CN114221705A - 一种利用液晶显示器进行可见光通信的方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种利用液晶显示器进行可见光通信的方法、装置及系统，所述方法应用于发射端，所述方法包括：对待发送的数字信号进行编码及调制，得到处理后的数字信号；通过多个信号源发送多个所述处理后的数字信号；其中，所述多个信号源由直下式背光液晶显示器中的各个背光分区构成；每个所述背光分区内的各LED用于发送相同内容的数字信号，各个背光分区用于发送独立内容的数字信号。由于各个背光分区发送独立内容的数字信号，可以起到空间分集与空间复用的作用，在降低信道误码率的同时增加了信道容量，从而能够实现较高速率、较低误码率的可见光通信。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，更具体地说，是涉及一种利用液晶显示器进行可见光通信的方法、装置及系统。
背景技术
可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，其频率范围包括380～750THz，拥有足够多的频谱资源及带宽，利用可见光波段的光作为信息载体，通过传输光信号来实现可见光通信(visible light communication，VLC)，有着广阔的应用前景。
液晶显示器(LCD)是目前使用最广泛的可见光显示设备，若将其用作VLC的发射机，随处可见的LCD可显著降低VLC系统的成本，扩展VLC的应用范围。
基于LCD的VLC主要有以下两种技术方案。第一种方案采用LCD的可视图像作为信号源，通过图像中经过编码的空间图案传输信号。该方案能只进行光通信，无法用作图像显示，存在功能上的欠缺。
第二种方案采用LCD实现通显一体化，在不影响显示的视觉效果的前提下，背光以人眼无法察觉的频率进行高速闪烁，完成信号发射。该方案具有通显一体化的优势，且目前主流的背光中的LED光源具有较高的调制带宽，提供了高速闪烁的可行性。
然而，背光被作为一个单一的发射机，只是对单通道信号进行调制，很难做到高速、低误码率的通信。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种利用液晶显示器进行可见光通信的方法、装置及系统，以实现较高速率、较低误码率的可见光通信。
为实现上述目的，本申请第一方面提供了一种利用液晶显示器进行可见光通信的方法，所述方法应用于发射端，所述方法包括：
对待发送的数字信号进行编码及调制，得到处理后的数字信号；
通过多个信号源发送多个所述处理后的数字信号；
其中，所述多个信号源由直下式背光液晶显示器中的各个背光分区构成；每个所述背光分区内的各LED用于发送相同内容的数字信号，各个背光分区用于发送独立内容的数字信号。
优选地，所述对待发送的数据信号进行编码的过程，包括：
采用曼彻斯特编码方式对待发送的数据信号进行编码。
优选地，所述对待发送的数据信号进行调制的过程，包括：
采用脉冲宽度调制PWM及OOK调制的方式对待发送的数据信号进行调制。
本申请第二方面提供了一种利用液晶显示器进行可见光通信的装置，所述装置应用于发射端，所述装置包括：
调制单元，用于对待发送的数字信号进行编码及调制，得到处理后的数字信号；
发送单元，用于通过所述多个信号源发送多个所述处理后的数字信号；
其中，所述多个信号源由直下式背光液晶显示器中的各个背光分区构成；每个所述背光分区内的各LED用于发送相同内容的数字信号，各个背光分区用于发送独立内容的数字信号。
本申请第三方面提供了一种利用液晶显示器进行可见光通信的方法，所述方法应用于接收端，用于对上述的应用于发射端的利用液晶显示器进行可见光通信的方法中，通过多个信号源发送多个所述处理后的数字信号进行处理，所述方法包括：
接收所述多个信号源所输入的多个数字信号；
对所述多个数字信号进行光电转换，得到多个输出信号；
对所述多个输出信号进行解调制，得到通信内容。
优选地，接收所述多个信号源所输入的多个数字信号的过程，包括：
利用CMOS传感器像素阵列逐行地、依次接收多个信号源所输入的多个数字信号。
优选地，接收所述多个信号源所输入的多个数字信号的过程，包括：
利用光电二极管阵列中的各二极管独立接收多个信号源所输入的多个数字信号。
本申请第四方面提供了一种利用液晶显示器进行可见光通信的装置，应用于接收端，用于对上述的应用于发射端的利用液晶显示器进行可见光通信的方法中，通过多个信号源发送多个所述处理后的数字信号进行处理，所述装置包括：
接收单元，用于接收所述多个信号源所输入的多个数字信号；
转换单元，用于对所述多个数字信号进行光电转换，得到多个输出信号；
解调制单元，用于对所述多个输出信号进行解调制，得到通信内容。
本申请第五方面提供了一种利用液晶显示器进行可见光通信的系统，包括发射端和接收端；
所述发射端采用上述的应用于发射端的利用液晶显示器进行可见光通信的方法进行信号发送；
所述接收端采用上述的应用于接收端的利用液晶显示器进行可见光通信的方法进行信号接收。
优选地，上述利用液晶显示器进行可见光通信的系统中，在所述直下式背光液晶显示器的每个背光分区的边缘，设置一反光隔板。
经由上述的技术方案可知，由于直下式背光液晶显示器的背光板内有多个可独立调控的光源，本申请采用直下式背光液晶显示器进行信号发射。一方面，通过控制每个背光分区内的各LED发送相同内容的数字信号，使得每个背光分区构成单一信号源。另一方面，通过控制各个背光分区发送独立内容的数字信号，使得各个背光分区构成多个信号源。对于所述多个信号源，由于各个背光分区发送独立内容的数字信号，可以起到空间分集与空间复用的作用，在降低信道误码率的同时增加了信道容量。当构建完所述多个信号源后，对待发送的数字信号进行编码及调制，得到处理后的数字信号，然后通过所述多个信号源发送多个所述处理后的数字信号。相对于采用整块背光板发送同一信号，本申请的技术方案能够实现较高速率、较低误码率的可见光通信。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例公开的应用于发射端的利用液晶显示器进行可见光通信的方法的示意图；
图2示例了本申请实施例公开的曼彻斯特编码的示意图；
图3示例了本申请实施例公开的PWM调制的示意图；
图4为本申请实施例公开的应用于发射端的利用液晶显示器进行可见光通信的装置的示意图；
图5为本申请实施例公开的利用液晶显示器进行可见光通信的设备的示意图；
图6为本申请实施例公开的应用于接收端的利用液晶显示器进行可见光通信的方法的示意图；
图7示例了本申请公开的传统LCD与卷帘相机可见光通信的示意图；
图8示例了本申请公开的卷帘快门效应的示意图；
图9为本申请实施例公开的应用于接收端的利用液晶显示器进行可见光通信的装置的示意图；
图10示例了本申请实施例公开的9×16分区的LCD背光示意图；
图11示例了本申请实施例公开的反光隔板方案示意图；
图12示例了本申请实施例公开的反光隔板光路示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
LCD的背光主要有两种，一种是LED布置在显示面板侧面的侧下式背光，另一种是LED阵列布置于面板下方的直下式背光。两者相较，侧下式背光厚度更小，直下式LED背光可以实现局域调光(local dimming)技术。局域调光技术将LED阵列分块，并依据图像内容调节各背光块的亮度，可以降低液晶漏光，提升对比度，降低显示器功耗，为显示领域习知技术。通显一体化LCD中，如上所述，侧下式背光中的LED只能作为单一的发射机，难以实现高速、低误码率的通信，但直下式背光中的多颗LED可作为潜在的多发射机。
另一方面，随着mini-LED(间距0.1～1mm的小间距LED)的出现，直下式mini-LED背光使LCD的厚度大幅减小，带来了直下式LED背光的实用化。小间距min-LED也带来了更精细的局域调光分区和更高的调制带宽。作为最新的直下式背光技术，mini-LED背光中有更多可以独立控制的调光块和更高的调制带宽，若将其用于VLC，有望带来更高的通信速率和更低的误码率。
本发明旨在基于直下式LED背光，解决现有的通显一体化LCD中通信传输速率较慢、误码率较高的问题。尤其是，本发明可充分发挥mini-LED背光的优势。
具体来说，直下式LCD背光的多个分区可以作为可见光信号的发射机，相机的CMOS传感器像素阵列(以下简称相机CMOS阵列)或者光电二极管阵列(以下简称PD阵列)可以作为可见光信号的接收机，多个背光分区与相机CMOS阵列或PD阵列共同构成一个多输入多输出系统(Multiple Input Multiple Output，MIMO)。
对于上述MIMO系统，发射端的多个分区采用空间复用技术可以提升系统带宽，从而提升通信速率；同时，发射端的多个分区采用空间分集技术可以降低接收端误码率。从而通过MIMO系统实现了高速、低误码率的可见光通信。
随着mini-LED的出现，小尺寸的mini-LED使LCD的背光分区数量更多、更精细，可以使得MIMO系统实现更高速率、更低误码率的通信。
同时，由于背光分区会有可见光串扰问题，会使通信的误码率更大，也会使通信速率低于理想值，本发明提出采用反光隔板，降低光串扰，实现更高速率的通信。
下面从发射端的角度介绍本申请实施例提供的利用液晶显示器进行可见光通信的方法。请参阅图1，本申请实施例提供的应用于发射端的可见光通信方法可以包括如下步骤：
步骤S101，利用每个背光分区构建单一信号源。
具体地，利用直下式背光液晶显示器中的每个背光分区内的各LED发送相同内容的数字信号，从而使得每个背光分区构成单一信号源。
由于每个背光分区内的各LED发送相同内容的数字信号，个别LED的错误信号不会影响该背光分区的整体信号获取，有利于降低误码率。
步骤S102，基于空间分集与空间复用构建多个信号源。
其中，空间分集技术的主要思想是在发射端对数据进行联合编码来减小信道衰落和噪声导致的符号错误率，增加信号的冗余度。
在不同的天线上发射包含同样信息的信号，可以达到空间分集的效果，起到抗衰落的作用。可以理解的是，信号的具体形式不一定完全相同。对于直下式背光液晶显示器中的多个背光分区，如果均发送相同的信息，则可以提升信道的可靠性，降低误码率，是空间分集的一种应用。
空间复用技术就是利用多个天线同时发送独立的数据，增加系统的数据容量，可以用来解决容量问题。
对于直下式背光液晶显示器中的多个背光分区，如果都用来发射不同的内容，则可以大幅提升容量及速率，是空间复用的一种应用。
具体地，直下式背光液晶显示器中的背光模块的光源由LED(mini-LED)组成，背光上面的每一个分区，都可以作为一个独立的信号源进行调制，每一个背光分区都可以构成一个独立的信号发射源。利用各个背光分区发送独立内容的数字信号，各个背光分区构成多个信号源。
例如，对于具备9×16个背光分区的直下式背光液晶显示器，其可以构成144个独立的信号源。相对于将一整块背光板作为一个信号发射源，采取各背光分区对信号进行独立调制及发射，在信道容量上扩大到144倍，达到了空间复用的效果。
可以理解的是，上述步骤S101和步骤S102是进行信号发送前执行的预先配置，一旦配置好该多个信号源，就可以采用该多个信号源进行数字信号的持续发送，具体地，通过以下步骤S103和步骤S104对待发送的数字信号进行处理后再发送。
步骤S103，对待发送的数字信号进行编码及调制，得到处理后的数字信号。
具体地，首先对待发送的数字信号进行编码，得到编码后的数字信号；然后再对该编码后的数字信号进行调制，得到该处理后的数字信号，以用于通过背光模块对其进行发送。
步骤S104，通过该多个信号源发送多个该处理后的数字信号。
利用直下式背光液晶显示器的背光板内有多个可独立调控的光源的特性，本申请实施例采用直下式背光液晶显示器进行信号发射。一方面，通过控制每个背光分区内的各LED发送相同内容的数字信号，使得每个背光分区构成单一信号源。另一方面，通过控制各个背光分区发送独立内容的数字信号，使得各个背光分区构成多个信号源。对于所述多个信号源，由于各个背光分区发送独立内容的数字信号，可以起到空间分集与空间复用的作用，在降低信道误码率的同时增加了信道容量。当构建完所述多个信号源后，对待发送的数字信号进行编码及调制，得到处理后的数字信号，然后通过所述多个信号源发送多个所述处理后的数字信号。相对于采用整块背光板发送同一信号，本申请的技术方案能够实现较高速、较低误码率的可见光通信。
在本申请的一些实施例中，上述步骤S103对待发送的数据信号进行编码的过程，可以包括：
采用曼彻斯特编码方式对待发送的数据信号进行编码。
具体地，请参阅图2，曼彻斯特编码利用电压的变化分辨0和1，从低电平到高电平跳变表示“0”，从高电平到低电平跳变表示“1”；使用跳变来传递时钟同步信息，无需另外发送时钟信号，具有很好的抗干扰性。
在本申请的一些实施例中，上述步骤S103对待发送的数据信号进行调制的过程，可以包括：
采用脉冲宽度调制PWM及OOK调制的方式对待发送的数据信号进行调制。
具体地，请同时参阅表1和图3，以显示16位灰度值为例，用于显示的PWM信号由4位2进制数组成。其中，上面第一条曲线表示PWM波形，从上至下4根PWM波形所代表的灰度值分别为14、13、11、7；第二、第三、第四及第五条曲线分别表示附加在PWM波形上的通信信号I(0,0)、I(0,1)、I(1,0)、I(1,1)，该通信信号采用OOK的编码方式。下面具体介绍。
表1：PWM波形及其对应的灰度值
| 背光分区的坐标 | PWM8/4/2/1 | 灰度值 |
| (0，0) | 1110 | 14 |
| (0，1) | 1101 | 13 |
| (1，0) | 1011 | 11 |
| (1，1) | 0111 | 7 |
本申请实施例在利用LED背光实现可见光通信时，将以二进制数1和0组合所代表的十六进制通信数据加载至背光信号中，加载不同的通信数据时，不会由于16进制中的逻辑码1和0的数量不同而影响背光亮度，在背光信号亮度可控且稳定的情况下实现可见光光通信。
下面对本申请实施例提供的应用于发射端的利用液晶显示器进行可见光通信的装置进行描述，下文描述的利用液晶显示器进行可见光通信的装置与上文描述的应用于发射端的利用液晶显示器进行可见光通信的方法可相互对应参照。
请参见图4，本申请提供的应用于发射端的利用液晶显示器进行可见光通信的装置，可以包括：
调制单元11，用于对待发送的数字信号进行编码及调制，得到处理后的数字信号；
发送单元12，用于通过所述多个信号源发送多个所述处理后的数字信号。
其中，所述多个信号源由直下式背光液晶显示器中的各个背光分区构成；每个所述背光分区内的各LED用于发送相同内容的数字信号，各个背光分区用于发送独立内容的数字信号。
在本申请的一些实施例中，上述调制单元11对待发送的数据信号进行编码的过程，可以包括：
采用曼彻斯特编码方式对待发送的数据信号进行编码。
在本申请的一些实施例中，上述调制单元11对待发送的数据信号进行调制的过程，可以包括：
采用脉冲宽度调制PWM及OOK调制的方式对待发送的数据信号进行调制。
本申请实施例提供的应用于发射端的利用液晶显示器进行可见光通信的装置可应用于接收端的可见光通信设备。可选的，图5示出了发射端的可见光通信设备的硬件结构框图，参照图5，发射端的可见光通信设备的硬件结构可以包括：至少一个处理器31，至少一个通信接口32，至少一个存储器33和至少一个通信总线34。
在本申请实施例中，处理器31、通信接口32、存储器33、通信总线34的数量为至少一个，且处理器31、通信接口32、存储器33通过通信总线34完成相互间的通信；
处理器31可能是一个中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路等；
存储器32可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)等，例如至少一个磁盘存储器；
其中，存储器33存储有程序，处理器31可调用存储器33存储的程序，所述程序用于：
对待发送的数字信号进行编码及调制，得到处理后的数字信号；
通过多个信号源发送多个所述处理后的数字信号；
其中，所述多个信号源由直下式背光液晶显示器中的各个背光分区构成；每个所述背光分区内的各LED用于发送相同内容的数字信号，各个背光分区用于发送独立内容的数字信号。
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
本申请实施例还提供一种存储介质，该存储介质可存储有适于处理器执行的程序，所述程序用于：
对待发送的数字信号进行编码及调制，得到处理后的数字信号；
通过多个信号源发送多个所述处理后的数字信号；
其中，所述多个信号源由直下式背光液晶显示器中的各个背光分区构成；每个所述背光分区内的各LED用于发送相同内容的数字信号，各个背光分区用于发送独立内容的数字信号。
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
下面从接收端的角度介绍本申请实施例提供的利用液晶显示器进行可见光通信的方法。在接收端部分，本申请实施例利用相机作为接收端。其中，相机采用CMOS作为图像传感器，图像传感器上的每个像素点可以把光信号转换为与之对应的电信号。由于COMS传感器成本较低，成像速度快等优点，目前市场上大部门移动设备的相机都是COMS传感器，且基于卷帘快门进行曝光。将卷帘快门用于可见光通信，可以解决VLC数据速率受限于图像传感器的帧速率的问题。
请参阅图6，本申请实施例提供的应用于接收端的利用液晶显示器进行可见光通信的方法，用于对上述应用于发射端的利用液晶显示器进行可见光通信的方法中，通过该多个信号源发送多个该处理后的数字信号进行处理。该应用于接收端的利用液晶显示器进行可见光通信的方法可以包括：
步骤S201，接收所述多个信号源所输入的多个数字信号；
步骤S202，对所述多个数字信号进行光电转换，得到多个输出信号；
步骤S203，对所述多个输出信号进行解调制，得到通信内容。
在本申请的一些实施例中，上述步骤S201接收所述多个信号源所输入的多个数字信号的过程，可以包括：
利用CMOS传感器像素阵列逐行地、依次接收多个信号源所输入的多个数字信号。
具体地，大多数嵌入在相机中的互补金属氧化物半导体图像传感器是使用卷帘快门操作的。卷帘快门操作是指CMOS传感器中的每行像素被顺序激活，并且它不会一次捕获整个图像(全局快门)。请参阅图7，传统的LCD与相机进行可见光通信的时候，LCD的背光是一整块背光，VLC传输速率高于图像传感器的帧速率。请参阅图8，由于卷帘快门效应，可以在一个图像帧中出现亮条纹和暗条纹。
如果理想的CMOS传感器存在，则每行像素被逐个激活，那么原则上，假设图像传感器检测到的可见光具有足够高的信噪比，每行像素可以代表一个逻辑位。
因此，利用CMOS传感器像素阵列逐行地、依次接收多个信号源所输入的多个数字信号，可以有效增加接收通道的数量，从而提高信道容量。
除了利用相机作为接收端，还可以采用二极管阵列作为接收端。以光电二极管(PD)阵列作为光信号接收端，可以同时独立地捕获到多信源发送端传输的光信号。因此，直下式背光液晶显示器中的每个背光分区与PD阵列可以组成一个可见光通信系统，每一个背光分区相当于一个独立的信号发送端，在接收端PD阵列可以同时独立接受多路发射机的信号，实现了多输入多输出(MIMO)通信，有效的提升了数据的传输速率。
基于此，在本申请的一些实施例中，上述步骤S201接收所述多个信号源所输入的多个数字信号的过程，可以包括：
利用光电二极管阵列中的各二极管独立接收多个信号源所输入的多个数字信号。
下面对本申请实施例提供的应用于接收端的利用液晶显示器进行可见光通信的装置进行描述，下文描述的应用于接收端的利用液晶显示器进行可见光通信的装置与上文描述的应用于接收端的利用液晶显示器进行可见光通信的方法可相互对应参照。
请参见图9，本申请实施例提供的应用于接收端的利用液晶显示器进行可见光通信的装置，用于对上述应用于发射端的利用液晶显示器进行可见光通信的方法中，通过所述多个信号源发送多个所述处理后的数字信号进行处理。该应用于接收端的利用液晶显示器进行可见光通信的装置可以包括：
接收单元21，用于接收多个信号源所输入的多个数字信号；
转换单元22，用于对所述多个数字信号进行光电转换，得到多个输出信号；
解调制单元23，用于对所述多个输出信号进行解调制，得到通信内容。
在本申请的一些实施例中，上述接收单元21接收多个信号源所输入的多个数字信号的过程，可以包括：
利用CMOS传感器像素阵列逐行地、依次接收多个信号源所输入的多个数字信号；
或者，
利用光电二极管阵列中的各二极管独立接收多个信号源所输入的多个数字信号。
本申请实施例提供的应用于接收端的利用液晶显示器进行可见光通信的装置可应用于接收端的可见光通信设备。可选的，图5示出了接收端的可见光通信设备的硬件结构框图，参照图5，接收端的可见光通信设备的硬件结构可以包括：至少一个处理器31，至少一个通信接口32，至少一个存储器33和至少一个通信总线34。
在本申请实施例中，处理器31、通信接口32、存储器33、通信总线34的数量为至少一个，且处理器31、通信接口32、存储器33通过通信总线34完成相互间的通信；
处理器31可能是一个中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路等；
存储器32可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)等，例如至少一个磁盘存储器；
其中，存储器33存储有程序，处理器31可调用存储器33存储的程序，所述程序用于：
接收所述多个信号源所输入的多个数字信号；
对所述多个数字信号进行光电转换，得到多个输出信号；
对所述多个输出信号进行解调制，得到通信内容。
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
本申请实施例还提供一种存储介质，该存储介质可存储有适于处理器执行的程序，所述程序用于：
接收所述多个信号源所输入的多个数字信号；
对所述多个数字信号进行光电转换，得到多个输出信号；
对所述多个输出信号进行解调制，得到通信内容。
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
下面对本申请实施例提供的利用液晶显示器进行可见光通信的系统进行描述。本申请实施例提供的利用液晶显示器进行可见光通信的系统，可以包括发射端和接收端。
其中，该发射端采用上述的应用于发射端的利用液晶显示器进行可见光通信的方法进行信号发送；该接收端采用上述的应用于接收端的利用液晶显示器进行可见光通信的方法进行信号接收。
为便于理解，下面以通过直下式背光液晶显示器中的每个背光分区内的各LED发送信号，通过相机的CMOS传感器像素阵列对信号进行接收为例，对本申请实施例提供的利用液晶显示器进行可见光通信的系统进行详细介绍。
目前，直下式背光液晶显示器采用mini-LED作为LCD的背光，背光上面的每一个分区，都可以作为一个独立的信号源进行调制，每一个背光分区都可以作为一个独立的信号发射源。
由mini-LED LCD的多个背光分区与相机CMOS像素传感器阵列可以组成一个多输入多输出((Multiple-Input Multiple-Out-put，MIMO)系统，mini-LED每一个背光分区相当于MIMO的一个发送端，多个背光分区就组成了一个多输入系统，相机上面的CMOS像素传感器阵列相当于一个多输出系统。
MIMO的优点是能够增加无线范围并提髙性能。MIMO允许多个天线同时发送和接收多个空间流。它允许天线同时传送和接收。利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低谋码率。前者是是利用MIMO倍道提供的空间复用增益，后者是利用MIMO信道提供的空间分集增益。
无论是空间分集还是空间复用技术，其系统的信道容量都可以按照下式进行计算：
C＝[min(N,M)·B·log2(SNR/2)]
其中B是信号带宽，SNR是接收端的信噪比，min(N,M)为发射天线数量N和接收天线数量M中的最小值。
在一个MIMO系统中，信道容量取决于发射端和接收端双方天线的个数，通常最大容量受制于天线数目较少的一端，类似于“木桶原理”。由mini-LEDLCD的背光与相机的CMOS像素传感器阵列组成的MIMO系统中，CMOS像素传感器阵列通过卷帘快门对输入的信号进行曝光，而CMOS像素传感器阵列中每行传感器的数目高达2000个以上，总的传感器数量可达百万；作为信号发射端的mini-LED背光分区数量通常为数千个以上。
由于发射端mini-LED背光分区数远小于接收端CMOS传感器数量。根据MIMO系统信道容量计算公式，可以得到通信速率主要取决于mini-LED背光的分区数。进一步地，与传统的LCD(一整块背光)与卷帘快门相机进行可见光通信的方案相比，本实施例在列分区上增加了净通信速率。
请参阅图10，直下式背光液晶显示器的背光模块包括9×16共144个分区，每个分区内部有70个mini-LED，一共是10080个mini-LED。
在发射端，mini-LED的144个分区可以独立的进行调制，由于行方向已经利用了卷帘快门效应达到了相机传感器行数所决定的通信速率上限，多分区的mini-LED背光只能在列分区能够增加净通信速率，所以通信速率相比传统LCD(一整块背光)调制达到16倍。在接收端，基于卷帘快门的CMOS传感器相机对显示器上的一帧画面进行采集。Mini-LED的多个背光分区与接收端的相机CMOS传感器阵列共同构成了一个MIMO系统，使通信速率增加16倍，通信速率增加主要对应MIMO的空间复用特性。同时mini-LED多分区带来的空间分集也使误码率大幅降低。
在本申请的一些实施例中，请参阅图11，上述利用液晶显示器进行可见光通信的系统中，可以在所述直下式背光液晶显示器的每个背光分区的边缘，设置一反光隔板，以此降低不同分区之间的光串扰，也可达到降低误码率的目的。
在传统局部调光配置下，在LED背光分区中加入网格形反射镜，可以实现理想的矩形光扩散函数(LSF)。请参阅图12，每个LED分区被四个高反射率的侧面包围，反射镜的顶面与像面接触。LED分区上方的矩形区域等效成为一个更大的LED照明阵列，由于镜面反射墙而不受其他LED分区的干扰。因此，该结构可以实现均匀性高的完美矩形LSF。
综上所述：
本申请实施例采用直下式背光液晶显示器的背光板进行可见光信号的发生，由于直下式背光液晶显示器的背光板内有多个可独立调控的光源，本申请采用直下式背光液晶显示器进行信号发射。一方面，通过控制每个背光分区内的各LED发送相同内容的数字信号，使得每个背光分区构成单一信号源。另一方面，通过控制各个背光分区发送独立内容的数字信号，使得各个背光分区构成多个信号源。对于所述多个信号源，由于各个背光分区发送独立内容的数字信号，可以起到空间分集与空间复用的作用，在降低信道误码率的同时增加了信道容量。当构建完所述多个信号源后，对待发送的数字信号进行编码及调制，得到处理后的数字信号，然后通过所述多个信号源发送多个所述处理后的数字信号。相对于采用整块背光板发送同一信号，本申请的技术方案能够实现较高速率、较低误码率的可见光通信。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。
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申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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)
1.一种利用液晶显示器进行可见光通信的方法，其特征在于，所述方法应用于发射端，所述方法包括：
对待发送的数字信号进行编码及调制，得到处理后的数字信号；
通过多个信号源发送多个所述处理后的数字信号；
其中，所述多个信号源由直下式背光液晶显示器中的各个背光分区构成；每个所述背光分区内的各LED用于发送相同内容的数字信号，各个背光分区用于发送独立内容的数字信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对待发送的数据信号进行编码的过程，包括：
采用曼彻斯特编码方式对待发送的数据信号进行编码。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对待发送的数据信号进行调制的过程，包括：
采用脉冲宽度调制PWM及OOK调制的方式对待发送的数据信号进行调制。
4.一种利用液晶显示器进行可见光通信的装置，其特征在于，所述装置应用于发射端，所述装置包括：
调制单元，用于对待发送的数字信号进行编码及调制，得到处理后的数字信号；
发送单元，用于通过所述多个信号源发送多个所述处理后的数字信号；
其中，所述多个信号源由直下式背光液晶显示器中的各个背光分区构成；每个所述背光分区内的各LED用于发送相同内容的数字信号，各个背光分区用于发送独立内容的数字信号。
5.一种利用液晶显示器进行可见光通信的方法，其特征在于，所述方法应用于接收端，用于对权利要求1～3任一项所述的利用液晶显示器进行可见光通信的方法通过多个信号源发送多个所述处理后的数字信号进行处理，所述方法包括：
接收所述多个信号源所输入的多个数字信号；
对所述多个数字信号进行光电转换，得到多个输出信号；
对所述多个输出信号进行解调制，得到通信内容。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，接收所述多个信号源所输入的多个数字信号的过程，包括：
利用CMOS传感器像素阵列逐行地、依次接收多个信号源所输入的多个数字信号。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，接收所述多个信号源所输入的多个数字信号的过程，包括：
利用光电二极管阵列中的各二极管独立接收多个信号源所输入的多个数字信号。
8.一种利用液晶显示器进行可见光通信的装置，其特征在于，用于对权利要求1～3所述的利用液晶显示器进行可见光通信的方法通过多个信号源发送多个所述处理后的数字信号进行处理，所述装置包括：
接收单元，用于接收所述多个信号源所输入的多个数字信号；
转换单元，用于对所述多个数字信号进行光电转换，得到多个输出信号；
解调制单元，用于对所述多个输出信号进行解调制，得到通信内容。
9.一种利用液晶显示器进行可见光通信的系统，其特征在于，包括发射端和接收端；
所述发射端采用权利要求1至3中的任一项所述的方法进行信号发送；
所述接收端采用如权利要求5至7中的任一项所述的方法进行信号接收。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，在所述直下式背光液晶显示器的每个背光分区的边缘，设置一反光隔板。
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