CN113595634B - 一种面向6g的可见光通信系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种面向6G的可见光通信系统和方法。该可见光通信系统包括光互连装置、多个可见光发射装置以及多个可见光接收装置，该光互连装置包括光路由器、多个分波器以及多个合波器；该光路由器分别与该分波器和该合波器相连接，多个该分波器与多个该可见光发射装置一一连接，多个该合波器与多个该可见光接收装置一一连接。这样，通过光互连装置高效控制并行光信号的路由与分发，并通过光互连装置、可见光发射装置和可见光接收装置，实现了可见光通信的波分复用，从而实现多对多的可见光通信，提高了可见光通信系统的数据传输效率，从而可以满足面向6G的复杂场景下的通信需求。

Description

一种面向6G的可见光通信系统和方法

技术领域

本公开涉及通信领域，具体地，涉及一种面向6G的可见光通信系统和方法。

背景技术

随着5G网络的商用部署，各国机构逐步开始了6G网络的研究，其目标速度将相比于5G网络提升1000倍，同时覆盖范围将扩展至偏远地区、水面、水中、水下、空中乃至卫星中，成为一个空天地一体化的网络。可见光通信技术(Visible Light Communication，VLC)是利用波长范围在390-760nm的可见光波段作为信息载体进行通信的技术，其带宽约400THz满足频谱资源扩展要求，在卫星通信、水下通信、室内通信等多种场景具有巨大潜力，因此成为6G网络不可或缺的发展方向之一。

在相关技术中，可见光通信系统虽然存在较充分的频谱资源，但是数据传输效率较低，难以满足复杂场景下的通信需求。

发明内容

本公开的目的是提供一种面向6G的可见光通信系统和方法，以解决相关技术中存在的上述问题。

为了实现上述目的，本公开的第一方面提供了一种面向6G的可见光通信系统，所述系统包括光互连装置、多个可见光发射装置以及多个可见光接收装置，所述光互连装置包括光路由器、多个分波器以及多个合波器；所述光路由器分别与所述分波器和所述合波器相连接，多个所述分波器与多个所述可见光发射装置一一连接，多个所述合波器与多个所述可见光接收装置一一连接，其中：

所述可见光发射装置，用于对多路目标数据进行编码，得到每路目标数据对应的目标光信号，将多路所述目标光信号进行耦合得到第一可见光信号，将所述第一可见光信号发送至与该可见光发射装置连接的分波器；其中，不同的目标光信号对应的波长不同；

所述分波器，用于将接收到的所述第一可见光信号按照波长分为多路所述目标光信号，将多路所述目标光信号发送至光路由器；

所述光路由器，用于从多个所述分波器接收所述目标光信号，并获取接收到的每路目标光信号的波长和目标接收装置标识，根据所述波长和目标接收装置标识，确定每路目标光信号对应的目标可见光接收装置，根据所述目标可见光接收装置确定目标合波器，将接收到的所述目标光信号发送至所述目标合波器；

所述合波器，用于将从所述光路由器接收到的所述目标光信号进行耦合，得到第二可见光信号，将所述第二可见光信号发送至该合波器连接的可见光接收装置；

所述可见光接收装置，用于接收所述合波器发送的所述第二可见光信号，并对所述第二可见光信号按照波长进行解码，获取所述第二可见光信号对应的目标数据。

可选地，所述光互连装置还包括光缓存器，所述光缓存器与所述光路由器相连接，其中：

所述光路由器，还用于从多路所述目标光信号中确定待发送的第一光信号，并确定多路所述目标光信号中是否存在第二光信号，所述第二光信号的波长和目标接收装置标识与所述第一光信号的波长和目标接收装置标识相同；在确定多路所述目标光信号中存在所述第二光信号的情况下，将所述第一光信号发送至所述目标合波器，并将所述第二光信号发送至所述光缓存器；

所述光缓存器，用于接收并缓存所述光路由器发送的所述第二光信号，在达到预设缓存时间后，将所述第二光信号发送至光路由器。

可选地，所述可见光通信系统还包括多个光学接收天线和多个光学发射天线，所述光学接收天线和所述光学发射天线均包括多层光学镜片；每个所述可见光发射装置与一个光学发送天线相连接；每个所述可见光接收装置与一个光学接收天线相连接；所述光互连装置的每个分波器与一个光学接收天线相连接；所述光互连装置的每个合波器与一个光学发送天线相连接；其中：

所述光学发射天线，用于通过所述多层光学镜片，向目标光学接收天线发送可见光信号；

所述光学接收天线，用于通过所述多层光学镜片，接收所述光学发射天线发送的可见光信号。

可选地，所述多层光学镜片由二氧化硅材料组成，所述二氧化硅材料的多个第一填充位置设置有气孔，所述二氧化硅材料的多个第二填充位置填充有石墨烯，其中：

所述多层光学镜片通过所述气孔和所述石墨烯，接收或发射可见光信号。

可选地，所述多层光学镜片的层数、所述多个第一填充位置和所述多个第二填充位置，通过以下方式获取：

建立所述可见光通信系统的三维仿真环境，所述三维仿真环境包括所述可见光发射装置、所述可见光接收装置、所述分波器、所述合波器、所述光学接收天线和所述光学发射天线的三维坐标和三维形状；

确定所述仿真环境的预设环境参数，所述预设环境参数包括信道介质、噪声干扰、二氧化硅材料折射率、二氧化硅材料厚度、石墨烯材料折射率和石墨烯材料厚度；

根据所述仿真环境和所述预设环境参数，通过预设镜片参数确定模型，得到所述多层光学镜片的层数、所述多个第一填充位置和所述多个第二填充位置。

可选地，所述可见光通信系统还包括本地信源和本地信宿，所述光互连装置还包括光电转换器和电光转换器，所述电光转换器与所述本地信源和所述光路由器相连接，所述光电转换器与本地信宿和所述光路由器相连接，其中：

所述电光转换器，用于接收所述本地信源发送的第一电信号，将所述第一电信号转换为第三可见光信号，将所述第三可见光信号发送至所述光路由器；

所述光电转换器，用于接收所述光路由器发送的第四可见光信号，将所述第四可见光信号转换为第二电信号，并将所述第二电信号发送至所述本地信宿。

可选地，所述可见光发射装置包括信源编码电路、OFDM调制电路、发射器驱动电路和可见光光源，其中：

所述信源编码电路，用于对多路目标数据进行编码，得到每路目标数据对应的编码信号；

所述OFDM调制电路，用于对每路所述编码信号进行OFDM调制，得到调制信号；

所述发射器驱动电路，用于驱动所述可见光光源，生成与多路所述调制信号一一对应的多路所述目标光信号。

第二方面，本公开提供了一种面向6G的可见光通信方法，所述方法应用于可见光通信系统，所述可见光通信系统包括光互连装置、多个可见光发射装置以及多个可见光接收装置，所述光互连装置包括光路由器、多个分波器以及多个合波器；所述光路由器分别与所述分波器和所述合波器相连接，多个所述分波器与多个所述可见光发射装置一一连接，多个所述合波器与多个所述可见光接收装置一一连接，所述方法包括：

所述可见光发射装置对多路目标数据进行编码，得到每路目标数据对应的目标光信号，将多路所述目标光信号进行耦合得到第一可见光信号，将所述第一可见光信号发送至与该可见光发射装置连接的分波器；其中，不同的目标光信号对应的波长不同；

所述分波器将接收到的所述第一可见光信号按照波长分为多路所述目标光信号，将多路所述目标光信号发送至光路由器；

所述光路由器从多个所述分波器接收所述目标光信号，并获取接收到的每路目标光信号的波长和目标接收装置标识，根据所述波长和目标接收装置标识，确定每路目标光信号对应的目标可见光接收装置，根据所述目标可见光接收装置确定目标合波器，将接收到的所述目标光信号发送至所述目标合波器；

所述合波器将接收到的所述目标光信号进行耦合得到第二可见光信号，将所述第二可见光信号发送至该合波器连接的可见光接收装置；

所述可见光接收装置接收所述合波器发送的所述第二可见光信号，并对所述第二可见光信号按照波长进行解码，获取所述第二可见光信号对应的目标数据。

可选地，所述光互连装置还包括光缓存器，所述光缓存器与所述光路由器相连接，所述方法还包括：

所述光路由器确定在多路所述目标光信号中，是否存在波长和目标接收装置标识均相等的多路光信号，若存在波长和目标接收装置标识均相等的多路光信号，则将所述多路光信号中的第一光信号发送至所述目标合波器，将该多路光信号中除所述第一光信号外的其他光信号作为缓存光信号，将所述缓存光信号发送至所述光缓存器；

所述光缓存器接收并存储所述光路由器发送的所述缓存光信号，并周期性将所述缓存光信号发送至光路由器。

可选地，所述可见光通信系统还包括多个光学接收天线和多个光学发射天线，所述光学接收天线和所述光学发射天线均包括多层光学镜片；每个所述可见光发射装置与一个光学发送天线相连接；每个所述可见光接收装置与一个光学接收天线相连接；所述光互连装置的每个分波器与一个光学接收天线相连接；所述光互连装置的每个合波器与一个光学发送天线相连接；所述方法包括：

所述光学发射天线通过所述多层光学镜片，向目标光学接收天线发送可见光信号；

所述光学接收天线通过所述多层光学镜片，接收所述光学发射天线发送的可见光信号。

采用上述技术方案，该可见光通信系统包括光互连装置、多个可见光发射装置以及多个可见光接收装置，该光互连装置包括光路由器、多个分波器以及多个合波器；该光路由器分别与该分波器和该合波器相连接，多个该分波器与多个该可见光发射装置一一连接，多个该合波器与多个该可见光接收装置一一连接。这样，通过光互连装置高效控制并行光信号的路由与分发，并通过光互连装置、可见光发射装置和可见光接收装置，实现了可见光通信的波分复用，从而实现多对多的可见光通信，提高了可见光通信系统的数据传输效率，从而可以满足面向6G的复杂场景下的通信需求。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开实施例提供的一种面向6G的可见光通信系统的结构示意图。

图2是本公开实施例提供的另一种面向6G的可见光通信系统的结构示意图。

图3是本公开实施例提供的一种可见光发射装置的结构示意图。

图4是本公开实施例提供的一种面向6G的可见光通信方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

需要说明的是，在本公开中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序；术语“S101”、“S102”、“S201”、“S202”等用于区别步骤，而不必理解为按照特定的顺序或先后次序执行方法步骤；下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。

首先，对本公开的应用场景进行说明。本公开可以应用于可见光通信场景。在相关技术中，可见光通信系统可以由发射和接收两部分构成，是点对点通信，并且依赖传统的复用技术提升信道容量，例如，将数据调制到多个子载波的频分复用技术，从而可以利用频谱资源的优势进行通信。但是该方式在单位频谱资源上的数据传输效率较低，难以满足复杂场景下的通信需求，例如多个发射端和多个接收端同时传输数据的场景。

为了解决上述问题，本公开提供了一种面向6G的可见光通信系统和方法，该可见光通信系统包括光互连装置、多个可见光发射装置以及多个可见光接收装置，该光互连装置包括光路由器、多个分波器以及多个合波器；该光路由器分别与该分波器和该合波器相连接，多个该分波器与多个该可见光发射装置一一连接，多个该合波器与多个该可见光接收装置一一连接。这样，通过光互连装置高效控制并行光信号的路由与分发，并通过光互连装置、可见光发射装置和可见光接收装置，实现了可见光通信的波分复用，从而实现多对多的可见光通信，提高了可见光通信系统的数据传输效率，从而可以满足面向6G的复杂场景下的通信需求。

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。

图1是本公开实施例提供的一种面向6G的可见光通信系统的结构示意图，如图1所示，该可见光通信系统可以包括光互连装置101、多个可见光发射装置102(例如可见光发射装置1、可见光发射装置2、…、可见光发射装置n)以及多个可见光接收装置103(例如可见光接收装置1、可见光接收装置2、…、可见光接收装置n)，该光互连装置101可以包括光路由器1011、多个分波器1012(例如分波器1、分波器2、…、分波器n)以及多个合波器1013(例如合波器1、合波器2、…、合波器n)；该光路由器1011分别与该分波器1012和该合波器1013相连接，多个该分波器1012与多个该可见光发射装置101一一连接，多个该合波器1013与多个该可见光接收装置103一一连接，其中：

该可见光发射装置102，用于对多路目标数据进行编码，得到每路目标数据对应的目标光信号，将多路该目标光信号进行耦合得到第一可见光信号，将该第一可见光信号发送至与该可见光发射装置连接的分波器；其中，不同的目标光信号对应的波长不同。

其中，该多路目标数据可以对应不同的目标接收装置，可以将该多路目标数据和目标接收装置标识编码到不同波长的目标光信号，以便光路由器可以根据目标接收装置标识进行路由转发。

该可见光发生装置可以将不同波长的目标光信号耦合后得到第一可见光信号，并通过光学信道将该第一可见光发送至分波器。这样，可以实现不同波长的光信号同时发送，可以调高数据传输效率。

该分波器1012，用于将接收到的该第一可见光信号按照波长分为多路该目标光信号，将多路该目标光信号发送至光路由器。

该光路由器1011，用于从多个该分波器接收该目标光信号，并获取接收到的每路目标光信号的波长和目标接收装置标识，根据该波长和目标接收装置标识，确定每路目标光信号对应的目标可见光接收装置，根据该目标可见光接收装置确定目标合波器，将接收到的该目标光信号发送至该目标合波器。

该合波器1013，用于将从该光路由器接收到的该目标光信号进行耦合，得到第二可见光信号，将该第二可见光信号发送至该合波器连接的可见光接收装置。

该可见光接收装置103，用于接收该合波器发送的该第二可见光信号，并对该第二可见光信号按照波长进行解码，获取该第二可见光信号对应的目标数据。

采用上述可见光通信系统，该系统包括光互连装置、多个可见光发射装置以及多个可见光接收装置，该光互连装置包括光路由器、多个分波器以及多个合波器；该光路由器分别与该分波器和该合波器相连接，多个该分波器与多个该可见光发射装置一一连接，多个该合波器与多个该可见光接收装置一一连接。这样，通过光互连装置高效控制并行光信号的路由与分发，并通过光互连装置、可见光发射装置和可见光接收装置，实现了可见光通信的波分复用，从而实现多对多的可见光通信，提高了可见光通信系统的数据传输效率，从而可以满足面向6G的复杂场景下的通信需求。

图2是本公开提供的另一种面向6G的可见光通信系统的结构示意图，如图2所示，该光互连装置还可以包括光缓存器1014，该光缓存器与该光路由器1011相连接，其中：

该光路由器，还用于从多路该目标光信号中确定待发送的第一光信号，并确定多路该目标光信号中是否存在第二光信号，该第二光信号的波长和目标接收装置标识与该第一光信号的波长和目标接收装置标识相同；在确定多路该目标光信号中存在该第二光信号的情况下，将该第一光信号发送至该目标合波器，并将该第二光信号发送至该光缓存器。

该光缓存器，用于接收并缓存该光路由器发送的上述第二光信号，在达到预设缓存时间后，将该第二光信号发送至光路由器。

其中，该缓存时间可以是预先设置的固定时间，也可以是根据第二光信号的数量进行设置的。示例地，在第二光信号为多个的情况下，可以针对每个第二光信号设置不同的缓存时间。具体地，可以将多个第二光信号进行排序后设置其编号为1至x，x为所述第二光信号的数量，每个第二光信号的缓存时间可以为其编号与预设值的乘积，示例地，该预设值可以是0.1ms至10ms之间的任意数值。这样，在存在多个第二光信号的情况下，通过该光缓存器可以逐渐将多个第二光信号进行发送，避免了拥塞导致数据丢失的问题。

该光缓存器可以包括多级光纤环形反射镜，采用多段结构，各段中有多级反射镜，各级反射镜之间的光纤用于实现延时。

可选地，该光缓存器也可以包括多个光纤环和多个光开关，示例地，可以包含多个2X2光开关和多个光纤环路，存储时间是光信号在环内延迟时间的整数倍。该光纤环可以带有功率补偿功能，以避免光信号衰减，通过该光纤环路可以实现光信号的缓存时间(也就是延迟时间)是光纤环时延的整数倍。通过多个光纤环和多个光开关可以实现多波长并行缓存功能。

这样，在数据并发场景下，通过光缓冲器对光信号进行缓存和转发，能够在时域上解决数据包冲突问题，提高了该可见光通信系统的可靠性，并提升了数据传输效率。

在本公开的另一实施例中，该光路由器可以预先设置并行通信波长数目M，该并行通信波长数目M用于表征该光路由器可以同时向同一个合波器发送的波长数目。例如，该并行通信波长数目可以设置为3，表示一个合波器可以同时并行使用红光、绿光、蓝光总共三路波长的光信号进行通信。

该光路由器可以首先将从多个分波器接收的多路目标光信号，按照接收装置标识进行分组，假设分组后的目标接收装置标识对应有A路目标光信号，该目标接收装置标识对应的合波器为目标合波器，则可以按照A和M的不同取值进行如下处理：

若A小于或等于上述并行通信波长数目M，且A路目标光信号的波长均不相同，则直接将该A路目标信号发送至该目标合波器；

若A小于或等于上述并行通信波长数目M，且A路目标光信号中存在波长相同的目标光信号，则将A路目标光信号的波长进行调整，使得A路目标光信号的波长均不相同，然后将调整后的A路目标信号发送至该目标合波器；

若A大于上述并行通信波长数目M，则选择M路波长均不相同的目标光信号发送至该目标合波器，并将A路目标光信号中除已发送的M路外的其他目标光信号，发送至光缓存器。

这样，可以进一步提升波分复用的效率，提高该可见光通信系统的数据传输效率。

可选地，该光互连装置可以为基于氮化镓GaN集成的光互连芯片及外围电路，该光互连芯片可以集成上述光路由器、光缓存器、多个分波器和多个合波器。该光路由器可以为支持多播的无阻塞N×M光路由器，其中，N和M为正整数。N和M可以根据光路由器的规格确定，N和M可以相等，也可以不相等。示例地，N和M均可以为16、64、128或256。该光路由器可以用于对目标光信号进行信号放大，并实现多个目标光信号的并行接收和发送，可以实现光信号的双工通信，从而提高了该可见光通信系统的数据传输效率。

在本公开的另一实施例中，该可见光通信系统还可以包括多个光学接收天线和多个光学发射天线，每个该可见光发射装置与一个光学发送天线相连接；每个该可见光接收装置与一个光学接收天线相连接；该光互连装置的每个分波器与一个光学接收天线相连接；该光互连装置的每个合波器与一个光学发送天线相连接；其中：

该光学发射天线，用于通过该多层光学镜片，向目标光学接收天线发送可见光信号。

该光学接收天线，用于通过该多层光学镜片，接收该光学发射天线发送的可见光信号。

示例地，图2中的可见光接收装置1需要将目标数据1发送至可见光接收装置1，将目标数据2发生汇总可见光接收装置2；则该可见光接收装置1可以将目标数据1编号后得到目标光信号1，将目标数据2编码后得到目标光信号2，并将目标光信号1和目标光信号2耦合后发送至光学发射天线11，然后光学发射天线11可以将目标光信号1和目标光信号2进行信号增强，并将增强后的目标光信号按照第一预设角度通过光信道进行发射；光学接收天线21可以通过第二预设角度接收该光发射天线11发送的上述目标光信号，并将该目标光信号发送至分波器1，分波器1将目标光信号1和目标光信号2进行分离后发送至光路由器，光路由器根据目标光信号的波长和目标接收装置标识，将目标光信号1发送至合波器1，将目标光信号2发送至合波器2；同样地，若同时有其他可见光发射装置(例如可见光发射装置2)也向可见光接收装置1和可见光接收装置2发送了目标光信号21和目标光信号22，则根据同样的方式，光路由器可以将目标光信号21发送至合波器1，将目标光信号22发射至合波器2。这样，合波器1可以将目标光信号1和目标光信号21进行耦合后，发送至光学发射天线31，然后光学发射天线31可以将目标光信号1和目标光信号21进行信号增强，并将增强后的目标光信号按照第三预设角度通过光信道进行发射；光学接收天线41可以通过第四预设角度接收该光发射天线31发送的上述目标光信号，并将该目标光信号发送至可见光接收装置1；合波器2也可以通过上述方式通过光学发射天线32和光学接收天线42，将目标光信号2和目标光信号22传输至可见光接收装置2。这样，通过该可见光通信系统，可以在多对多并行通信的情况下，实现高效的波分复用，提高数据传输效率。

进一步地，该光学接收天线和该光学发射天线均可以包括多层光学镜片，该多层光学镜片可以由二氧化硅材料组成，该二氧化硅材料的多个第一填充位置设置有气孔，该二氧化硅材料的多个第二填充位置填充有石墨烯，其中：

该多层光学镜片可以通过该气孔和该石墨烯，接收或发射可见光信号。从而实现将可见光信号向不同方向或不同角度的传播。

该多层光学镜片可以是3D打印的多层光学镜片，该多层光学镜片的层数、该多个第一填充位置和该多个第二填充位置，通过以下方式获取：

首先，建立该可见光通信系统的三维仿真环境，该三维仿真环境包括该可见光发射装置、该可见光接收装置、该分波器、该合波器、该光学接收天线和该光学发射天线的三维坐标和三维形状。

其次，确定该仿真环境的预设环境参数，该预设环境参数包括信道介质、噪声干扰、二氧化硅材料折射率、二氧化硅材料厚度、石墨烯材料折射率和石墨烯材料厚度。

最后，根据该仿真环境和该预设环境参数，通过预设镜片参数确定模型，得到该多层光学镜片的层数、该多个第一填充位置和该多个第二填充位置。

示例地，可以通过光学仿真软件设计VPI Photonics建立该三维仿真环境，并确定预设环境参数。上概述预设镜片参数确定模型可以是基于监督学习的机器学习模型，所述监督学习的目标可以为提高可见光信号的信号质量。

这样，通过上述仿真环境和预设环境参数，可以训练得到满足通信需求的镜片参数，以灵活多变的方式应对现有和未来的应用与服务，降低配置成本、同时获得更高的可靠性和灵活性。

需要说明的是，与相关技术中的可见光通信方案比，通过上述预设镜片参数确定模型，进行针对性训练确定镜片参数(包括上述多层光学镜片的层数、多个第一填充位置和多个第二填充位置)，然后根据镜片参数，通过3D打印得到多层光学镜片，可以对光信号的传输路径进行更为精确的控制，同时3D打印的实现方式成本更低，灵活性更强。

进一步地，如图2所示，该可见光通信系统还可以包括本地信源和本地信宿，该光互连装置还可以包括光电转换器和电光转换器，该电光转换器与该本地信源和该光路由器相连接，该光电转换器与本地信宿和该光路由器相连接，其中：

该电光转换器，用于接收该本地信源发送的第一电信号，将该第一电信号转换为第三可见光信号，将该第三可见光信号发送至该光路由器；

该光电转换器，用于接收该光路由器发送的第四可见光信号，将该第四可见光信号转换为第二电信号，并将该第二电信号发送至该本地信宿。

需要说明的是，该本地信源、该本地信宿均可以与该光互连装置通过有线连接，例如通过光纤连接，另外该本地信源和该本地信宿均可以与该光互连装置设置在同一片区域内。

这样，通过该光互连装置所放置的区域不需要额外增加可见光发射装置和可将光接收装置，即可实现可见光通信。

进一步地，上述光互连装置还可以包括多个光波导，例如图2中的光波导1018和光波导1019，若可见光发射装置发送的多路目标光信号对应的目标接收标识均相同，则该可见光发射装置可以将该多路目标光信号通过光波导1018发送至光路由器，光路由器将该多路目标光信号通过光波导1019发送至可见光接收装置。这样，可以无需经过分波器和合波器，可以提高数据传输效率。

图3是本公开实施例提供的一种可见光发射装置102的结构示意图，如图3所示，该可见光发射装置102包括信源编码电路1021、OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)调制电路1022、发射器驱动电路1023和可见光光源1024，其中：

该信源编码电路1021，用于对多路目标数据进行编码，得到每路目标数据对应的编码信号；

该OFDM调制电路1022，用于对每路该编码信号进行OFDM调制，得到调制信号；

该发射器驱动电路1023，用于驱动该可见光光源1024，生成与多路该调制信号一一对应的多路该目标光信号。

进一步地，该可见光光源包括集成了红、绿、蓝三个载波光束的RGB LED光源。这样，该发射器驱动电路，用于根据该调制信号驱动可见光光源，通过红、绿、蓝三个载波光束生成三路目标光信号，每路该目标光信号与一路该调制信号对应。

这样，通过该RGB LED光源实现波分复用，在提高带宽的同时避免过多的器件开销，并结合频分复用、空分复用进一步提升通信速率，从而实现大容量的可见光通信。

进一步地，上述可见光接收装置可以包括光电探测器、OFDM解调电路、信号解码电路。其中，该光电探测器可以对不同波长的目标光信号进行分离，将光信号转化为电信号，然后经过OFDM解调和信号解码，得到目标数据。

示例地，该光电探测器可以对红、绿、蓝三个波长的光信号进行分离，经过光电二极管将光信号转化为电信号。

综上所述，该可见光通信系统包括光互连装置、多个可见光发射装置以及多个可见光接收装置，该光互连装置可以包括光路由器、多个分波器以及多个合波器；该光路由器分别与该分波器和该合波器相连接，多个该分波器与多个该可见光发射装置一一连接，多个该合波器与多个该可见光接收装置一一连接。这样，通过光互连装置高效控制并行光信号的路由与分发，并通过光互连装置、可见光发射装置和可见光接收装置，实现了可见光通信的波分复用，从而实现多对多的可见光通信，提高了可见光通信系统的数据传输效率，从而可以满足面向6G的复杂场景下的通信需求。

图4是本公开实施例提供的一种面向6G的可见光通信方法，该方法应用于可见光通信系统，该可见光通信系统包括光互连装置、多个可见光发射装置以及多个可见光接收装置，该光互连装置包括光路由器、多个分波器以及多个合波器；该光路由器分别与该分波器和该合波器相连接，多个该分波器与多个该可见光发射装置一一连接，多个该合波器与多个该可见光接收装置一一连接，如图4所示，该方法包括：

S401、可见光发射装置对多路目标数据进行编码，得到每路目标数据对应的目标光信号，将多路该目标光信号进行耦合得到第一可见光信号，将该第一可见光信号发送至与该可见光发射装置连接的分波器。

其中，不同的目标光信号对应的波长不同。

S402、该分波器将接收到的该第一可见光信号按照波长分为多路该目标光信号，将多路该目标光信号发送至光路由器。

S403、该光路由器从多个该分波器接收该目标光信号，并获取接收到的每路目标光信号的波长和目标接收装置标识，根据该波长和目标接收装置标识，确定每路目标光信号对应的目标可见光接收装置，根据该目标可见光接收装置确定目标合波器，将接收到的该目标光信号发送至该目标合波器。

S404、该合波器将接收到的该目标光信号进行耦合得到第二可见光信号，将该第二可见光信号发送至该合波器连接的可见光接收装置。

S405、该可见光接收装置接收该合波器发送的该第二可见光信号，并对该第二可见光信号按照波长进行解码，获取该第二可见光信号对应的目标数据。

采用上述方法，通过光互连装置高效控制多路目标光信号的路由与分发，并通过光互连装置、可见光发射装置和可见光接收装置，实现了可见光通信的波分复用，从而实现多对多的可见光通信，提高了可见光通信系统的数据传输效率，从而可以满足面向6G的复杂场景下的通信需求。

在本公开的另一实施例中，该光互连装置还包括光缓存器，该光缓存器与该光路由器相连接，该方法还包括：

首先，该光路由器确定在多路该目标光信号中，是否存在波长和目标接收装置标识均相等的多路光信号，若存在波长和目标接收装置标识均相等的多路光信号，则将该多路光信号中的第一光信号发送至该目标合波器，将该多路光信号中除该第一光信号外的其他光信号作为缓存光信号，将该缓存光信号发送至该光缓存器。

然后，该光缓存器接收并存储该光路由器发送的该缓存光信号，并周期性将该缓存光信号发送至光路由器。

这样，在数据并发场景下，通过光缓冲器对光信号进行缓存和转发，能够在时域上解决数据包冲突问题，提高了该可见光通信系统的可靠性，并提升了数据传输效率。

进一步地，该可见光通信系统还包括多个光学接收天线和多个光学发射天线，该光学接收天线和该光学发射天线均包括多层光学镜片；每个该可见光发射装置与一个光学发送天线相连接；每个该可见光接收装置与一个光学接收天线相连接；该光互连装置的每个分波器与一个光学接收天线相连接；该光互连装置的每个合波器与一个光学发送天线相连接；该方法还包括：

该光学发射天线通过该多层光学镜片，向目标光学接收天线发送可见光信号；以及，

该光学接收天线通过该多层光学镜片，接收该光学发射天线发送的可见光信号。

进一步地，该多层光学镜片由二氧化硅材料组成，该二氧化硅材料的多个第一填充位置设置有气孔，该二氧化硅材料的多个第二填充位置填充有石墨烯，该方法还包括：

该多层光学镜片通过该气孔和该石墨烯，接收或发射可见光信号。

进一步地，该多层光学镜片的层数、该多个第一填充位置和该多个第二填充位置，通过以下方式获取：

建立该可见光通信系统的三维仿真环境，该三维仿真环境包括该可见光发射装置、该可见光接收装置、该分波器、该合波器、该光学接收天线和该光学发射天线的三维坐标和三维形状；

确定该仿真环境的预设环境参数，该预设环境参数包括信道介质、噪声干扰、二氧化硅材料折射率、二氧化硅材料厚度、石墨烯材料折射率和石墨烯材料厚度；

根据该仿真环境和该预设环境参数，通过预设镜片参数确定模型，得到该多层光学镜片的层数、该多个第一填充位置和该多个第二填充位置。

进一步地，该可见光通信系统还包括本地信源和本地信宿，该光互连装置还包括光电转换器和电光转换器，该电光转换器与该本地信源和该光路由器相连接，该光电转换器与本地信宿和该光路由器相连接，该方法还包括：

该电光转换器接收该本地信源发送的第一电信号，将该第一电信号转换为第三可见光信号，将该第三可见光信号发送至该光路由器；以及，

该光电转换器接收该光路由器发送的第四可见光信号，将该第四可见光信号转换为第二电信号，并将该第二电信号发送至该本地信宿。

进一步地，该可见光发射装置包括信源编码电路、OFDM调制电路、发射器驱动电路和可见光光源，上述该可见光发射装置对多路目标数据进行编码，得到每路目标数据对应的目标光信号，将多路该目标光信号进行耦合得到第一可见光信号可以包括以下步骤：

首先，该信源编码电路对多路目标数据进行编码，得到每路目标数据对应的编码信号。

其次，该OFDM调制电路对每路该编码信号进行OFDM调制，得到调制信号。

最后，该发射器驱动电路驱动该可见光光源，生成与多路该调制信号一一对应的多路该目标光信号。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (7)

1.一种面向6G的可见光通信系统，其特征在于，所述系统包括光互连装置、多个可见光发射装置以及多个可见光接收装置，所述光互连装置包括光路由器、多个分波器以及多个合波器；所述光路由器分别与所述分波器和所述合波器相连接，多个所述分波器与多个所述可见光发射装置一一连接，多个所述合波器与多个所述可见光接收装置一一连接，其中：

所述可见光发射装置，用于对多路目标数据进行编码，得到每路目标数据对应的目标光信号，将多路所述目标光信号进行耦合得到第一可见光信号，将所述第一可见光信号发送至与该可见光发射装置连接的分波器；其中，不同的目标光信号对应的波长不同；

所述分波器，用于将接收到的所述第一可见光信号按照波长分为多路所述目标光信号，将多路所述目标光信号发送至光路由器；

所述光路由器，用于从多个所述分波器接收所述目标光信号，并获取接收到的每路目标光信号的波长和目标接收装置标识，根据所述波长和所述目标接收装置标识，确定每路目标光信号对应的目标可见光接收装置，根据所述目标可见光接收装置确定目标合波器，将接收到的所述目标光信号发送至所述目标合波器；

所述合波器，用于将从所述光路由器接收到的所述目标光信号进行耦合，得到第二可见光信号，将所述第二可见光信号发送至该合波器连接的可见光接收装置；

所述可见光接收装置，用于接收所述合波器发送的所述第二可见光信号，并对所述第二可见光信号按照波长进行解码，获取所述第二可见光信号对应的目标数据；

其中，所述可见光通信系统还包括多个光学接收天线和多个光学发射天线，所述光学接收天线和所述光学发射天线均包括多层光学镜片；所述多层光学镜片由二氧化硅材料组成，所述二氧化硅材料的多个第一填充位置设置有气孔，所述二氧化硅材料的多个第二填充位置填充有石墨烯；每个所述可见光发射装置与一个光学发送天线相连接；每个所述可见光接收装置与一个光学接收天线相连接；所述光互连装置的每个分波器与一个光学接收天线相连接；所述光互连装置的每个合波器与一个光学发送天线相连接；其中：

所述光学发射天线，用于通过所述多层光学镜片，向目标光学接收天线发送可见光信号；

所述光学接收天线，用于通过所述多层光学镜片，接收所述光学发射天线发送的可见光信号；

所述多层光学镜片通过所述气孔和所述石墨烯，接收或发射可见光信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光互连装置还包括光缓存器，所述光缓存器与所述光路由器相连接，其中：

所述光路由器，还用于从多路所述目标光信号中确定待发送的第一光信号，并确定多路所述目标光信号中是否存在第二光信号，所述第二光信号的波长和目标接收装置标识与所述第一光信号的波长和目标接收装置标识相同；在确定多路所述目标光信号中存在所述第二光信号的情况下，将所述第一光信号发送至所述目标合波器，并将所述第二光信号发送至所述光缓存器；

所述光缓存器，用于接收并缓存所述光路由器发送的所述第二光信号，在达到预设缓存时间后，将所述第二光信号发送至光路由器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多层光学镜片的层数、所述多个第一填充位置和所述多个第二填充位置，通过以下方式获取：

建立所述可见光通信系统的三维仿真环境，所述三维仿真环境包括所述可见光发射装置、所述可见光接收装置、所述分波器、所述合波器、所述光学接收天线和所述光学发射天线的三维坐标和三维形状；

确定所述仿真环境的预设环境参数，所述预设环境参数包括信道介质、噪声干扰、二氧化硅材料折射率、二氧化硅材料厚度、石墨烯材料折射率和石墨烯材料厚度；

根据所述仿真环境和所述预设环境参数，通过预设镜片参数确定模型，得到所述多层光学镜片的层数、所述多个第一填充位置和所述多个第二填充位置。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可见光通信系统还包括本地信源和本地信宿，所述光互连装置还包括光电转换器和电光转换器，所述电光转换器与所述本地信源和所述光路由器相连接，所述光电转换器与本地信宿和所述光路由器相连接，其中：

所述电光转换器，用于接收所述本地信源发送的第一电信号，将所述第一电信号转换为第三可见光信号，将所述第三可见光信号发送至所述光路由器；

所述光电转换器，用于接收所述光路由器发送的第四可见光信号，将所述第四可见光信号转换为第二电信号，并将所述第二电信号发送至所述本地信宿。

5.根据权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，所述可见光发射装置包括信源编码电路、OFDM调制电路、发射器驱动电路和可见光光源，其中：

所述信源编码电路，用于对多路目标数据进行编码，得到每路目标数据对应的编码信号；

所述OFDM调制电路，用于对每路所述编码信号进行OFDM调制，得到调制信号；

所述发射器驱动电路，用于驱动所述可见光光源，生成与多路所述调制信号一一对应的多路所述目标光信号。

6.一种面向6G的可见光通信方法，其特征在于，所述方法应用于可见光通信系统，所述可见光通信系统包括光互连装置、多个可见光发射装置以及多个可见光接收装置，所述光互连装置包括光路由器、多个分波器以及多个合波器；所述光路由器分别与所述分波器和所述合波器相连接，多个所述分波器与多个所述可见光发射装置一一连接，多个所述合波器与多个所述可见光接收装置一一连接，所述方法包括：

所述可见光发射装置对多路目标数据进行编码，得到每路目标数据对应的目标光信号，将多路所述目标光信号进行耦合得到第一可见光信号，将所述第一可见光信号发送至与该可见光发射装置连接的分波器；其中，不同的目标光信号对应的波长不同；

所述分波器将接收到的所述第一可见光信号按照波长分为多路所述目标光信号，将多路所述目标光信号发送至光路由器；

所述光路由器从多个所述分波器接收所述目标光信号，并获取接收到的每路目标光信号的波长和目标接收装置标识，根据所述波长和目标接收装置标识，确定每路目标光信号对应的目标可见光接收装置，根据所述目标可见光接收装置确定目标合波器，将接收到的所述目标光信号发送至所述目标合波器；

所述合波器将接收到的所述目标光信号进行耦合得到第二可见光信号，将所述第二可见光信号发送至该合波器连接的可见光接收装置；

所述可见光接收装置接收所述合波器发送的所述第二可见光信号，并对所述第二可见光信号按照波长进行解码，获取所述第二可见光信号对应的目标数据；

所述可见光通信系统还包括多个光学接收天线和多个光学发射天线，所述光学接收天线和所述光学发射天线均包括多层光学镜片，所述多层光学镜片由二氧化硅材料组成，所述二氧化硅材料的多个第一填充位置设置有气孔，所述二氧化硅材料的多个第二填充位置填充有石墨烯；每个所述可见光发射装置与一个光学发送天线相连接；每个所述可见光接收装置与一个光学接收天线相连接；所述光互连装置的每个分波器与一个光学接收天线相连接；所述光互连装置的每个合波器与一个光学发送天线相连接；所述方法还包括：

所述光学发射天线通过所述多层光学镜片，向目标光学接收天线发送可见光信号；

所述光学接收天线通过所述多层光学镜片，接收所述光学发射天线发送的可见光信号；

所述多层光学镜片通过所述气孔和所述石墨烯，接收或发射可见光信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述光互连装置还包括光缓存器，所述光缓存器与所述光路由器相连接，所述方法还包括：

所述光路由器确定在多路所述目标光信号中，是否存在波长和目标接收装置标识均相等的多路光信号，若存在波长和目标接收装置标识均相等的多路光信号，则将所述多路光信号中的第一光信号发送至所述目标合波器，将该多路光信号中除所述第一光信号外的其他光信号作为缓存光信号，将所述缓存光信号发送至所述光缓存器；

所述光缓存器接收并存储所述光路由器发送的所述缓存光信号，并周期性将所述缓存光信号发送至光路由器。

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