式和变换参数，构成帧结构、编码方式、可见光MIMO阵列编码、多色传输和LED阵列结构等多个层次的多模多协议备选池。单向通信时，收发两端基于备选池同步跳变至随机选择通信体制。

由于可见光MIMO阵列的空间特性，其空时联合编码具有很强的灵活性，结合协议层(指帧结构)和物理层(例如通信编码、可见光MIMO阵列编码、多色传输、LED阵列结构)的可变参数，本项目在备选池设计时选择了原理和参数差别较大的编码方式和通信方式，由这些方式组合生成的体制具有很强的异构性。而反向数据传输量随时间积累的过程只能发生在同一个或者相似的通信体制中。在通信体制进行差别较大的异构跳变后，积累的反向传输的容量将被清零。同时，也将给第三方侦收带来困难，有助于在物理层层面提高传输安全性。

此外，在工程实现中可以使用FPGA硬件作为信号处理器实现多协议的跳变，这样可以实现通信方式的数据帧级的切换，除了可以消除反向传输积累外，快速切换的通信体制也给潜在的第三方获取数据增加了障碍，进一步提高了可见光通信的物理层安全性。

综上，本发明实施例所提供的技术方案具有如下优势：

1、运用多模多协议动态跳变的方法来消除可见光单向传输的反向链路积累，增强了系统的单向性和物理隔离性。

2、协议快速跳变给第三方从无线信道中窃取数据增加了难度，增强了系统的安全性。

3、IP数据包包头分离，仅传输数据载荷，实现协议隔离。

4、可结合自适应编码技术，在可见光MIMO层选择合适的传输方式和参数，可以同时实现高效的单向传输。

本发明实施例还要求保护一种可见光通信设备，如图1所示，其包括可见光发射端和可见光接收端；可见光发射端和可见光接收端在异构的可见光通信体制之间同步跳变。

其中，可见光收发器用于：

从接收的数据包中提取有效载荷；

使用目标可见光通信体制，对有效载荷进行编码处理，并以可见光的形式传输；其中，目标可见光通信体制为：当前跳变至的可见光通信体制；

可见光接收端用于：

使用目标可见光通信体制，将接收到的可见光转化为电信号，并进行相应的解码处理。

请参见图4，可见光收发器包括第一信号处理器41和LED阵列42，LED阵列42包括N个RGB多色LED阵元，每一RGB多色LED阵元可通过红、绿、蓝三色的组合，产生任意颜色(波长)的可见光。

第一信号处理器通过N个信号输出端与N个RGB多色LED阵元一一对应连接。

具体的，在信号处理器与LED阵列之间，是通过驱动器等器件连接的。图1中，信号处理器与LED之间的连线可理解为控制通路。驱动器可通过分别控制每一LED阵元中RGB三通道的亮度，叠加之后就可以组合出所有的颜色(波长)。

请参见图5，可见光接收端至少包括第二信号处理器51和多色PD阵列52。

多色PD阵列52包括N个多色PD阵元；每一多色PD阵元由三个PD组合，三个PD分别具有红、绿、蓝三色滤波片，以接收光中的红、绿、蓝三色成分，一个PD阵元可将接收到的光信号转化为RGB三路电信号，随后，由第二信号处理器将三路电信号联合起来确定颜色(波长)。

请参见图6，第一信号处理器41具体可包括：拆包模块61、第一跳变模块62、备选池63和编码模块64。

相应的，请参见图7，第二信号处理器51具体可包括：第二跳变模块71、备选池72和解码模块73。

第一跳变模块62和第二跳变模块63可在不同的可见光通信体制之间同步跳变。

在一个示例中，同步跳变具体可为周期性同步跳变。

更具体的，周期性同步跳变通过如下方式实现：

第一跳变模块62和第二跳变模块63可使用相同的随机算法，采用同一预设的随机数种子实时生成伪随机选择序列。

伪随机选择序列可唯一指示一种可见光通信体制。

在每一跳变周期(或称在到达一个跳变时刻时)，第一跳变模块62和第二跳变模块63分别获取当前时刻的伪随机选择序列，并根据获取到的伪随机选择序列确定下一跳变的可见光通信体制。

相关描述请参见本文前述记载，在此不作赘述。

拆包模块61可用于执行前述步骤S0至S1。

备选池63和备选池72包括但不限于：帧结构池、通信编码池、可见光MIMO阵列编码池、多色传输池和LED阵列结构规模池中的任意一种或多种。每个池内包含若干不同的通信方式参数可供动态选择切换。相关介绍请参见前述记载，在此不作赘述。

第一跳变模块62和第二跳变模块63生成的伪随机选择序列包括：用于指示帧结构的第一子序列、用于指示通信编码方式的第二子序列、用于指示MIMO编码方式的第三子序列、用于指示多色传输方式的第四子序列和用于指示LED阵列结构的第五子序列中的至少一种。

在一个示例中，第一跳变模块62和第二跳变模块63根据第一子序列至第五子序列，分别从各池中获取相应的通信方式参数(例如具体的帧结构、具体的通信编码方式、具体的MIMO编码方式，具体的多色传输方式和具体的LED阵列结构)，从而确定出本次跳变的可见光通信体制。

编码模块64则可根据具体的帧结构构建通信帧，通过具体的通信编码方式进行通信编码(信道编码和线路编码)，根据具体的MIMO编码方式进行可见光空时联合编码，得到n路编码向量；使用具体的LED阵列结构(编码向量与RGB多色LED阵元之间的对应关系)，确定上述n路编码向量所对应的n个RGB多色LED阵元，控制n个RGB多色LED阵元根据相应的编码向量以及第四子序列指示的波长发射可见光。

上述解码模块73则可：

使用具体的LED阵列结构，确认哪些多色PD阵元转化得的电信号是有效的电信号(多色PD阵元与RGB多色LED阵元是一一对应的)。

根据第四子序列指示的波长，从有效的电信号中提取出有用信号(相关介绍请参见前述介绍)；

使用第三子序列指示的具体的可见光空时联合编码方式，对有用信号进行可见光空时联合解码，再使用第二子序列指示的具体的通信编码方式进行线路解码和信道解码，得到通信帧。再根据第一子序列指示的具体帧结构对通信帧进行解析。

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 (10)

1.一种增强单向传输性的光通信方法，其特征在于，应用于可见光通信设备；所述可见光通信设备包括可见光发射端和可见光接收端；所述可见光发射端和所述可见光接收端在异构的可见光通信体制之间同步跳变；

所述方法包括：

所述可见光发射端从接收的数据包中提取有效载荷；

所述可见光发射端使用目标可见光通信体制，对所述有效载荷进行编码处理，并以可见光的形式传输；所述目标可见光通信体制为：当前跳变至的可见光通信体制；

所述可见光接收端使用所述目标可见光通信体制，将接收到的可见光转化为电信号，并进行相应的解码处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述同步跳变包括：周期性同步跳变；

所述周期性同步跳变通过如下方式实现：

所述可见光发射端和所述可见光接收端分别在每一跳变周期获取由相同的随机算法采用同一预设的随机数种子所生成的伪随机选择序列，并根据获取到的所述伪随机选择序列确定本次跳变的可见光通信体制；所述伪随机选择序列用于唯一指示一种可见光通信体制。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

任一可见光通信体制包括：帧结构、通信编码方式、多进多出MIMO编码方式、多色传输方式和LED阵列结构中的至少一种；

任一伪随机选择序列包括：用于指示帧结构的第一子序列、用于指示通信编码方式的第二子序列、用于指示MIMO编码方式的第三子序列、用于指示多色传输方式的第四子序列和用于指示LED阵列结构的第五子序列中的至少一种。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述可见光发射端和可见光接收端分别维护有：

帧结构池；所述帧结构池包括多种帧结构，其中，任两种帧结构在帧头大小、数据载荷大小和同步头序列方面均不同；所述第一子序列用于指示所述帧结构池中的一种帧结构；

通信编码池；所述通信编码池包括多种通信编码方式；其中，所述第二子序列用于指示所述通信编码池中的一种通信编码方式。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述可见光发射端至少包括第一信号处理器和LED阵列；所述LED阵列包括N个RGB多色LED阵元；N为正整数；

所述可见光接收端至少包括第二信号处理器和多色PD阵列；所述多色PD阵列包括N个多色PD阵元；

所述可见光发射端和可见光接收端还分别维护有：

可见光MIMO阵列编码池；所述可见光MIMO阵列编码池包括多种可见光空时联合编码方式；其中，任两种可见光空时联合编码方式在空时编码叠加层数和叠加权值中的至少一方面不同；所述第三子序列用于指示所述可见光MIMO阵列编码池中的一种可见光空时联合编码方式；

多色传输池；所述多色传输池包括：多个波长；所述第四子序列用于指示各RGB多色LED阵元所发射的可见光信号的波长；

LED阵列结构规模池；所述LED阵列结构规模池包括：所述第一信号处理器输出的编码向量与RGB多色LED阵元之间的多种对应关系；所述第五子序列用于指示所述LED阵列结构规模池中的一种对应关系。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

任一通信编码方式包括可见光信道编码和线路编码；

所述通信编码池包括可见光信道编码池和线路编码池；

所述可见光信道编码池包括多种可见光信道编码，其中任两种可见光信道编码的长度不同；

所述线路编码池包括多种线路编码。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述周期性同步跳变具体为按帧同步跳变。

8.一种可见光通信装置，其特征在于，包括可见光发射端和可见光接收端；所述可见光发射端和所述可见光接收端在异构的可见光通信体制之间同步跳变；

所述可见光收发器用于：

从接收的数据包中提取有效载荷；

使用目标可见光通信体制，对所述有效载荷进行编码处理，并以可见光的形式传输；所述目标可见光通信体制为：当前跳变至的可见光通信体制；

所述可见光接收端用于：

使用所述目标可见光通信体制，将接收到的可见光转化为电信号，并进行相应的解码处理。

9.如权利要求8所述的可见光通信装置，其特征在于，

所述同步跳变具体为周期性同步跳变；

在所述周期性同步跳变的方面，所述可见光发射端具体用于：

在每一跳变周期获取由随机算法采用预设的随机数种子所生成的伪随机选择序列，并根据获取到的所述伪随机选择序列确定本次跳变的可见光通信体制；所述伪随机选择序列用于唯一指示一种可见光通信体制；

在所述周期性同步跳变的方面，所述可见光接收端具体用于：

在每一跳变周期获取由所述随机算法采用同一所述随机数种子所生成的伪随机选择序列，并根据获取到的所述伪随机选择序列确定本次跳变的可见光通信体制。

10.如权利要求9所述的可见光通信装置，其特征在于，

任一可见光通信体制包括：帧结构、通信编码方式、多进多出MIMO编码方式、多色传输方式和LED阵列结构中的至少一种；

任一伪随机选择序列包括：用于指示帧结构的第一子序列、用于指示通信编码方式的第二子序列、用于指示MIMO编码方式的第三子序列、用于指示多色传输方式的第四子序列和用于指示LED阵列结构的第五子序列中的至少一种。

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