CN112187359B - 一种适用于非对称可见光通信的调制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于非对称可见光通信的调制方法及装置，所述调制装置，至少包括控制器和至少一个调制器，所述控制器配置为以所述调制器其改变光信号状态的趋势构建表示信息的第一符号/第一波形。通过该设置方式，本发明能够以调制器其改变光信号状态的趋势，例如，上升、下降、下降到上升等构建第一符号/第一波形来进行调制，不用等待调制器完全结束其状态转换就能调制，进而提高通信的数据传输速率。

Description

一种适用于非对称可见光通信的调制方法及装置

技术领域

本发明属于可见光通信技术领域，涉及一种调制方法及装置，尤其涉及一种适用于非对称可见光通信的调制方法及装置。

背景技术

可见光通信技术(Visible Light Communication,VLC)是指利用可见光波段的光作为信息载体，不使用光纤等有线信道的传输介质，而在空气中直接传输光信号的通信方式。相比传统的无线通信设备，可见光通信的成本低廉，也更加低碳绿色，有助于缓解无线资源频谱紧张，而且相比WiFi、蓝牙、蜂窝网络等基于无线电信号的通信技术来说，具有信号干扰少、防窃听、可用带宽大等天然的优势。最常见的可见光通信技术使用发光二极管(Light Emitting Diode,LED)作为信号源的基本单元，通过配置在照明设备、信号灯、汽车大灯等设施上来增加信号源的强度和多样性，利用光源的强度变化对光信号进行调制，然后利用光电二极管等光电转换器件接收光信号，并通过解调设备来获取光信号中承载的信息。基于以上特性和工作原理，可见光通信在基于物联网技术的应用中可以发挥重大作用，适用于保密机构、医院、机场等射频信号敏感的场景。而且，可见光通信技术不仅可以应用物联网，还在智慧城市、智能家居、地铁、高铁、室内定位导航和井下作业领域都有广泛的应用前景。

日本、美国等国家都相继颁布了关于可见光通信的协议标准，例如，于2011年发布的IEEE802.15.7提出了对可见光通信标准化的规范和要求。

目前，可见光光通信系统中普遍采用强度调制/直接检测(IntensityModulation-Direction Modulation,IM-DM)方式，主要的调制方式有开关键控调制(On-Off keying,OOK)、脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,PPM)、脉冲振幅调制(Pulse Amplitude Modulation,PAM)、数字脉冲间隔调制(Digital Pulse IntervalModulation,DPIM)、双头脉冲间隔调制(Dual Header Pulse Interval Modulation,DH-PIM)等。

以上公开的调制技术中，OOK实现最为简单，且带宽需求小，但是抗干扰能力较差。PPM具有较好的抗干扰能力以及较高的功率利用率，但需要符号同步，并且带宽需求大。DPIM和DH-PIM相较PPM可获得更高的带宽利用率，且在接收端不需要符号同步，大大简化了系统复杂度，但是在应用于室内可见光通信场景的情况下，其照明效率不高。因此，可见光通信基于不同的使用场景、设备可以采用不同的调制技术。例如，公开号为CN104202087B的中国专利文献公开了一种可见光源以及用于可见光源的调制指示装置和调制指示方法。该可见光源所发射的可见光可以被调制以传输信息。该可见光源包括调制指示装置。调制指示装置用于指示该可见光源所发射的可见光被调制。所述调制指示装置还用于指示所述可见光的调制方式。所述可见光的调制方式包括脉宽调制、占空比调制、相位调制、频率调制、幅度调制中的一种或多种。所述调制指示装置还包括光分析部件和指示部件。光分析部件用于分析所述可见光的调制方式。所述指示部件根据所述光分析部件的判定结果，指示所述可见光的调制方式。

可见光通信系统其使用的调制器件主要包括LED和LCD。例如，公开号为CN111033189A的中国专利文献公开了基于光对信息进行解密并且将信息从一个远程方传输到视线中的另一远程方的基于光的通信系统。该通信系统包括光发射设备、快门系统以及计算设备。该系统通过快门系统对光进行调制，进而将信息加载至光上。例如，发送摩尔斯电码来传递信息。摩尔斯电码的标准要求：光亮92毫秒是点；光亮270毫秒是线；各点与各线之间的暂停应为92毫秒；字母之间的暂停应为276毫秒；词之间的暂停应当是640毫秒。该快门系统可以是机械快门、LCD快门和闪光LED。

考虑到可见光通信网络实际部署中成本低廉、低功耗以及可以长期无需更换电池的需求，在通信的一侧采用逆反射材料和LCD调制逆反射光的结构，该结构通过逆反射可见光的方式避免主动发射光信号来减少能源消耗，并利用太阳能电池板吸收环境光信号以获取能量。例如，公开号为CN104715272B的中国专利文献公开了一种以光为介质的后向反射调制标签及读写器系统，包括标签和读写器，所述标签包含一块用于从读写器所发射的光和环境光中获取能量的薄膜太阳能电池板、用于后向反射的后向反射薄膜、用于对光的反射进行调制的液晶光阀、液晶光阀调制电路、用于接收读写器信号的第一光敏二极管，在所述后向反射薄膜上粘贴液晶光阀。所述读写器包含一只用于发射可见光或红外光的LED、LED驱动和调制电路、微控器、第二光敏二极管。

例如，文献[1]Jiangtao Li,Angli Liu,Guobin Shen,Liqun Li,Chao Sun,andFeng Zhao.Retro-vlc:Enabling battery-free duplex visible lightcommunicationfor mobile and iot applications.In ACM HotMobile,2015.和文献[2]Xieyang Xu,Yang Shen,Junrui Yang,Chenren Xu,Guobin Shen,Guo jun Chen,andYunzhe Ni.Passivevlc:Enabling practical visible light backscattercommunication for battery-free iot applications.In ACM MobiCom,2017.公开了一种逆反射可见光通信系统(Visible Light Backscatter Communication，VLBC)，利用逆反射织物将逆反射光指向请求通信的车载读写器，并切换LCD光闸的开/关状态，通过开/关键控(OOK)的调制方式调节反射光。VLBC系统由高功率读写器和低功率的附属装置组成。它的工作原理如下：读写器中的LED以很高的频率打开和关闭，将LED发出的光转变为信息的载体，即将数据信息通过打开和关闭的方式调制到载波(光)上。光信号被设置在基础设施上的光标签的光传感器接收并解码。对于上行链路(光标签到车载读写器的通信链路)，通过反射同一载波来进行传输。光标签将反射光通过OOK调制后发送至车载读写器，这种调制方式是通过反射织物上的一个由单片机控制的LCD来实现的。LCD具有三层夹芯结构，即LCD的液晶材料填充在两个偏振器件之间，其中改变液晶材料两端的电压，即改变液晶材料的充放电状态能够改变通过液晶材料的光的偏振状态，而且只有与偏振器件的偏振方向相同的光才能通过偏振器件，因此通过改变液晶材料的电压就能够实现光路的通或断，进而时间OOK调制。然后，在车载读写器上的光电二极管接收反射光，并进一步解调和解码。

从以上现有技术可以看出，可见光通信系统包含很多非线性器件，包括驱动电路、数/模和模/数转换器、LED、二极管、LCD光阀/LCD快门。特别是可见光通信系统采用IM-DM技术，对于非线性问题更加敏感。在这些非线性器件中LED和LCD是产生非线性的主要来源。针对LED非线性问题，现有技术已有多种解决方案。例如，文献[3]王玉皞，曹凡，邓震宇，等.可见光通信中LED非线性补偿和带宽拓展技术[J].光电工程，2020，47(3):190671以白光LED作为切入点对可见光通信系统白光LED器件及白光LED非线性失真、带宽调制特性进行了研究和剖析，在发射端采用预失真技术和模拟预均衡技术，在接收端加入数字后均衡技术，来优化VLC的性能。

例如，公开号为CN110492938A的中国专利文献公开了一种抑制LED非线性失真对可见光通信性能影响的方法，主要步骤是：(1)调制符号序列映射，输出信号满足厄米特对称性；(2)对映射信号乘以尺度变化因子；(3)进行IFFT，然后对光OFDM符号限幅分解，得到幅度较小的多个分解符号；(4)分解符号串行组帧；(5)接收端依次串行接收一帧中的所述有光OFDM符号，分别延迟至符号对齐；(6)对应位相加，合并为一个光OFDM符号。

但是针对LCD非线性问题没有有效的解决方案。尽管在可见光通信系统中，LED是必不可少的通用器件。然而LCD也是针对特定应用场景中比不可少的通用器件。具体而言，在可见光通信系统的实际部署中，由于布线、小型可见光通信设备的复杂性以及设备的移动性，通过有线电缆的方式进行充电是不切实际的，这意味着可见光通信设备很少或没有充电的机会，因此使用逆反射的方式减少能源消耗是实现可见光通信设备的长期无需更换电池运行以及实现可见光通信设备的移动性、可扩展性、可大规模部署的最佳解决方案。而在逆反射可见光通信系统中，从运行成本、可大规模部署、功耗等角度，采用LCD实现逆反射光的调制已被证明是逆反射可见光通信系统的实际解决方案，是逆反射可见光通信系统的关键器件。但是LCD的低开关频率(100-240Hz)从根本上限制了数据的传输速率。而且LCD的非线性问题会使得调制状态切换的响应时间具有高度非对称特性，即使在具有足够高的信噪比的情况下也无法提高数据传输速率，即无法充分利用信道容量来提高数据传输速率。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种适用于非对称可见光通信的调制装置，至少包括控制器和至少一个调制器。所述控制器配置为以所述调制器以其改变光信号状态的趋势构建表示信息的第一符号/第一波形。在现有技术中，一般通过驱动调制器改变光信号的状态以加载信息，从而完成调制。调制器一般通过改变光信号的幅度、频率、相位、传播方向等来实现调制。例如，OOK调制就是通过光信号的幅度变化来表征“开”和“关”。“开”可以用符号“1”表示。“关”可以用“0”表示，进而将信息通过一系列的二进制符号“1”和“0”调制在光信号上。但是某些调制器，例如基于液晶材料的调制器，或者基于液晶材料的复合材料的调制器，或者是使用与液晶材料类似的聚合物等材料制作的调制器，其在用于改变光信号状态的多个转换状态的响应时间不同。表现为调制器的响应转换状态的时间曲线是非对称的。即调制器的多个转换状态之间不能立即切换，从而调制器想要完成调制需要其转换状态的响应时间完全结束后才能实现。例如液晶调制器(Liquid Crystal Modulator,LCM)需要通过充电和放电来改变光信号的幅度，但是液晶调制器的充电时间至少比放电时间快了3倍，这无疑限制了调制器的调制速率，进而限制了数据传输速率。本发明基于调制器改变光信号状态趋势构建第一符号/第一波形。优选地，在调制器通过其转换状态改变光信号的状态时，读写装置(Reader)一侧接收的光信号转换的光电流会有一个上升、下降或者复合的变化。复合的变化可以是上升之后立即下降，或者是下降之后立即上升。读写装置对应的上升或下降的变化趋势对应调制器其自身改变光信号的转换状态。具体而言，以液晶调制器为例，其在充电的情况下，不会阻挡光信号的通过，表现在OOK调制下接近“开”的且未完全“开”状态。而对于读写装置一侧其光电流会有一个上升的变化。当液晶调制器放电的情况下，会阻挡光信号的通过，表现为接近OOK调制的“关”状态且未完全阻挡光信号。读写装置一侧其光电流会有一个下降的变化。当液晶调制器在其放电结束后立即充电的情况下，读写装置一侧其光电流会有一个从下降到上升的复合变化。因此，相对于传统的OOK、PAM以高、低脉冲的形式构造波形或符号，本发明以调制器改变其光信号状态的趋势，例如，上升、下降、下降到上升等构建第一符号/第一波形来进行调制，不用等待调制器结束其状态转换就能调制信号，能够提高通信的数据传输速率。

本发明还提供一种适用于非对称可见光通信的调制装置，至少包括控制器和至少一个调制器。所述控制器配置为在所述调制器其改变光信号状态的响应时间中最快的第一响应时间内发射第一符号/第一波形。

本发明还提供一种适用于非对称可见光通信的调制装置，至少包括控制器和至少一个调制器，所述控制器配置为叠加和/或交错不同的所述调制器其在改变光信号状态最快的第一响应时间内发射的第一符号/第一波形构建第二符号/第二波形。尽管可以通过调制器改变光信号的趋势进行调制，进而不用等待调制器完成其状态转换就能调制信号。但是实质上，调制器还是需要等待其响应时间较慢的转换状态完成其改变光信号状态的趋势。因此，调制器的转换状态的非对称的响应时间依然限制了通信的数据传输速率。这种非对称的响应时间是调制器本身固有的特性，是不可抗力的。从而在振幅、频率、相位上没有可操作的自由度，即无法通过振幅、频率或相位上的操作来改善调制速度，进而提高数据传输速率。本发明通过仅采用调制器的第一响应时间发射第一符号/第一波形，进而叠加不同的调制器在其第一响应时间发射的第一符号/第一波形实现光信号的高阶调制，相对较慢的响应时间不携带任何信息，能够不必等待相对较慢的响应时间，从根本上突破了非对称响应时间带来的限制，显著地提高了数据传输速率。

本发明还提供一种适用于非对称可见光通信的调制装置，至少包括控制器和至少一个调制器。所述控制器配置为叠加和/或交错不同的所述调制器其在改变光信号状态的响应时间中最快的第一响应时间内发射的第一符号/第一波形构建第二符号/第二波形。仅仅在调制器的第一响应时间发射第一符号/第一波形以调制光信号，能够提高数据传输速率。但是，当通信链路就有足够高的信噪比时，可用带宽没有得到充分利用，即使信噪比足够高也不能提高数据的传输速率。因此本发明通过地接/交错不同的调至器的第一响应时间发射的第一符号/第一波形，从而构建由多个第一符号/第一波形的第二符号/第二波形。利用叠加多个调制器的第一符号/第一波形，或者是交错不同调制器的第一响应时间来调制，这样可以利用参与调制的调制器的数量来提供近似线性的容量增益，进而可以充分利用给定信道上的可用带宽和信噪比。

本发明还提供了一种适用于非对称可见光通信的调制装置，至少包括控制器和至少一个调制器。所述控制器配置为跌跤交错不同的调制器其改变光信号状态最快的第一响应时间对应的第一阶段，并通过开启/关闭所述第一阶段构建第二符号/第二波形。

本发明还提供了一种适用于非对称可见光通信的调制装置，至少包括控制器和至少一个调制器。所述控制器配置为在不同的时间间隔开启/关闭不同的调制器其改变光信号状态最快的第一响应时间对应的第一阶段构建第二符号/第二波形。

根据一种优选实施方式，所述控制器配置为基于参加调制的至少一个调制器分配对应的至少一个时隙。在所述时隙内开启/关闭对应的调制器的第一阶段。或者是在所述时隙内控制对应的调制器在其第一响应时间内发射/不发射第一符号/第一波形。所述时隙至少大于等于所述第一响应时间。所述时隙的数量正比于所述第二符号/第二波形的携带的信息比特量。

根据一种优选实施方式，所述控制器配置为以大于等于所述调制器其改变光信号状态最慢的第二响应时间的第一时间作为搜书第二符号/第二波形内第一个时隙结束后的持续时间。

根据一种优选实施方式，在所述控制器配置为控制所述第二符号/第二波形内的第一个时隙对应的调制器执行所述第一个时隙对应的动作结束之后未立即进入其第二响应时间对应的第二阶段的情况下，所述第二符号/第二波形的持续时间为第二响应时间与第二时间之和。所述第二时间为所述时隙与其数量的乘积。

根据一种优选实施方式，在所述控制器配置为控制所述第二符号/第二波形内的第一个时隙对应的调制器执行所述第一个时隙对应的动作结束之后立即进入其第二响应时间对应的第二阶段的情况下，所述第二符号/第二波形的持续时间为第二时间与第三时间之间的最大值。所述第三时间为第一响应时间与第二响应时间之和。

根据一种优选实施方式，在所述时隙的数量/参与调制的调制器的数量大于第一比值的情况下，所述调制装置的数据传输速率达到极限第二比值。所述第一比值为第二响时间除以第一响应时间。所述第二比值为所述第一响应时间的倒数。

根据一种优选实施方式，所述控制器配置为选择性开启/关闭至少一个所述调制器以改变第二符号/第二波形中第一符号/第一波形的数量。

根据一种优选实施方式，所述控制器配置为基于开启的所述调制器的数量为开启的所述调制器分配若干时隙。所述控制器配置为基于所述时隙驱动该时隙对应的所述调制器发射第一符号/第一波形。

根据一种优选实施方式，在所述控制器配置为基于所述调制器的其在改变光信号状态的响应时间中最慢的第二响应时间包装第二符号/第二波形的情况下，所述第二符号/第二波形的持续时间为第二响应时间与第二时间之和。第二时间为所述时隙与其数量的乘积。

根据一种优选实施方式，在所述第二符号/第二波形中第一个响应的调制器发射第一符号/第一波形之后立即开始第二响应时间对应的状态转换的情况下，所述第二符号/第二波形的持续时间为第二时间与第三时间之间的最大值。第三时间为第一响应时间与第二响应时间之和。

根据一种优选实施方式，在响应发射第一符号/第一波形的调制器数量大于第一比值的情况下，所述调制装置的数据传输速率达到极限第二比值。第一比值为第二响应时间除以第一响应时间。第二比值为第一响应时间的倒数。

本发明还提供一种适用于非对称可见光通信的调制方法，所述方法至少包括：在调制器其改变光信号状态的响应时间中最快的第一响应时间内发射第一符号/第一波形。

根据一种优选实施方式，所述方法还包括：叠加和/或交错不同的所述调制器在第一响应时间内发射的第一符号/第一波形以构建第二符号/第二波形。

本发明还提供一种适用于非对称可见光通信的调制方法，所述方法至少包括：在不同的时间间隔内激发/不激发调制器其改变光信号状态最快的第一响应时间对应的第一阶段。或者是所述方法至少包括：叠加和/或交错不同的调制器其在改变光信号状态最快的第一响应时间内发射的第一符号/第一波形以构建第二符号/第二波形。

附图说明

图1是本发明装置的一种优选实施方式的模块示意图；

图2是本发明方法的一种优选实施方式的步骤流程示意图；

图3是液晶调制器的工作原理示意图；

图4是现有技术中OOK的调制波形示意图；

图5是现有技术中PAM的调制波形示意图；

图6是液晶调制器的非对称响应时间曲线图；

图7是液晶调制器在不同驱动电压下的响应时间示意图；

图8是本发明一种优选实施方式下的三阶调制的部分第一符号/第一波形和对应的第二符号/第二波形的示意图；

图9是本发明一种优选实施方式下三阶调制的全部的第二符号/第二波形的示意图；

图10是本发明另一种优选实施方式下三阶调制的部分第一符号/第一波形和对应的第二符号/第二波形的示意图；

图11是本发明另一种优选实施方式下三阶调制的全部的第二符号/第二波形的示意图；

图12是本发明与PAM调制下的数据传输速率的对比示意图。

附图标记列表

1：控制器 2：调制器

3：读写装置 21：第一偏振装置

22：第二偏振装置 23：液晶材料

24：逆反射装置

具体实施方式

下面结合附图1至12进行详细说明。首先对实施例使用的术语和相关背景知识进行说明。

符号：符号是调制的产物。从数据通信的角度，调制是将信息从比特描述变换到符号表达的过程。符号是描述调制、解调过程中的一个基本信息单位。例如，OOK调制通过光信号的“开”和“关”状态来将信息调制到光信号上，其符号是一系列的“0”和“1”，其调制波形是如图4所示的高、低脉冲。例如PAM调制通常采用窄脉冲串来实现调制，如图5所示，其也是使用高、低脉冲来表示符号/波形。

高阶调制：通常向OOK采用二进制的“1”或“0”的数字来表示光信号的“开”或“关”，例如用“1”表示“开”，用“0”表示“关”。当利用多个调制器2或者当前调制的光信号的状态大于两个的情况下，可以采用多进制的数字来表示。例如，可以采用四进制数字表示符号。四进制数字为“00”、“01”、“10”、“11”。例如可以采用八进制数字表示符号。八进制数字为“000”、“001”、“010”、“011”、“100”、“101”、“110”、“111”。一般来说四进制的每个符号携带2位比特的信息。八进制的每个符号携带3位比特信息。具有一般性的，2^L个符号/波形中，每个符号/波形携带L位比特信息。在本发明中称为L阶调制。例如，16-QAM为四阶调制、8-PAM为三阶调制。

符号持续时间：指的是表示一个完整的符号所占用的时间。

调制器2：本发明以及实施例中所指的调制器2可以是基于液晶材料的调制器。可以是与液晶才来复合的调制器。还可以是采用的材料的特性与液晶材料类似，使得调制器具有非对称的响应时间。还可以其他具有非对称响应时间特性的其他调制器件。优选地，本发明以及实施例中所指的调制器2还可以是具有非对称特性的电压、电流、相位等特性的调制器件。

控制器1：控制器1可以是微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)。例如可以是型号为STM32L073RBTx的低功耗MCU。优选地，控制器1还可以是中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)，通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。

实施例1

本实施例公开了一种适用于非对称可见光通信的调制方法，在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

目前，基于可见光通信系统中的逆反射可见光通信为移动网络和物联网提供一种低功耗网络连接的解决方案。但是，为了低功耗以使其长期无充电运行，基本采用低功耗的液晶调制器(Liquid Crystal Modulator,LCM)作为调制器2。但是液晶调制器的响应时间较慢，其改变光信号状态的切换频率(100-240Hz)从根本上限制数据传输速率(几百bps)。即使通过推高符号长度的极限，其数据传输速率也不超过1Kbps。考虑到主动发射光信号和接收逆反射光信号一侧的读写装置3对其功耗限制较少，其向逆反射光信号一侧的调制装置发送的光信号的下行链路很容易达到几十甚至是几百Kbps。而调制装置向读写装置3一侧发送光信号的上行链路就会成为瓶颈。而这种上、下行链路的数据传输速率不对的情况应用至网络环境中，情况会更糟。

如图1所示，本实施例提供一种适用于非对称可见光通信的调制装置，至少包括控制器1和至少一个调制器2。控制器1配置为以调制器2以其改变光信号状态的趋势构建表示信息的第一符号/第一波形。在现有技术中，一般通过驱动调制器2改变光信号的状态以加载信息，从而完成调制。调制器2一般通过改变光信号的幅度、频率、相位、传播方向等来实现调制。例如，OOK调制就是通过光信号的幅度变化来表征“开”和“关”。“开”可以用符号“1”表示。“关”可以用“0”表示，进而将信息通过一系列的二进制符号“1”和“0”调制在光信号上。例如，QAM调制就是同时改变光信号的幅度和相位。但是某些调制器2，例如基于液晶材料的调制器，或者基于液晶材料的复合材料的调制器，或者是使用与液晶材料类似的聚合物等材料制作的调制器2，其在用于改变光信号状态的多个转换状态的响应时间不同。表现为调制器2的响应转换状态的时间曲线是非对称的，如图4和图6所示。即调制器2的多个转换状态之间不能立即切换，从而调制器2想要完成调制需要其转换状态的响应时间完全结束后才能实现。例如液晶调制器需要通过充电和放电来改变光信号的幅度，但是液晶调制器的充电时间至少比放电时间快了3倍，如图6所示，这无疑限制了调制器的调制速率，进而限制了数据传输速率。

优选地，为了进一步解释说明液晶调制器的非对称的响应时间，对液晶调制器的工作原理进行说明。优选地，液晶调制器为三明治夹心结构。如图3所示，液晶调制器至少包括一对彼此平行设置的第一偏振装置21、第二偏振装置以及液晶材料23。液晶材料23设置在第一偏振装置21和第二偏振装置22之间。第一偏振装置21和第二偏振装置22之间的偏振方向为彼此正交。例如，第一偏振装置21的偏振方向为0°，第二偏振装置22的偏振方向为90°。液晶材料23的分子排列能够在电场的控制下发生扭曲，进而改变光信号的偏振状态。例如，对液晶材料23充电，液晶材料23改变光信号的偏振方向。当液晶材料23放电之后，液晶材料23不发生扭曲，或者恢复之前的扭曲状态。液晶调制器其调制的过程为，当读写装置3发出的非偏振光信号通过第一偏振装置21之后为偏振方向与第一偏振装置21的偏振方向相同的偏振光。当液晶材料23充电，发生扭曲后将该光信号旋光90°，如图3的上侧的示意图所示。旋光90°后光信号的偏振方向与第二偏振装置22的偏振方向相同，进而光信号能够通过液晶调制器。液晶调制器的后方设置有逆反射装置24。逆反射装置24能够将光信号逆反射回至光源。逆反射又可以称为反光、回射、回归反射、回复反射、定向反射或反向反射。逆反射表示反射光线从接近入射光线的反方向返回的一种反射。当入射光线在较大范围内变化时，仍能保持这种性质。逆反射装置24可以是涂有逆反射材料的规则或不规则体。优选地，逆反射材料可以是反光材料，例如反光膜、应用于交通标志的反光膜或反光涂层、织物等。光信号通过液晶调制器后被逆反射装置24反射又再次通过液晶调制器，这时光信号的偏振方向与第二偏振装置22的偏振方向相同，进而光信号能够进入液晶材料23内。此时液晶材料23还保持充电状态，对光信号进行旋光，使得光信号的偏振方偏转，并与第一偏振装置21的偏振方向相同，从而光信号能够没有衰减的通过第一偏振装置21，进而返回至发射光信号的光源。当液晶材料23放电的情况下，液晶材料23的分子不发生扭曲，进而不会对光信号旋光，如图3的下侧的示意图所示。不发生旋光的光信号无法通过第二偏振装置22，进而液晶调制器阻挡光信号的通过。优选地，需要说明的是，通过对液晶调制器工作原理的说明，可以发现液晶调制器的液晶不能任意角度的旋光。光信号旋光的角度必须与第一偏振装置21或第二偏振装置22的偏振方向相同。优选地，通过观察液晶调制器的充电和放电的响应曲线，发现其具有高度不对称的特性。例如，如图7所示，当驱动电压为5V时，液晶调制器的充电阶段可在1ms内完成，液晶调制器的放电阶段需要长达4ms的时间才能完成。优选地，在施加更高驱动电压的情况下，液晶调制器的充电阶段可能更快完成。例如，如图6所示，液晶调制器的充电阶段可以在0.3ms内完成。

优选地，本发明基于调制器2改变光信号状态趋势构建第一符号/第一波形。优选地，在调制器2通过其转换状态改变光信号的状态时，读写装置3一侧接收的光信号转换的光电流会有一个上升、下降或者复合的变化。复合的变化可以是上升之后立即下降，或者是下降之后立即上升。读写装置3对应的上升或下降的变化趋势对应调制器2其自身改变光信号的转换状态。具体而言，以液晶调制器为例，其在充电的情况下，不会阻挡光信号的通过，表现在OOK调制下接近“开”的且未完全“开”状态。而对于读写装置3一侧其光电流会有一个上升的变化。当液晶调制器放电的情况下，会阻挡光信号的通过，表现为接近OOK调制的“关”状态且未完全阻挡光信号。读写装置3一侧其光电流会有一个下降的变化。当液晶调制器在其放电结束后立即充电的情况下，读写装置3一侧其光电流会有一个从下降到上升的复合变化。因此，相对于传统的OOK、PAM以高、低脉冲的形式构造波形或符号，如图4和图5所示，本发明以调制器2其改变光信号状态的趋势，例如，上升、下降、下降到上升等构建第一符号/第一波形来进行调制，不用等待调制器2完全结束其状态转换就能调制，进而提高通信的数据传输速率。优选地，第一符号可以是“0”、“1”。第一波形可以是对应的上升、下降、下降-上升等波形。

实施例2

本实施例是对实施例1进一步的改进或补充，重复的内容不再赘述。

本实施例还提供一种适用于非对称可见光通信的调制装置，至少包括控制器1和至少一个调制器2。控制器1配置为在调制器2其改变光信号状态的响应时间中最快的第一响应时间内发射第一符号/第一波形。优选地，控制器1配置为叠加和/或交错不同的调制器2其第一响应时间内发射的第一符号/第一波形。第一响应时间为调制器2其在改变光信号状态最快的响应时间。优选地，通过叠加和/或交错不同的调制器2发射的第一符号/第一波形构建第二符号/第二波形。优选地，调制器2的第一响应时间对应第一阶段。优选地，第一阶段可以是调制器2充电阶段。调制器2的第二响应时间对应第二阶段。第二阶段可以是调制器2的放电阶段。优选地，调制器2在第一响应时间发射第一符号/第一波形的方式可以是开启/关闭调制器2的第一阶段。开启调制器2的第一阶段可以是对应“开”状态。关闭调制器2的第一阶段可以是对应“关”状态。通过开启/关闭调制器2的第一阶段相当于调制器2在第一响应时间发射第一符号/第一波形。尽管可以通过调制器2改变光信号的趋势进行调制，进而不用等待调制器2完成其状态转换就能调制信号。但是会出现以下问题，一方面如果选择复合变化，则至少需要在充电阶段结束后在放电阶段进行操作。另一方面如果选择下降变化也需要在放电阶段进行操作。然而，放电阶段所需要的时间远远大于充电阶段。以上两种调制方式均需要在调制器2状态转换最慢的第二响应时间内进行操作，导致数据的传输速率较慢。本发明因此只利用调制器2的第一响应时间来实现信号的调制。优选地，尽管使用第一响应时间来调制信号，调制器2还是需要等待其响应时间较慢的转换状态完成其改变光信号状态的趋势。例如，当调制器2为液晶调制器的情况下，第一响应时间为其充电时间，但是其根据调制器2第一响应时间内光信号状态变化的趋势发射第一符号/第一波形后，还是需要等待调制器2的放电响应时间内的光信号状态变换的趋势发射第一符号/第一波形。因此，调制器2的转换状态的非对称的响应时间依然限制了通信的数据传输速率。这种非对称的响应时间是调制器2本身固有的特性，是不可抗力的，导致在振幅、频率、相位上没有可操作的自由度，即无法通过振幅、频率或相位上的操作来改善调制速度，进而提高数据传输速率。本发明通过叠加或者交错调制器2的第一响应时间发射的第一符号/第一波形构建第二符号/第二波形，或者叠加和/或交错调制器2的第一阶段来构建不同的第二符号/第二波形。通过该设置方式能够进而实现光信号的高阶调制，使得每个第二符号/每个波形携带更加多的信息量。而且，在叠加和/或交错的过程中可以利用相对较慢的第二响应时间来传输不同的调制器2的第一阶段或者发射第一符号/第一波形。例如对于一个第二符号/第二波形，第一个调制器2的第一阶段结束之后进入第二阶段，第一个调制器2等待其第二阶段结束后作为下一个第二符号/第二波形的第一个构建符号/波形的调制器2。在第一个调制器2等待其第二阶段结束的时间中，可以叠加和/或交错其他调制器2的第一阶段或第一响应时间发射第一符号/第二波形，进而在等待第二阶段结束的时间中也通过其他的调制器2携带了信息，因此可以通过持续时间覆盖了第一响应时间和第二响应时间的第二符号/第二波形来进行调制，而第二符号/第二波形携带了更多的信息，从根本上突破了非对称响应时间带来的限制，显著地提高了数据传输速率。

实施例3

本实施例是对实施例1、2及其结合的进一步改进或补充，重复的内容不再赘述。

本实施例还提供一种适用于非对称可见光通信的调制装置，至少包括控制器1和至少一个调制器2。控制器1配置为叠加和/或交错不同的调制器2其在改变光信号状态的响应时间中最快的第一响应时间内发射的第一符号/第一波形构建第二符号/第二波形。优选地，控制器1配置为叠加和/或交错不同的调制器2的第一阶段。第一阶段为调制器2其改变光信号状态最快的第一响应时间对应的阶段。例如，调制器2为液晶调制器的情况下，第一响应时间为液晶调制器的充电时间。第一阶段为充电阶段。第二响应时间为液晶调制器的放电时间。第二响应时间对应第二阶段。第二阶段为放电阶段。优选地，通过开启/关闭第一阶段构建第二符号/第二波形。优选地，在调制器2的第一响应时间发射/不发射第一符号/第一波形以调制光信号。或者开启或关闭调制器2的第一阶段也能够调制光信号。通过第一符号/第一波形或者开启/关闭第一阶段来进行调制能够提高数据传输速率。但是，当通信链路具有足够高的信噪比时，可用带宽没有得到充分利用，即使信噪比足够高也不能提高数据的传输速率。因此本发明通过叠加和/或交错不同的调至器2的第一响应时间发射的第一符号/第一波形，或者叠加和/或交错不同的调制器2的第一阶段，构建第二符号/第二波形。利用叠加多个调制器2的第一符号/第一波形，或者是交错不同调制器2的第一响应时间/第一阶段来调制，这样可以利用参与调制的调制器2的数量来提供近似线性的容量增益。即，在多个调制器2或者由调制器2构建的阵列来执行叠加和/或交错不同的第一阶段/第一响应时间/在第一响应时间发射第一符号/第一波形的情况下，多个调制器2或调制器2阵列的构建的第二符号/第二波形包括多个第一符号/第一波形或者由开启/关闭调制器2第一阶段产生的符号/波形，如图8至11所示，使得调制携带的信息量成倍增加，进而可以充分利用给定信道上的可用带宽和信噪比，即充分利用调制器2这种非常规非线性光学通道上的可用带宽。优选地，调制携带的信息量与参加调制的调制器2的数量大约呈线性关系。优选地，控制器1配置为在同一时间发射调制器2的第一符号/第一波形。优选地，控制器1配置为驱动调制器2在不同时刻分别发射第一符号/第一波形。

优选地，第二符号/第二波形是由至少一个第一符号/第一波形的组合。第二符号/第二波形还可以是由开启/关闭第一阶段产生的符号/波形的组合。优选地，控制器1配置为选择性开启/关闭至少一个调制器2以改变第二符号/第二波形中第一符号/第一波形的数量。例如，“00”、“01”、“10”、“11”，或者“000”、“010”，或者“1111”、“1010”等等。第一符号/第一波形的数量表示一个第二符号/第二波形携带的比特的位数。同样，开启或关闭第一阶段的调制器2的数量也表示一个第二符号/第二波形携带的比特的位数。位数越多携带的信息量越大，提供的增益越大。但需要说明的是，当第一符号/第一波形的数量或者是参与调制的调制器2的数量超过一定数量的情况下，其提供的增益保持不变，这与PAM调制显著不同。优选地，控制器1对调制器2进行操作的数量为L。控制器1对调制器2进行的操作至少包括开启和关闭。控制器1选择性开启或关闭的调制器2的数量为L。优选地，L也可以称为响应控制器1操作的调制器2的数量。或者L也可以是参与调制的调制器2的数量。通过该设置方式，使用控制器1控制调制器2的响应数量或者控制参与调制的调制器2的数量就可以构建包括不同数量的第一符号/第一波形的第二符号/第二波形。或者可以构建包括不同数量的对应开启/关闭第一阶段的符号/波形的第二符号，进而可以控制对数据传输速率提供的增益大小。

实施例4

本实施例是对实施例1、2、3及其结合的进一步改进或补充，重复的内容不再赘述。

优选地，本实施例提供一种适用于非对称可见光通信的调制装置，至少包括控制器1和至少一个调制器2。控制器1配置为在不同的时间间隔开启/关闭不同的调制器2的第一阶段。控制器1配置为通过开启/关闭第一阶段构建第二符号/第二波形。优选地，控制器1配置为基于参与调制的调制器2的数量为调制器2分配若干时隙。控制器1配置为基于时隙驱动该时隙对应的调制器2发射第一符号/第一波形。优选地，控制器1配置为基于时隙驱动该时隙对应的调制器2开启/关闭第一阶段。优选地，控制器1配置为基于参加调制的至少一个调制器2分配对应的至少一个时隙。控制器1在对应时隙内开启/关闭对应的调制器2的第一阶段。优选地，控制器1在时隙内控制对应的调制器2在其第一响应时间内发射/不发射第一符号/第一波形。时隙的数量正比于第二符号/第二波形所携带的信息比特量。例如，参加调制的调制器2的数量为3，那么对应分配3个时隙，从而每个第二符号/第二波形携带3Bit的信息量。具体以液晶调制器(LCM)为例，如图8和图10所示，采用3个液晶调制器(LCM)。每个LCM分配了对应的时隙T，共有3个时隙，因此第二符号/第二波形可以用000、111、010等3为二进制符号表征，从而每个第二符号/第二波形携带3Bit的信息量。

优选地，为了进一步提高这种多个调制器2在不同时间间隔内开启/关闭第一阶段或者发射/不发射第一符号/第一波形带来的增益，可以采用非同时的方式发射/不发射第一符号/第一波形或者开启/关闭第一阶段。优选地，控制器1基于响应其操作的调制器2的数量L为响应的调制器2分配一一对应的时隙。或者控制器1基于参与调制的调制器2的数量为参加调制的调制器2分配一一对应的时隙。优选地，调制器2在对应的时隙内通过第一响应时间发送第一符号/第一波形。或者控制器1在对应的时隙内控制对应的调制器2开启/关闭第一阶段。优选地，时隙至少大于等于第一响应时间。通过该设置方式，能够保证在同一时间间隔或时隙内，只有一个调制器2发射第一符号/第一波形或者开启或关闭第一阶段，进而提高携带的信息量，并且也能够部分减少符号间的干扰(Inter-SymbolInterference,ISI)。

优选地，不同时隙内的第一符号/第一波形或者开启/关闭第一阶段对应的符号/波形可以组合生成第二符号/第二波形。由于部分调制器2可能无法立即转换到其第一响应时间对应的转换状态，因此需要经历第二响应时间才能切换到下一周期(下一个第二符号/第二波形)的第一响应时间。优选地，控制器1配置为至少基于调制器2的其在改变光信号状态的响应时间中最慢的第二响应时间包装第二符号/第二波形。优选地，控制器1配置为以大于等于调制器2的第二响应时间的第一时间包装第二符号/第二波形。第一时间作为第二符号/第二波形内第一个时隙结束后的持续时间。

优选地，在控制器1配置为基于调制器2的其在改变光信号状态的响应时间中最慢的第二响应时间包装第二符号/第二波形的情况下，第二符号/第二波形的持续时间为第二响应时间与第二时间之和。第二时间为第一响应时间与响应发射第一符号/第一波形的调制器2的数量L的乘积。优选地，在控制器1配置为控制第二符号/第二波形内的第一个时隙内对应的调制器2执行动作结束后未立即进入其第二响应时间对应的第二阶段的情况下，第二符号/第二波形的持续时间为第二响应时间与第二时间之和。优选地，第二时间为时隙与其数量的乘积。优选地，第一时间为第二符号/第二波形的持续时间减去一个时隙。优选地，控制器1配置为基于调制器2的第一响应时间和/或第二响应时间决定第二符号/第二波形的持续时间。

实施例5

本实施例是对实施例1、2、3、4及其结合的进一步改进或补充，重复的内容不再赘述。

优选地，另一种可选的实施方式为，控制器1配置为将多个调制器2同时发射/不发射第一符号/第一波形或者开启/关闭第一调制器2的第一阶段进行调制。这种可选的实施方式能够将多个调制器2发射的波形叠加，虽然会导致携带的信息量较少，使得数据传输速率的增益不高；但是每个第一符号/第一波形的信噪比较高。因此可以考虑在不同的信噪比下平衡数据传输速率与误码率。优选地，控制器1配置为驱动至少两个调制器2在同一时隙内通过第一响应时间发送/不发送第一符号/第一波形。优选地，控制器1配置为在同一时间间隔内开启/关闭至少两个调制器2的第一阶段构建第二符号/第二波形。通过该设置方式，叠加不同调制器2产生的符号/波形，从而在信噪比较低的情况下使得该符号/波形构建的第二符号/第二波形更加清晰和易于识别，降低误码率。

另一方面，在以上可选的实施方式的基础上，提供将叠加和交错调制器2基于第一响应时间产生的符号/波形构建第二符号/第二波形的实施方式。优选地，控制器1配置为在不同的时间间隔开启/关闭不同的调制器2的第一阶段，并在同一时间间隔内开启/关闭至少两个不同的调制器2的第一阶段，从而构建第二符号/第二波形。或者控制器1配置为在不同的时间间隔内控制不同的调制器2在其第一响应时间内发射/不发射第一符号/第一波形，从而构建第二符号/第二波形。通过以上设置方式，在同一个时隙或者时间间隔内，两个不同的调制器2发射相同的符号/波形，或者同时开启/关闭两个不同的调制器2的第一阶段，能够使得构建的第二符号/第二波形更加清晰和易于识别，从而减少干扰而降低误码率。而在不同的时隙或者时间间隔内可以采用实施例4中的实施原理，即利用时隙的数量或者参与调制的调制器2的数量来近似线性地增加信道容量增益，提高第二符号/第二波形所携带的信息量。

实施例6

本实施例是对实施例1、2、3、4、5及其结合的进一步改进或补充，重复的内容不再赘述。

优选地，尽管通过交错不同时隙下不同的调制器2在第一响应时间对应产生的符号/波形来实现高阶调制，可以增加携带的信息量和克服非对称的第二响应时间带来的传输速率较小的影响，但其效率仍然有提升的空间。在信噪比较好的情况下，如果调制器2在其第一响应时间结束后立即开始进入第二响应时间，从而可能出现一个第二符号/第二波形中的第一个调制器2在最后一个调制器2发射完第一符号/第一波形之后同时结束其第二响应时间，那么会进一步提高调制器2的调制速率。

优选地，在第二符号/第二波形中第一个响应的调制器2发射第一符号/第一波形之后立即开始第二响应时间对应的状态转换的情况下，第二符号/第二波形的持续时间为第二时间与第三时间之间的最大值。第三时间为第一响应时间与第二响应时间之和。优选地，在控制器1配置为控制第二符号/第二波形内的第一个时隙对应的调制器2执行动作结束之后立即进入其第二响应时间对应的第二阶段的情况下，第二符号/第二波形的持续时间为第二时间与第三时间之间的最大值。第三时间为第一响应时间与第二响应时间之和。

根据一种优选实施方式，在响应发射第一符号/第一波形的调制器2数量大于第一比值的情况下，调制装置的数据传输速率达到极限第二比值。第一比值为第二响应时间除以第一响应时间，第二比值为第一响应时间的倒数。优选地，在时隙的数量/参与调制的调制器2的数量大于第一比值的情况下，调制装置的数据传输速率达到极限第二比值。第一比值为第二响应时间除以第一响应时间。第二比值为第一响应时间的倒数。

实施例7

本发明还提供一种适用于非对称可见光通信的调制方法，在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

如图2所示，方法至少包括以下步骤：

S100：在不同的时间间隔内激发/不激发调制器2的第一阶段。第一阶段为调制器2其改变光信号状态最快的第一响应时间对应的阶段。或者叠加和/或交错不同的调制器2其在第一响应时间内发射的第一符号/第一波形以构建第二符号/第二波形。优选地，第一响应时间为调制器2其改变光信号状态最快的响应时间。优选地，调制器2其改变光信号状态最慢的响应时间为第二响应时间。第二响应时间对应的阶段为调制器2的第二阶段。例如，在调制器2是液晶调制器(LCM)的情况下，第一响应时间为液晶调制器的充电时间。第一阶段为液晶调制器的充电阶段。第二响应时间为液晶调制器的放电时间。第二阶段为液晶调制器的放电阶段。优选地，在调制器2其改变光信号状态的响应时间中最快的第一响应时间内发射/不发射第一符号/第一波形。优选地，控制器1配置为以调制器2以其改变光信号状态的趋势构建表示信息的第一符号/第一波形。优选地，本发明基于调制器2改变光信号状态趋势构建第一符号/第一波形。优选地，在调制器2通过其转换状态改变光信号的状态时，读写装置3一侧接收的光信号转换的光电流会有一个上升、下降或者复合的变化。复合的变化可以是上升之后立即下降，或者是下降之后立即上升。读写装置3对应的上升或下降的变化趋势对应调制器2其自身改变光信号的转换状态。具体而言，以液晶调制器为例，其在充电的情况下，不会阻挡光信号的通过，表现在OOK调制下接近“开”的且未完全“开”状态。而对于读写装置3一侧其光电流会有一个上升的变化。当液晶调制器放电的情况下，会阻挡光信号的通过，表现为接近OOK调制的“关”状态且未完全阻挡光信号。读写装置3一侧其光电流会有一个下降的变化。当液晶调制器在其放电结束后立即充电的情况下，读写装置3一侧其光电流会有一个从下降到上升的复合变化。因此，相对于传统的OOK、PAM以高、低脉冲的形式构造波形或符号，如图4和图5所示，本发明以调制器2改变其光信号状态的趋势，例如，上升、下降、下降到上升等构建第一符号/第一波形来进行调制，不用等待调制器2完全结束其状态转换就能调制，进而提高通信的数据传输速率。优选地，第一符号可以是“0”、“1”。第一波形可以是对应的上升、下降、下降-上升等波形。

S200：控制器1配置为叠加和/或交错不同的调制器2其在改变光信号状态的响应时间中最快的第一响应时间内发射的第一符号/第一波形构建第二符号/第二波形。优选地，控制器1配置为叠加和/或交错不同的调制器2其第一响应时间内发射的第一符号/第一波形。第一响应时间为调制器2其在改变光信号状态最快的响应时间。优选地，通过叠加和/或交错不同的调制器2发射的第一符号/第一波形构建第二符号/第二波形。优选地，调制器2的第一响应时间对应第一阶段。优选地，第一阶段可以是调制器2充电阶段。调制器2的第二响应时间对应第二阶段。第二阶段可以是调制器2的放电阶段。优选地，调制器2在第一响应时间发射第一符号/第一波形的方式可以是开启/关闭调制器2的第一阶段。开启调制器2的第一阶段可以是对应“开”状态。关闭调制器2的第一阶段可以是对应“关”状态。通过开启/关闭调制器2的第一阶段相当于调制器2在第一响应时间发射第一符号/第一波形。尽管可以通过调制器2改变光信号的趋势进行调制，进而不用等待调制器2完成其状态转换就能调制信号。但是会出现以下问题，一方面如果选择复合变化，则至少需要在充电阶段结束后在放电阶段进行操作。另一方面如果选择下降变化也需要在放电阶段进行操作。然而，放电阶段所需要的时间远远大于充电阶段。以上两种调制方式均需要在调制器2状态转换最慢的第二响应时间内进行操作，导致数据的传输速率较慢。本实施例因此只利用调制器2的第一响应时间来实现信号的调制。优选地，尽管使用第一响应时间来调制信号，调制器2还是需要等待其响应时间较慢的转换状态完成其改变光信号状态的趋势。例如，当调制器2为液晶调制器的情况下，第一响应时间为其充电时间，但是其根据调制器2第一响应时间内光信号状态变化的趋势发射第一符号/第一波形后，还是需要等待调制器2的放电响应时间内的光信号状态变换的趋势发射第一符号/第一波形。因此，调制器2的转换状态的非对称的响应时间依然限制了通信的数据传输速率。这种非对称的响应时间是调制器2本身固有的特性，是不可抗力的，导致在振幅、频率、相位上没有可操作的自由度，即无法通过振幅、频率或相位上的操作来改善调制速度，进而提高数据传输速率。本发明通过叠加或者交错调制器2的第一响应时间发射的第一符号/第一波形构建第二符号/第二波形，或者叠加和/或交错调制器2的第一阶段来构建不同的第二符号/第二波形。通过该设置方式能够进而实现光信号的高阶调制，使得每个第二符号/每个波形携带更加多的信息量。而且，在叠加和/或交错的过程中可以利用相对较慢的第二响应时间来传输不同的调制器2的第一阶段或者发射第一符号/第一波形。例如对于一个第二符号/第二波形，第一个调制器2的第一阶段结束之后进入第二阶段，第一个调制器2等待其第二阶段结束后作为下一个第二符号/第二波形的第一个构建符号/波形的调制器2。在第一个调制器2等待其第二阶段结束的时间中，可以叠加和/或交错其他调制器2的第一阶段或第一响应时间发射第一符号/第二波形，进而在等待第二阶段结束的时间中也通过其他的调制器2携带了信息，因此可以通过持续时间覆盖了第一响应时间和第二响应时间的第二符号/第二波形来进行调制，而第二符号/第二波形携带了更多的信息，从根本上突破了非对称响应时间带来的限制，显著地提高了数据传输速率。

优选地，控制器1配置为叠加和/或交错不同的调制器2的第一阶段。第一阶段为调制器2其改变光信号状态最快的第一响应时间对应的阶段。例如，调制器2为液晶调制器的情况下，第一响应时间为液晶调制器的充电时间。第一阶段为充电阶段。第二响应时间为液晶调制器的放电时间。第二响应时间对应第二阶段。第二阶段为放电阶段。优选地，通过开启/关闭第一阶段构建第二符号/第二波形。优选地，在调制器2的第一响应时间发射/不发射第一符号/第一波形以调制光信号。或者开启或关闭调制器2的第一阶段也能够调制光信号。通过第一符号/第一波形或者开启/关闭第一阶段来进行调制能够提高数据传输速率。但是，当通信链路具有足够高的信噪比时，可用带宽没有得到充分利用，即使信噪比足够高也不能提高数据的传输速率。因此本发明通过叠加和/或交错不同的调至器2的第一响应时间发射的第一符号/第一波形，或者叠加和/或交错不同的调制器2的第一阶段，构建第二符号/第二波形。利用叠加多个调制器2的第一符号/第一波形，或者是交错不同调制器2的第一响应时间/第一阶段来调制，这样可以利用参与调制的调制器2的数量来提供近似线性的容量增益。即，在多个调制器2或者由调制器2构建的阵列来执行叠加和/或交错不同的第一阶段/第一响应时间/在第一响应时间发射第一符号/第一波形的情况下，多个调制器2或调制器2阵列的构建的第二符号/第二波形包括多个第一符号/第一波形或者由开启/关闭调制器2第一阶段产生的符号/波形，如图8至11所示，使得调制携带的信息量成倍增加，进而可以充分利用给定信道上的可用带宽和信噪比，即充分利用调制器2这种非常规非线性光学通道上的可用带宽。优选地，调制携带的信息量与参加调制的调制器2的数量大约呈线性关系。优选地，控制器1配置为在同一时间发射调制器2的第一符号/第一波形。优选地，控制器1配置为驱动调制器2在不同时刻分别发射第一符号/第一波形。优选地，第二符号/第二波形是由至少一个第一符号/第一波形的组合。第二符号/第二波形还可以是由开启/关闭第一阶段产生的符号/波形的组合。优选地，控制器1配置为选择性开启/关闭至少一个调制器2以改变第二符号/第二波形中第一符号/第一波形的数量。例如，“00”、“01”、“10”、“11”，或者“000”、“010”，或者“1111”、“1010”等等。第一符号/第一波形的数量表示一个第二符号/第二波形携带的比特的位数。第一符号/第一波形的数量表示一个第二符号/第二波形携带的比特的位数。同样，开启或关闭第一阶段的调制器2的数量也表示一个第二符号/第二波形携带的比特的位数。位数越多携带的信息量越大，提供的增益越大。但需要说明的是，当第一符号/第一波形的数量或者是参与调制的调制器2的数量超过一定数量的情况下，其提供的增益保持不变，这与PAM调制不同。优选地，控制器1选择性开启的调制2的数量为L。L也可以称为响应的调制器2的数量。通过该设置方式，通过控制调制器2的响应数量就可以构建包括不同数量的第一符号/第一波形，进而可以控制对数据传输速率提供的增益大小。

根据一种优选实施方式，控制器1配置为基于开启的调制器2的数量为开启的调制器2分配若干时隙。控制器1配置为基于时隙驱动该时隙对应的调制器2发射第一符号/第一波形。优选地，为了进一步提高这种多个调制器2在第一响应时间发送第一符号/第一波形带来的增益，可以采用非同时的方式发射第一符号/第一波形。优选地，控制器1为基于响应的调制器2的数量L为响应的调制器2分配一一对应的时隙。优选地，调制器2在对应的时隙内通过第一响应时间发送第一符号/第一波形。优选地，时隙大于等于第一响应时间。通过该设置方式，能够保证在同一时间或时隙内，只有一个调制器2发射第一符号/第一波形。

优选地，将不同时隙内调制器2发射的第一符号/第一波形组合，从而生成第二符号/第二波形。由于部分调制器2可能无法立即转换到其第一响应时间的转换状态，因此需要经历第二响应时间才能切换到下一周期的第一响应时间。优选地，控制器1配置为基于调制器2的其在改变光信号状态的响应时间中最慢的第二响应时间包装第二符号/第二波形。在控制器1配置为基于调制器2的其在改变光信号状态的响应时间中最慢的第二响应时间包装第二符号/第二波形的情况下，第二符号/第二波形的持续时间为第二响应时间与第二时间之和。第二时间为时隙与其数量的乘积。

优选地，尽管交错不通过时隙下不同调制器2在第一响应时间内发射的第一符号/第一波形来实现高阶调制，但其效率仍然有提升的空间。在信噪比较好的情况下，如果调制器2在其第一响应时间结束后立即开始进入第二响应时间，从而可能出现一个第二符号/第二波形中的第一个调制器2在最后一个调制器2发射完第一符号/第一波形之后同时结束其第二响应时间，那么会进一步提高调制器2的调制速率。

优选地，在第二符号/第二波形中第一个响应的调制器2发射第一符号/第一波形之后立即开始第二响应时间对应的状态转换的情况下，第二符号/第二波形的持续时间为第二时间与第三时间之间的最大值。第三时间为第一响应时间与第二响应时间之和。

根据一种优选实施方式，在响应发射第一符号/第一波形的调制器2数量大于第一比值的情况下，调制装置的数据传输速率达到极限第二比值。第一比值为第二响应时间除以第一响应时间，第二比值为第一响应时间的倒数。

S300：优选地，多个调制器2同时在第一响应时间发射第一符号/第一波形虽然会导致携带的信息量较少，使得数据传输速率的增益不高。但是每个第一符号/第一波形的信噪比较高。因此可以考虑在不同的信噪比下平衡数据传输速率与误码率。优选地，控制器1配置为驱动至少两个调制器2在同一时隙内通过第一响应时间发送第一符号/第一波形。通过该设置方式，叠加不同调制器2内第一符号/第一波形，从而在信噪比较低的情况下使得第一符号/第一波形构建的第二符号/第二波形更加清楚，降低误码率。

实施例8

本实施例提供了一种适用于非对称可见光通信的调制装置，用于更好地解释和说明本发明的调制装置的具体实施方式。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

优选地，现有技术为了实现光通信器件的低功耗、低成本、微型化、可部署性、长时间无需充电运行等，采用液晶调制器作为实现光调制的关键部件。然而液晶调制器受限其本身特性，其刷新/切换速率较低，从根本上限制了光通信的数据传输速率。而且，如图6所示，在5V驱动电压下，调制器2的充电阶段需要1ms，即第一响应时间需要1ms。放电阶段需要4ms，即第二响应时间需要4ms。优选地，在施加更高的驱动电压的情况下，液晶调制器的充电阶段可能在更快的时间内完成。液晶调制器的充电时间与驱动电压的平方成反比。如图7所示，驱动电压从4V增加到11V，第一响应时间为1.8ms减少到0.18ms。这种非对称特性使得当链路具有足够高的信噪比时，可用带宽没有得到充分利用，即信噪比不能有效地用于提高数据速率。而且由于这是液晶调制器本身的固有特性，因此在振幅、频率、相位上没有可操作的空间，因此也无法充分利用信道容量，甚至探索更多的独立信道来提高数据传输速率。

本实施例提供一种适用于非对称可见光通信的调制装置，至少包括控制器1和调制器2。调制器2可以是液晶调制器(LCM)。调制器2的第一响应时间为调制器2改变光信号状态的最快的响应时间。第一阶段为对应第一响应时间调制器2所处于的阶段。第二响应时间为调制器2改变光信号状态最慢的响应时间。第二阶段为对应第二响应时间调制器2所处于的阶段。例如在调制器2为液晶调制的情况下，第一响应时间为液晶调制器的充电时间。第一阶段为液晶调制器的充电阶段。第二响应时间为液晶调制器的放电时间。第二阶段为液晶调制器的放电阶段。优选地，控制器2配置为叠加和/或交错不同的调制器2其在改变光信号状态的响应时间中最快的第一响应时间内发射的第一符号/第一波形构建第二符号/第二波形。或者是控制器1开启/关闭调制器2的第一阶段。通过开启/关闭调制器2的第一阶段也能产生符号/波形。该符号/波形与第一符号/第一波形类似。为表述方便，本实施例将开启/关闭调制器2的第一阶段产生的符号/波形称为第一符号/第一波形。第一符号/第一波形是调制器2在其第一响应时间内改变光信号的趋势。优选地，本发明以调制器2改变其光信号状态的趋势，例如，上升、下降、下降到上升等构建第一符号/第一波形来进行调制，不用等待调制器2完全结束其状态转换就能调制，进而提高通信的数据传输速率。优选地，第一符号可以是“0”、“1”。第一波形可以是对应的上升、下降、下降-上升等波形。

优选地，控制器1配置为叠加和/或交错不同的调制器2其在第一响应时间内发射的第一符号/第一波形构建第二符号/第二波形。或者叠加和/或交错不用的调制器2的第一阶段产生的符号/波形，从而构建第二符号/第二波形。现有的OOK、PAM等调制方案在调制器2充电的状态下都构造了等长的符号长度(符号的持续时间)。如图6所示，液晶调制器(LCM)的第一响应时间(充电时间)为0.3ms，第二响应时间(放电时间)为4ms，这实质上在VLBC的OOK、PAM调制方案中，较快的第一响应时间等待较慢的第二响应时间，在波形的锐利程度上失去了优势，使得第二响应时间成为VLBC的性能瓶颈，不能充分利用信噪比进一步调制。另一方面，液晶调制器的响应(脉冲响应)，如图6所示，既不是线性的也不是正弦曲线，这在操纵幅度、频率、相位方面存在巨大的挑战，因此很难应用或设计出更好的调制方案，能够利用信噪比获取更高的数据传输速率。考虑到尽管单个液晶调制器的脉冲响应于驱动信号呈非线性关系，但是多个液晶调制的响应将在接收中线性叠加，因此本发明仅通过第一响应时间发射第一符号/第一波形，并利用叠加和/或交错多个不同调制器2在不同时间下通过第一响应时间发射第一符号/第一波形，能够提供近似线性的信道容量增益。

优选地，以VLBC系统为例进行说明。在VLBC系统中，读写装置3发射光信号并接收光信号。光标签(Tag)至少包括控制器1和至少一个调制器2。优选地，控制器1可以是微控制单元(MCU)。调制器2可以是液晶调制器。多个调制器2可以构成阵列。读写装置3发出光信号被光标签接收。光标签中的设置有逆反射装置24和光传感器。光传感器可以是太阳能电池板或者二极管。读写装置3发出的光信号分别进入光传感器和调制器2。光传感器将光信号转换为电信号，并传输中控制器1。控制器1根据电信号所包含的信息驱动调制器2，从而将响应的信息调制在读写装置3发出的光信号上。由于光信号进入调制器2中后，调制器2可以控制其自身的状态进而允许光通过/不通过。通过的光被逆反射装置24反射，进而反射的光信号再次通过调制器2返回至读写装置3。控制器1通过在不同的时间中控制调制器2开启/关闭其第一阶段(充电阶段)来实现调制光信号。

优选地，如图8所示，以三阶调制为例进行说明。在图8中，光标签一端包括三个调制器2。控制器1提供了3个时隙T。每个时隙为1ms。需要说明的是时隙至少大于等于第一响应时间。优选地，可以由三个单独的调制器2在对应的时隙内通过第一响应时间发射第一符号/第一波形。每个时隙代表一个信息位。如图8所示，三个时隙内包含不同调制器2在其第一响应时间发射的第一符号/第一波形。图8中的每个第二符号/第二波形包括3Bit信息。优选地，采用第二响应时间来包装第二符号/第二波形。如图8所示，在下一个第二符号/第二波形开始之前至少需要经历第二响应时间，以使得调制器2能够从第一阶段(充电阶段)结束之后重新进入第一阶段(充电阶段)。即，调制器2必须经历第二阶段(放电阶段)之后才能重新进入第一阶段(充电阶段)。这是因为如果在下一第二符号/第二波形开始之前，调制器2没有切换回其稳定(完全放电)状态时，无法满足完全放电的时序约束，这将导致符号间干扰(ISI)，从而使得读写装置3侧接收到的能量较少，因此需要更高的信噪比。因此第一个时隙T结束之后的第一时间至少包括两个时隙T以及第二响应时间。

优选地，在每个时隙由一个调制器2发射第一符号/第一波形的情况下，时隙的数量L为第二符号/第二波形中响应的调制器2的数量。或者L为参与调制的调制器2的数量。L同时也为每个第二符号/第二波形携带的信息量的位数。L同时也为调制的阶数。优选地，由于可能调制器2阵列中部分调制器2不参与调制，因此调制器2的数量可能不等于L。优选地，以第二符号“111”为例进行说明。如图8光标签(Tag)对应的右侧波形图所示，以从上往下的顺序进行调制，第一个调制器2(LCM)在第一个时隙内发送第一符号/第一波形。而且其他两个调制器2处于静默状态。在第一个时隙结束之后，第一个调制器2处于静默状态。在第二时隙内，第二个调制器2发送第一符号/第一波形。此时，第三个调制器2处于静默状态。在第二个时隙结束之后，第二个调制器2处于静默状态。在第三个时隙内，第三个调制器2发送第一符号/第一波形。在第三个调制器2发送第一符号/第一波形结束之后，三个调制器2可以同时进入第二响应时间的放电状态。或者如图8所示，三个调制器2在稳定一段时间之后进入第二阶段。在读写装置3一侧其接收的“111”符号和波形，如图8中读写装置3由侧的波形图所示。优选地，需要说明的是在对应的时隙内调制器2可以处于静默状态，即对应符号“0”。以第二符号为“010”所示，第一个调制器2在其对应的第一时隙内不发射任何波形或者进入第一阶段，其处于静默状态，此时对应符号“0”。此时，第二个调制器2和第三个调制器2处于静默状态。在第一个时隙结束后，第一个调制器2始终处于静默状态。在第二个时隙内，第二个调制器2发射第一符号/第一波形，此时对应符号“1”。对应的第三调制器2此时处于静默状态。在第二个时隙结束后第二个调制器2进入静默状态。在第三个时隙内，第三个调制器2选择处于静默状态，即不发出第一符号/第一波形，此时对应符号“0”。

优选地，三阶调制有三个第一符号/第一波形，共有八种离散状态。如图9所示，八种离散状态的第二符号/第二波形包括：“000”、“001”、“010”、“011”、“100”、“101”、“110”、“111”。

优选地，如图8所示，第一个调制器2在其第一个时隙T结束之后并没有立即进入其第二阶段，而是等到第三个调制器2的第一阶段结束之后开始进入其第二阶段。第二调制器2同样是在其对应的第二个时隙T结束之后等待第三个调制器2的第一阶段，并在第三个调制器2的第一阶段结束之后开始进入其第二阶段。采用这种方式，第二符号/第二波形的第一时间为两个时隙T加上第二响应时间。第二符号/第二波形的持续时间为第二时间与第二响应时间之和。第二时间为三个时隙的和，或者时隙T与第二符号/第二波形内时隙数量的乘积。即第二符号/第二波形的持续时间或者符号长度为LT+t_slow。在图8中，第二时间为3T，第二符号/第二波形的持续为3T+t_slow＝(3×1+4)ms。因此总体的数据传输速率为：

优选地，在将时隙设置为与液晶调制器的第一响应时间t_fast相等的情况下，总体的数据传输速率为：

优选地，在响应发射第一符号/第一波形的调制器2数量大于第一比值的情况下，即L大于第一比值的情况下，数据传输速率达到极限第二比值。第一比值为第二响应时间除以第一响应时间。即第一比值为

第二比值为第一响应时间的倒数。即第二比值为

优选地，在L较小的情况下，第二符号/第二波形的持续时间保持不变。当

时，达到最大的数据传输速率

通过以上设置可以得到，本发明与OOK和PAM不同，当L足够大以使得数据传输速率收敛到

时，较慢的第二响应时间不再是瓶颈。但是在实际实施中，鉴于调制器2，即液晶调制器的面积有限，通常选择较小L值(例如L小于第一比值)来平衡数据传输速率和每比特(1/L)的信号强度。

优选地，尽管交错不通过时隙下不同调制器2在第一响应时间内发射的第一符号/第一波形来实现高阶调制，但其效率仍然有提升的空间。由于第二响应时间的开销，即图8和图9中的第一个调制器2在其第一阶段结束(液晶调制器充电阶段结束)之后等待第二个调制器2和第三个调制器3的情况。在信噪比较好的情况下，如果调制器2在其第一响应时间结束后立即开始进入第二响应时间，从而可能出现一个第二符号/第二波形中的第一个调制器2在最后一个调制器2发射完第一符号/第一波形之后同时结束其第二响应时间，那么会进一步提高调制器2的调制速率。优选地，如图10所示，包括三个调制器2。在图10中左侧调制器2阵列对应的由此图为其对应的波形图。读写装置3右侧为其接收到的波形图。波形图下侧的“111”、“110”等为对应的第二符号。优选地，在图10中，时隙T＝2ms。时隙的数量L＝3。在图10中，第一调制器2在其对应的第一个时隙结束之后立即开始进入第二阶段(放电阶段)，不再等待其他调制器2。第二符号/第二波形的持续时间为第二时间与第三时间之间的最大值。第三时间为第一响应时间与第二响应时间之和。即第三时间为t_fast+t_slow。第二符号/第二波形的持续时间为max(l×T,t_fast+t_slow)。优选地，在T等于第一响应时间的情况下，第二符号/第二波形的持续时间为max(L×t_fast,t_fast+t_slow)。优选地，如图10所示，第二符号/第二波形的持续时间为3T＝6ms。相对于图8和图9所示的第二符号/第二波形的7ms，图10所示的第二符号/第二波形在更短的持续时间内携带了相同的3Bit信息量，节省了第二响应时间带来的开销。优选地，图11为对应图10的3阶调制的八个离散状态的第二符号和第二波形。

优选地，以图10中的第二符号/第二波形为例，单个调制器2(液晶调制器)的脉冲响应定义为p(t)。第二符号的符号长度为W＝LT。当时间t小于0或者时间t大于等于W时，p(t)的值为0。给定噪声信号为n(t)。发射比特序列为I_k。那么读写装置3接收的波形为：r(t)＝n(t)+∑_kI_kp(t-kT)。

优选地，k表示发射的序列数。k＝1,2,3,……。优选地，通过以上公式可以看出图10的第二符号/第二波形最多引入L位符号间串扰(ISI)。当时隙T等于第一响应时间的情况下，调制装置的最高数据传输速率为第二比值

优选地，本实施例调制装置采用的调制方式与PAM具有显著的不同。尽管在使用多个调制器2创建由叠加构成的符号方面类似，但是本发明重视第一响应时间和第二响应时间，即充电/放电的时间差异。而PAM则仅是简单叠加调制器2的数量。因此，本发明的调制装置的主要限制是第一响应时间和第二响应时间的比值。而PAM的主要限制是调制器2的数量。因此，如果

较大，并且调制器2可用的数量是有限的，那么本发明可以实现比PAM更好的性能。例如本发明的L阶调制和(L+1)阶PAM都需要6dB×log ₂L的信噪比。L阶第二符号/第二波形的持续时间为max(L×t_fast,t_fast+t_slow)。每个符号中携带有L位比特信息。(L+1)阶PAM的符号持续时间为t_fast+t_slow，每个符号能够传递log₂(L+1)位比特信息。发明的总体数据传输速率为：

传统的PAM的数据传输速率为：

优选地，对于调制器2，当外加电压为6V时，t_slow＝4ms，t_fast为1ms。当外加电压为9V时，t_fast为0.5ms。图12分别显示PAM和DSM的可实现的数据传输速率。图12中，①是本发明的调制装置在9V的驱动电压下数据传输速率-M曲线。②是本发明的调制装置在5V的驱动电压下数据传输速率-L曲线。③是PAM在9V的驱动电压下数据传输速率-L曲线。④是PAM在5V的驱动电压下数据传输速率-L曲线。从图12中可以得到，在L值比较小的情况下，本发明的调制装置的数据传输速率随着L值的增加而线性增加的。当L远大于

时，本发明的调制装置的数据传输速率达到最大值，并不再增加。在L为1到64时，本发明的调制装置总是比PAM调制的数据传输速率大。优选地，本发明的调制装置可以和PAM调制组合使用。

此外，需要指出的是本发明与部分响应信号技术(Partial Response Signalingscheme,PRS)类似，其原理是以跨越L个符号的ISI为代价，通过L个调制器提高带宽利用率。具体而言，PRS通过保持ISI处于确定和受控的工作状态，从而将其转换为用于信道建模和估计的非ISI通道。然而，传统的PRS系统主要是通过线性的发射机(光标签Tag)以对系统的频谱进行整形。然而液晶调制器(LCM)的非对称的第一响应时间和第二响应时间，导致液晶调制器不是线性的发射机，因此PRS系统无法使用液晶调制器。

优选地，本发明的调制装置所采用的调制方式也与振幅调制(AM)不同。主要不同之处为本发明的调制装置采用的是一种数字调制方案，根据多个液晶调制器产生的脉冲响应构造有限振幅的第二符号/第二波形，而振幅调制是一种模拟调制方案。

优选地，另一方面，在通常的ISI信道解决方案中，本发明的调制装置对发射机，即光标签(Tag)要求的修改最少，不需要对光标签做大幅度的修改就能使用。但是本发明的调制装置要求ISI模式为已知的常数。这是因为液晶调制器所表现出的非线性使其很难快速将其操纵到任意不透明度并同时保持可预测的瞬态响应，而操纵到任意不透明度以及保持可预测的瞬态响应都是结构化的基于预均衡的ISI解决方案，例如OFDM。然而，OFDM接收机容易估计出每个子载波信道状态信息(CSI)中未知和偏离的ISI也是以OFDM结构和发射机的复杂度为代价的。相对于OFDM，本发明使用的液晶调制器2不需要对结构和发射机做出负载的修改就能实现本发明的调制装置。这是因为构建第二符号/第二波形的液晶调制器，其ISI是稳定以及可重复的，经过离线训练后可以使用有限的参数就能表征。

实施例9

本实施例公开了一种调制装置，在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

优选地，实施例1至8提供的调制装置不仅可以用于光信号的调制，还可以用于具有非对称响应特性的调制装置来调制信号。信号可以是电信号。信号可以是其他形式的信号转换的电信号。

一种调制装置，至少包括控制器1和调制器2。控制器1配置为以调制器2改变信号状态的趋势构建表示信息的第一符号/第一波形。

优选地，控制器1配置在调制器2其改变信号状态的响应时间中最快的第一响应时间内发射/不发射第一符号/第一波形。

优选地，控制器配置为叠加和/或交错不同的调制器2其在改变光信号状态的响应时间中最快的第一响应时间内发射的第一符号/第一波形构建第二符号/第二波形。

优选地，控制器1配置为叠加和/或交错不同的调制器2其改变光信号状态最快的第一响应时间对应的第一阶段。控制器1配置为通过开启/关闭第一阶段产生的符号/波形构建第二符号/第二波形。优选地，控制器1配置为选择性开启/关闭至少一个调制器2以改变第二符号/第二波形中第一符号/第一波形的数量。优选地，控制器1配置为能够选择参与调制的调制器2。控制器1能够选择参与调制的调制器2的数量。

优选地，控制器1配置为在不同的时间间隔开启/关闭不同的调制器2其改变光信号状态最快的第一响应时间对应的第一阶段构建第二符号/第二波形。

优选地，控制器1配置为基于开启的调制器2的数量为开启的调制器2分配若干时隙。优选地，将不同时隙内调制器2发射的第一符号/第一波形组合，从而生成第二符号/第二波形。

优选地，控制器1配置基于参加调制的至少一个调制器2分配对应的至少一个时隙。在时隙内开启/关闭对应的调制器2的第一阶段。优选地，控制器1配置为在时隙内控制对应的调制器2在其第一响应时间内发射/不发射第一符号/第一波形。时隙至少大于等于第一响应时间。时隙的数量正比于第二符号/第二波形所携带的信息比特量。

优选地，控制器1配置为基于调制器2的其在改变光信号状态的响应时间中最慢的第二响应时间包装第二符号/第二波形。在控制器1配置为基于调制器2的其在改变光信号状态的响应时间中最慢的第二响应时间包装第二符号/第二波形的情况下，第二符号/第二波形的持续时间为第二响应时间与第二时间之和。第二时间为第一响应时间与响应发射第一符号/第一波形的调制器2的数量L的乘积。

优选地，控制器1配置为以大于等于调制器2其改变光信号状态最慢的第二响应时间的第一时间作为第二符号/第二波形内第一个时隙结束后的持续时间。优选地，在控制器1配置为控制第二符号/第二波形内的第一个时隙对应的调制器2执行动作结束之后未立即进入其第二响应时间对应的第二阶段的情况下，第二符号/第二波形的持续时间为第二响应时间与第二时间之和。第二时间为时隙与其数量的乘积。

优选地，在控制器1配置为控制第二符号/第二波形内的第一个时隙对应的调制器2执行动作结束之后立即进入其第二响应时间对应的第二阶段的情况下，第二符号/第二波形的持续时间为第二时间与第三时间之间的最大值。第三时间为第一响应时间与第二响应时间之和。

优选地，在时隙的数量/参与调制的调制器2的数量大于第一比值的情况下，调制装置的数据传输速率达到极限第二比值。第一比值为第二响应时间除以第一响应时间。第二比值为第一响应时间的倒数。

优选地，控制器1配置为基于调制器2的第一响应时间和/或第二响应时间决定第二符号/第二波形的持续时间。

优选地，多个调制器2同时在第一响应时间发射第一符号/第一波形虽然会导致携带的信息量较少，使得数据传输速率的增益不高。但是每个第一符号/第一波形的信噪比较高。因此可以考虑在不同的信噪比下平衡数据传输速率与误码率。优选地，控制器1配置为驱动至少两个调制器2在同一时隙内通过第一响应时间发送第一符号/第一波形。通过该设置方式，叠加不同调制器2内第一符号/第一波形，从而在信噪比较低的情况下使得第一符号/第一波形构建的第二符号/第二波形更加清楚，降低误码率。

优选地，尽管交错不通过时隙下不同调制器2在第一响应时间内发射的第一符号/第一波形来实现高阶调制，但其效率仍然有提升的空间。在信噪比较好的情况下，如果调制器2在其第一响应时间结束后立即开始进入第二响应时间，从而可能出现一个第二符号/第二波形中的第一个调制器2在最后一个调制器2发射完第一符号/第一波形之后同时结束其第二响应时间，那么会进一步提高调制器2的调制速率。

优选地，在第二符号/第二波形中第一个响应的调制器2发射第一符号/第一波形之后立即开始第二响应时间对应的状态转换的情况下，第二符号/第二波形的持续时间为第二时间与第三时间之间的最大值。第三时间为第一响应时间与第二响应时间之和。

本发明说明书包含多项发明构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选的”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种适用于非对称可见光通信的调制装置，其特征在于，至少包括控制器(1)和至少一个调制器(2)，所述控制器(1)配置为以所述调制器(2)其改变光信号状态的趋势构建表示信息的第一符号/第一波形，所述控制器(1)配置为基于参加调制的至少一个调制器(2)分配对应的至少一个时隙；

其中，

在所述时隙内开启/关闭对应的调制器(2)的第一阶段，并通过开启/关闭所述第一阶段构建第二符号/第二波形；

或者是在所述时隙内控制对应的调制器(2)在其第一响应时间内发射/不发射第一符号/第一波形；其中，

所述时隙至少大于等于所述第一响应时间；

所述时隙的数量正比于所述第二符号/第二波形所携带的信息比特量；

在调制器(2)通过其转换状态改变光信号的状态时，读写装置(3)一侧接收的光信号转换的光电流会有一个上升、下降或者复合的变化；复合的变化包括上升之后立即下降，或者是下降之后立即上升；读写装置(3)对应的上升或下降的变化趋势对应调制器(2)其自身改变光信号的转换状态；

总体数据传输速率为：

在不同的时隙或者时间间隔内能够利用时隙的数量或者参与调制的调制器(2)的数量来近似线性地增加信道容量增益，以提高第二符号/第二波形所携带的信息量，其中，L表示时隙的数量或者参与调制的调制器(2)的数量，t_fast表示第一响应时间，t_slow表示第二响应时间。

2.一种适用于非对称可见光通信的调制装置，其特征在于，至少包括控制器(1)和至少一个调制器(2)，所述控制器(1)配置为叠加和/或交错不同的所述调制器(2)其在改变光信号状态最快的第一响应时间内发射的第一符号/第一波形构建第二符号/第二波形，所述控制器(1)配置为基于参加调制的至少一个调制器(2)分配对应的至少一个时隙；

其中，

在所述时隙内开启/关闭对应的调制器(2)的第一阶段；

或者是在所述时隙内控制对应的调制器(2)在其第一响应时间内发射/不发射第一符号/第一波形；其中，

所述时隙至少大于等于所述第一响应时间；

所述时隙的数量正比于所述第二符号/第二波形所携带的信息比特量；

通过所述控制器(1)的配置实现光信号的高阶调制，使得每个第二符号/每个波形携带更加多的信息量；在叠加和/或交错的过程中利用相对较慢的第二响应时间来传输不同的调制器(2)的第一阶段或者发射第一符号/第一波形；

总体数据传输速率为：

在不同的时隙或者时间间隔内能够利用时隙的数量或者参与调制的调制器(2)的数量来近似线性地增加信道容量增益，以提高第二符号/第二波形所携带的信息量，其中，L表示时隙的数量或者参与调制的调制器(2)的数量，t_fast表示第一响应时间，t_slow表示第二响应时间。

3.一种适用于非对称可见光通信的调制装置，其特征在于，至少包括控制器(1)和至少一个调制器(2)，所述控制器(1)配置为叠加和/或交错不同的调制器(2)其改变光信号状态最快的第一响应时间对应的第一阶段，并通过开启/关闭所述第一阶段构建第二符号/第二波形，所述控制器(1)配置为基于参加调制的至少一个调制器(2)分配对应的至少一个时隙；

其中，

在所述时隙内开启/关闭对应的调制器(2)的第一阶段；

或者是在所述时隙内控制对应的调制器(2)在其第一响应时间内发射/不发射第一符号/第一波形；其中，

所述时隙至少大于等于所述第一响应时间；

所述时隙的数量正比于所述第二符号/第二波形所携带的信息比特量；

所述控制器(1)利用叠加多个调制器(2)的第一符号/第一波形，或者是交错不同调制器(2)的第一响应时间/第一阶段来调制，以利用参与调制的调制器(2)的数量来提供近似线性的容量增益；

总体数据传输速率为：

在不同的时隙或者时间间隔内能够利用时隙的数量或者参与调制的调制器(2)的数量来近似线性地增加信道容量增益，以提高第二符号/第二波形所携带的信息量，其中，L表示时隙的数量或者参与调制的调制器(2)的数量，t_fast表示第一响应时间，t_slow表示第二响应时间。

4.一种适用于非对称可见光通信的调制装置，其特征在于，至少包括控制器(1)和至少一个调制器(2)，所述控制器(1)配置为在不同的时间间隔开启/关闭不同的调制器(2)其改变光信号状态最快的第一响应时间对应的第一阶段构建第二符号/第二波形，所述控制器(1)配置为基于参加调制的至少一个调制器(2)分配对应的至少一个时隙；

其中，

在所述时隙内开启/关闭对应的调制器(2)的第一阶段；

或者是在所述时隙内控制对应的调制器(2)在其第一响应时间内发射/不发射第一符号/第一波形；其中，

所述时隙至少大于等于所述第一响应时间；

所述时隙的数量正比于所述第二符号/第二波形所携带的信息比特量；

所述控制器(1)能够采用非同时的方式发射/不发射第一符号/第一波形或者开启/关闭第一阶段，以进一步提高多个调制器(2)在不同时间间隔内开启/关闭第一阶段或者发射/不发射第一符号/第一波形带来的增益；

所述控制器(1)的设置能够保证在同一时间间隔或时隙内，只有一个调制器(2)发射第一符号/第一波形或者开启或关闭第一阶段，进而提高携带的信息量，并且也能够部分减少符号间的干扰；

总体数据传输速率为：

在不同的时隙或者时间间隔内能够利用时隙的数量或者参与调制的调制器(2)的数量来近似线性地增加信道容量增益，以提高第二符号/第二波形所携带的信息量，其中，L表示时隙的数量或者参与调制的调制器(2)的数量，t_fast表示第一响应时间，t_slow表示第二响应时间。

5.根据权利要求1至4任一所述的调制装置，其特征在于，所述控制器(1)配置为以大于等于所述调制器(2)其改变光信号状态最慢的第二响应时间的第一时间作为所述第二符号/第二波形内第一个时隙结束后的持续时间。

6.根据权利要求5所述的调制装置，其特征在于，在所述控制器(1)配置为控制所述第二符号/第二波形内的第一个时隙对应的调制器(2)执行动作结束之后未立即进入其第二响应时间对应的第二阶段的情况下，

所述第二符号/第二波形的持续时间为第二响应时间与第二时间之和，其中，

所述第二时间为所述时隙与其数量的乘积。

7.根据权利要求5所述的调制装置，其特征在于，在所述控制器(1)配置为控制所述第二符号/第二波形内的第一个时隙对应的调制器(2)执行动作结束之后立即进入其第二响应时间对应的第二阶段的情况下，

所述第二符号/第二波形的持续时间为第二时间与第三时间之间的最大值，其中，

所述第三时间为第一响应时间与第二响应时间之和。

8.根据权利要求6所述的调制装置，其特征在于，在所述时隙的数量/参与调制的调制器(2)的数量大于第一比值的情况下，所述调制装置的数据传输速率达到极限第二比值，其中，

所述第一比值为第二响应时间除以第一响应时间，所述第二比值为所述第一响应时间的倒数。

9.一种适用于非对称可见光通信的调制方法，其特征在于，所述方法采用前述任意权利要求之一所述的调制装置，所述方法至少包括：在不同的时间间隔内激发/不激发调制器(2)其改变光信号状态最快的第一响应时间对应的第一阶段；或者

叠加和/或交错不同的调制器(2)其在改变光信号状态最快的第一响应时间内发射的第一符号/第一波形以构建第二符号/第二波形率。

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