WO2015014160A1

WO2015014160A1 - 基于多阶幅度调制的可见光信号的编码和解码方法、装置及系统

Info

Publication number: WO2015014160A1
Application number: PCT/CN2014/079405
Authority: WO
Inventors: 刘若鹏; 范林勇
Original assignee: 深圳光启创新技术有限公司
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2015-02-05
Also published as: US9780877B2; EP3029857A4; CN103795465A; CN103795465B; EP3029857A1; KR102082931B1; KR20160037204A; JP6209282B2; EP3029857B1; JP2016525844A; US20160164604A1

Abstract

涉及一种基于多阶幅度调制的可见光信号的编码方法和解码方法、装置及系统。该编码方法包括以下步骤：将待发送的信息分成多个信息单元，每一信息单元包含多个比特；将该多个信息单元转换为以至少三个电平表示的多个电信号单元，其中相邻电信号单元之间具有以该至少三个电平中的第一电平表示的间隔，每一电信号单元以该至少三个电平中的其余电平的组合来代表对应的信息单元的该多个比特；对各电信号单元进行组合，获得编码后的电信号；以及以可见光信号形式发送该编码后的电信号。

Description

基于多阶幅度调制的可见光信号的编码和解码方法、装置及系统技术领域本发明涉及可见光通信，尤其是涉及一种基于多阶幅度调制的可见光信号的编码和解码方法、装置及系统。背景技术可见光通信是一种在 LED 技术上发展起来的新兴的、短距离高速无线光通信技术。可见光通信的基本原理就是利用发光二极管（LED) 比荧光灯和白炽灯切换速度快的特点，通过 LED光源的高频率闪烁来进行通信。有光代表二进制 1，无光代表二进制 0。包含了数字信息的高速光信号经过光电转换即可获得信息。无线光通信技术因为其数据不易被干扰和捕获，光通信设备制作简单且不宜损坏或消磁，可以用来制作无线光加密钥匙。与微波技术相比，无线光通信有相当丰富的频谱资源，这是一般微波通信和无线通信无法比拟的；同时可见光通信可以适用任何通信协议、适用于任何环境；在安全性方面，无线光通信相比传统的磁性材料，无需担心消磁问题，更不必担心通信内容被人窃取；无线光通信的设备架设灵活便捷，且成本低廉，适合大规模普及应用。随着可见光通信的快速推广，已经提出了利用电子设备的 LED (发光二极管）灯发送可见光信号的技术。电子设备中的 LED灯的开关时信号占空比不确定，但是其亮、暗持续时间可控，可分别作为高、低电平。因此可以通过特别设置的编码方式，实现 LED灯发送表征数据信息的可见光信号的目的。然而本申请的发明人在实践中发现目前的方法中传输速率（即单位时间传输的信息量）仍较小，有进一步提高的空间。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种基于多阶幅度调制的可见光信号的编码和解码方法、装置及系统，以提高基于 LED灯的可见光通信的信息传输速率。本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种基于多阶幅度调制的可见光信号的编码方法，包括以下步骤：将待发送的信息分成多个信息单元，每一信息单元包含多个比特；将该多个信息单元转换为以至少三个电平表示的多个电信号单元，其中相邻电信号单元之间具有以该至少三个电平中的第一电平表示的间隔，每一电信号单元以该至少三个电平中的其余电平的组合来代表对应的信息单元的该多个比特；对各电信号单元进行组合，获得编码后的电信号；以及以可见光信号形式发送该编码后的电信号。在本发明的一实施例中，将该多个信息单元转换为以至少三个电平表示的多个电信号单元的步骤为：根据预先设置的对应表，确定所述信息单元对应的所述电信号单元的电平组合。在本发明的一实施例中，该方法还包括设置该第一电平的持续时间达到第一阈值作为信号结束标志。在本发明的一实施例中，每一信息单元包含 N个比特， N为自然数；其中该信息是以二进制表示。在本发明的一实施例中，以可见光信号形式发送该编码后的电信号的步骤为：以该编码后的电信号控制发光二极管以可见光信号形式发送该编码后的电信号，其中发光二极管为照明灯或集成到电子设备中。在本发明的一实施例中，该第一电平为该至少三个电平的均值。在本发明的一实施例中，该第一电平不为该至少三个电平的均值，且该编码后的电信号的开头为该第一电平。本发明还提出一种基于多阶幅度调制的可见光信号的解码方法，包括以下步骤：接收可见光信号并转换为电信号；当检测到从第一电平向其它电平的跳变时，判断为电信号单元开始，记录其它电平的组合；当检测到从其它电平到第一电平的跳变时，判定该电信号单元结束，并开始计时；当检测到第一电平的持续时间达到第一阈值时，判断信号结束；将接收到的各电信号单元进行解码而转换为信息单元；以及将多个信息单元组合成信息。在本发明的一实施例中，将接收到的各电信号单元进行解码而转换为信息单元的步骤为：根据预先设置的对应表，确定所述记录的电信号单元的其它电平的组合对应的信息单元。在本发明的一实施例中，该信息是以二进制表示。在本发明的一实施例中，检测到从第一电平向其它电平的跳变之前还包括：通过低通滤波获得电平均值并作为该第一电平。在本发明的一实施例中，检测到从第一电平向其它电平的跳变之前还包括：将该电信号开头的电平作为该第一电平。在本发明的一实施例中，该方法还包括将该信息与预设信息进行对比，若该信息与预设信息匹配，则使用该信息对一被控设备进行控制。在本发明的一实施例中，该信息与预设条件的匹配包括：该信息与该预设条件相同或存在对应关系。本发明还提出一种基于多阶幅度调制的可见光信号的编码装置，包括：用于将待发送的信息分成多个信息单元的模块，其中每一信息单元包含多个比特；用于将该多个信息单元转换为以至少三个电平表示的多个电信号单元的模块，其中相邻电信号单元之间具有以该至少三个电平中的第一电平表示的间隔，每一电信号单元以该至少三个电平中的其余电平的组合来代表对应的信息单元的该多个比特；用于对各电信号单元进行组合，获得编码后的电信号的模块；以及用于以可见光信号形式发送该编码后的电信号的模块。在本发明的一实施例中，所述用于将该多个信息单元转换为以至少三个电平表示的多个电信号单元的模块是根据预先设置的对应表，确定所述信息单元对应的所述电信号单元的电平组合。在本发明的一实施例中，上述装置还包括用于设置该第一电平的持续时间达到第一阈值作为信号结束标志的模块。在本发明的一实施例中，每一信息单元包含 N个比特， N为自然数；其中该信息是以二进制表示。在本发明的一实施例中，所述用于以可见光信号形式发送该编码后的电信号的模块是以该编码后的电信号控制发光二极管以可见光信号形式发送该编码后的电信号，其中发光二极管为照明灯或集成到电子设备中。在本发明的一实施例中，该第一电平为该至少三个电平的均值。在本发明的一实施例中，该第一电平不为该至少三个电平的均值，且该编码后的电信号的开头为该第一电平。本发明另提出一种基于多阶幅度调制的可见光信号的解码装置，包括：用于接收可见光信号并转换为电信号的模块；用于当检测到从第一电平向其它电平的跳变时，判断为电信号单元开始，记录其它电平的组合的模块；用于当检测到从其它电平到第一电平的跳变时，判定该电信号单元结束，并开始计时的模块；用于当检测到第一电平的持续时间达到第一阈值时，判断信号结束的模块；用于将接收到的各电信号单元进行解码以转换为信息单元的模块；以及用于将多个信息单元组合成信息的模块。在本发明的一实施例中，所述用于将接收到的各电信号单元进行解码而转换为信息单元的模块是根据预先设置的对应表，确定所述记录的电信号单元的其它电平的组合对应的信息单元。在本发明的一实施例中，该信息是以二进制表示。在本发明的一实施例中，上述装置还包括用于在检测到从第一电平向其它电平的跳变之前通过低通滤波获得电平均值并作为该第一电平的模块。在本发明的一实施例中，上述装置还包括用于在检测到从第一电平向其它电平的跳变之前将该电信号开头的电平作为该第一电平的模块。在本发明的一实施例中，上述装置还包括用于将该信息与预设信息进行对比，若该信息与预设信息匹配，则使用该信息对一被控设备进行控制的模块。在本发明的一实施例中，该信息与预设条件的匹配包括：该信息与该预设条件相同或存在对应关系。在本发明的一实施例中，上述装置是结合在门禁系统受控端中。本发明另提出一种光子钥匙，包括如上所述的基于多阶幅度调制的可见光信号的

本发明另提出一种光子受控端，包括如上所述的基于多阶幅度调制的可见光信号的解码装置。本发明另提出一种鉴权系统，包括如上所述的光子钥匙和光子受控端。本发明另提出一种鉴权系统，包括如上所述的基于多阶幅度调制的可见光信号的编码装置和如上所述的基于多阶幅度调制的可见光信号的解码装置。本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，通过电平跳变而不是电平的持续时间来表达信息，因此不需要在发送端和接收端之间维持对 LED灯来说难以解决的同步。并且，通过将信息分组并经过多阶幅度调制来提高信息的密度，因而弥补了由于闪烁延迟造成的传输速率降低的问题。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图 1示出本发明第一实施例的可见光通信的编码方法流程图。图 2示出本发明第一实施例的可见光通信的解码方法流程图。图 3示出本发明第一实施例的可见光通信的示例性编码电信号。图 4示出本发明第二实施例的可见光通信的编码方法流程图。图 5示出本发明第二实施例的可见光通信的解码方法流程图。图 6示出本发明第二实施例的可见光通信的示例性编码电信号。图 7示出本发明第三实施例的可见光通信的编码方法流程图。图 8示出本发明第三实施例的可见光通信的解码方法流程图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。概要地说，本发明的实施例提供了一种可见光信号的编码和解码方法，可以提高基于 LED灯的可见光通信的信息传输速率。经过进一步的研究发现，基于 LED 灯的可见光通信的传输速率较小的原因之一是， LED灯的闪烁控制存在延迟，即亮、暗状态的持续时间总是比所期望的设定值长。这一现象的直接结果是，为了传播同样长度的数据， LED灯所需要的时间总比预计的时间长。另外，闪烁控制的延迟使得发送端和信号端之间的同步存在困难。按照常规的技术，以 LED灯的高频率闪烁来进行通信，有光代表二进制 1，无光代表二进制 0。然而由于缺乏准确的同步，导致如果分别以有光、无光分别来代表二进制的 1和 0，会存在错误位接收。举例来说，当代表 1位二进制 0的无光状态的持续时间超出设定值后，额外的持续时间会被识别为另外 1位二进制 0。由于 LED灯所存在的上述缺陷，有必要提出一种新的编码和解码方法。根据本发明的实施例，从电信号角度看，以多阶电平的组合来代表信息。从光信号角度看，以光的亮度来代表信息。为此，在编码时，可以将待发送的信息分成多个信息单元，每一信息单元包含多个比特。然后将这些信息单元转换为多个电信号单元。这些电信号单元以至少三个电平表示。其中，设置至少三个电平中的第一电平为基准。第一电平用来表示相邻电信号单元之间的间隔。至少三个电平中的其它电平用以在电信号单元中相互组合来代表上述的多个比特。之后，对各电信号单元进行组合，获得编码后的电信号。对整个电信号来说，设置该第一电平的持续时间达到第一阈值作为信号结束标志。在得到了所期望的电信号后，以电信号控制发光二极管，由发光二极管以可见光信号形式发送。在接收端，解码过程是相反的。接收端会接收可见光信号并转换为电信号。当检测到从第一电平向其它电平的跳变时，判断为电信号单元开始，记录其它电平的组合。当检测到从其它电平到第一电平的跳变时，判定该电信号单元结束，并开始计时。当检测到第一电平的持续时间达到第一阈值时，判断信号结束。然后将接收到的各电信号单元进行解码而分别转换为信息单元，并将多个信息单元组合成原始的信息。作为基准电平的第一电平需要预先被准确地确定，以便作为其它电平的参考。其它电平是相对于该基准电平的电平值。第一电平既可以设置成电信号单元中的多个电平的平均值，也可以不设置成这些电平的平均值。对于采用均值作为第一电平的，发送端不需做特别处理，接收端可以采用低通滤波得到均值作为第一电平；对于不采用均值电平作为第一电平的，发送端在编码时可以在开头先发一段该第一电平，接收端在读取到该第一电平的光信号后，经过光电转换，将该转换之后的电平作为第一电平。当然，需要预先在发送端和接收端中确定是否采用均值电平作为第一电平。本发明的编码方式的优势在于，它是通过电平跳变而不是电平的持续时间来表达信息，因此不需要在发送端和接收端之间维持对 LED灯来说难以解决的同步。并且，通过将信息分组并经过多阶幅度调制来提高信息的密度，因而弥补了由于闪烁延迟造成的传输速率降低的问题。现在参考附图描述所要求保护的发明，在全部附图中使用相同的参考标号来指相同的部件或步骤。在以下描述中，为解释起见，披露了众多具体细节以提供对所要求保护的主题的全面理解。然而，显而易见的是，这些发明也可以不采用这些具体细节来实施。实施例 1 参见图 1，是本发明第一实施例的可见光信号的编码流程图，该编码流程包括：步骤 101，将待发送的信息分成多个信息单元。原始的信息可由二进制表示。每一信息单元包含多个比特（bit)。例如每一信息单元包含 2个比特。步骤 102，将该多个信息单元转换为多个电信号单元。在本实施例中，这些电信号单元以三个电平，例如 0、 IV和 2V表示。其中，设置第一电平，如 0V为基准电平，用来表示相邻电信号单元之间的间隔。其它两个电平，如 IV和 2V用以在电信号单元中相互组合来代表 2个比特。具体地说，在一个电信号单元中，当电平从 0V跳变到 IV，又从 IV跳变到 0V时，代表信息 00; 当电平从 0V跳变到 2V，又从 2V跳变到 0V时，代表信息 01 ; 当电平从 0V跳变到 IV，又从 IV跳变到 2V，再从 2V跳变到 0时，代表信息 10; 当电平从 0V跳变到 2V，又从 2V跳变到 IV，再从 IV跳变到 0V时，代表信息 11。不同电平的组合与其代表的信息之间的对应关系如表 1所示。表 1

每个电信号表示 2 bit信息，四个电信号单元的信息组成因此可以根据预先设置的上述对应关系表，确定信息单元所对应的电信号单元的电平组合。在本实施例中，可以用电平的上升沿作为跳变的开始。从上表也可以看出，即使对于比特值 00，是以电平从 0V跳变到 IV，又从 IV跳变到 0V来表示。这种跳变的方式相比电平持续的方式，更不容易因为延迟造成检测的错误。上述三个电平可以自由指定其中之一为第一电平；三个电平的具体值也可以灵活设定，例如设定为 IV、 2V和 3V等。上述电平组合代表的具体信息也可以灵活设定，例如电平组合 1表示信息 01，电平组合 2表示信息 00，电平组合 12表示信息 10，电平组合 21表示信息 11等。步骤 103，对各个电信号单元进行组合，获得编码后的电信号。如图 3所示为信号与电平之间的关系示意图，图中的四组信号分别代表 01、 11、 00和 10，相邻两组信号之间以 0V电平区分，组合后的信号为一个字节，其二进制表示为 01110010。另外，可以设置该第一电平的持续时间达到第一阈值，例如 60 ms作为整个电信号结束标志。在此实施例中，指定 0V为基准电平，它不是三个电平的均值。因此可以如图 3 所示，在整个电信号的开头先发送 0V的基准电平，作为其它电平的参考。步骤 104，以可见光信号形式发送编码后的电信号。在此，以编码后的电信号控制发光二极管以可见光信号形式发送编码后的电信号。在本实施例中，发光二极管可以集成到手机、平板电脑、笔记本电脑、数码相机、 MP3 播放器或 MP4播放器这样的电子设备中。发光二极管也可以是单独的装置，例如照明灯。这一照明灯所发出的可见光可以受一控制装置的调制，从而携带信号。参见图 2，是本发明第一实施例的可见光信号的解码方法流程图，该解码方法包括：步骤 201，接收可见光信号并转换为电信号。接收时需要将接收端的光接收器对准发送端的 LED发射源。步骤 202，当检测到从第一电平向其它两个电平的跳变时，判断为电信号单元开始，记录其它电平的组合。例如，当检测到从 0V跳变到 IV或 2V时，判断为电信号单元开始。在此，可以将 0V到 IV或 2V的上升沿作为跳变的开始。在检测到从第一电平向其它两个电平的跳变之前，需要先确定第一电平。为此，接收端在一旦开始读取到光信号，经过光电转换，将该转换之后的电平作为第一电平 ov。在各个电信号单元内，可以记录其它电平之间的跳变，例如当电平从 IV跳变到 2V, 则表示电平 IV和 2V的组合，这将被认为代表信息单元 10; 当电平从 2V跳变到 IV则表示电平 2V和 IV的组合，这将被认为代表信息单元 11。如表 1所示，信息单元 00和信息单元 01所对应的电信号单元由单个电平表示。步骤 203，当检测到从其它两个电平到第一电平的跳变时，判定该电信号单元结束，并开始计时。例如，当电平从 IV或 2V跳变到 0V，这将被认为电信号单元结束。该电信号单元所代表的信息将由电信号单元开始时检测到的电平值和电信号单元内检测到的电平跳变来共同确定。步骤 204，当检测到第一电平的持续时间达到第一阈值时，判断信号结束。例如，若 0V电平的持续时间大于 60 ms时，认为整个电信号结束。在另一情形下，第一电平的持续时间达到第一阈值如 60ms也可能代表信号中断，重新开始检测信号。在本发明的实施例中，从光信号到电信号的转换及解码过程可以在光信号接收过程中，以流水线方式实施。也就是说，每接收到一部分光信号，即进行转换及解码。当判定电信号结束时，意味着光信号接收完毕。步骤 205，将接收到的各电信号单元进行解码而转换为信息单元。这一转换过程可参照表 1的电平与比特值组合的对应关系表来完成。步骤 206，将多个信息单元组合成信息，从而获得可见光信号表征的信息。本实施例提供的编码和解码方式，将信息分成若干组信号，设置三个电平 ον,ιν 和 2V，各组信号之间以 0V电平进行区分。在一组信号内，以另外两个电平 IV和 2V 的组合表示信息。通过 LED将信号以可见光的形式发送出去。接收到通过用以区分各个电信号单元之间的 0V 电平，判断一个电信号单元接收结束、接收中断，或者接收完毕，并记录一个电信号单元内表征信息的另外两个电平的组合。因此，利用本实施例可以实现可见光信号的发送端与接收端之间的通信，从而提高用户体验。实施例 2 参见图 4，是本发明第二实施例的可见光信号的编码流程图，该编码流程包括：步骤 301，将待发送的信息分成多个信息单元。原始的信息可由二进制表示。每一信息单元包含多个比特（bit)。例如每一信息单元包含 4个比特。步骤 302，将该多个信息单元转换为多个电信号单元。在本实施例中，这些电信号单元以四个电平，例如 0V、 IV、 2V和 3V表示。其中，设置第一电平，如 0V为基准电平，用来表示相邻电信号单元之间的间隔。其它三个电平，如 IV、 2V和 3V用以在电信号单元中相互组合来代表 3个比特。例如，在一个电信号单元中，当电平从 0V跳变到 IV，又从 IV跳变到 0V时，代表信息 0000; 当电平从 0V跳变到 2V，又从 2V跳变到 0V时，代表信息 0001 ; 当电平从 0V跳变到 IV，又从 IV跳变到 2V，再从 2V跳变到 0时，代表信息 0011 ; 当电平从 0V跳变到 2V，又从 2V跳变到 IV，再从 IV跳变到 0V时，代表信息 1001。不同电平的组合与其代表的信息之间的对应关系如表 2所示。表 2

在本实施例中，可以用电平的上升沿作为跳变的开从上表也可以看出，对于任一比特值组合，都至少包含 1次电平跳变。这种跳变的方式相比电平持续的方式，更不容易因为延迟造成检测的错误。上述四个电平可以自由指定其中之一为第一电平，例如指定 IV为第一电平；四个电平的具体值也可以灵活设定，例如设定为 IV、 2V、 3V和 4V等。上述电平组合代表的具体信息也可以灵活设定，例如电平组合 1表示信息 0001，电平组合 2表示信息 0010，电平组合 3表示信息 0000等。步骤 303，对各个电信号单元进行组合，获得编码后的电信号。如图 6 所示为信号与电平之间的关系示意图，图中的四个电信号单元分别代表 0010、 0110、 1001和 0100，相邻两组信号之间以 0电平区分，组合后的信号的二进制表示为 0010011010010100。另外，可以设置该第一电平的持续时间达到第一阈值，例如 60 ms作为整个电信号结束标志。在此实施例中，指定 0V为基准电平，它不是三个电平的均值。因此可以如图 6 所示，在整个电信号的开头先发送 0V的基准电平，作为其它电平的参考。步骤 304，以可见光信号形式发送编码后的电信号。在此，以编码后的电信号控制发光二极管以可见光信号形式发送编码后的电信号。在本实施例中，发光二极管可以集成到手机、平板电脑、笔记本电脑、数码相机、

MP3播放器或 MP4播放器这样的电子设备中。发光二极管也可以是单独的装置，例如照明灯。这一照明灯所发出的可见光可以受一控制装置的调制，从而携带信号。参见图 5，是本发明第二实施例的可见光信号的解码方法流程图，该解码方法包括：步骤 501，接收可见光信号并转换为电信号。接收时需要将接收端的光接收器对准发送端的 LED发射源。步骤 502，当检测到从第一电平向其它三个电平的跳变时，判断为电信号单元开始，记录其它三个电平的组合。例如，当检测到从 0V跳变到 IV、 2V或 3V时，判断为电信号单元开始。在此，可以将 0V到 IV、 2V或 3V的上升沿作为跳变的开始。在各个电信号单元内，可以记录其它电平之间的跳变。例如当电平从 IV跳变到 2V, 则表示电平 IV和 2V的组合，这将被认为代表信息单元 0011 ; 当电平从 2V跳变到 IV则表示电平 2V和 IV的组合，这将被认为代表信息单元 1001。步骤 503，当检测到从其它三个电平到第一电平的跳变时，判定该电信号单元结束，并开始计时。例如，当电平从 IV、 2V或 3V跳变到 0V，这将被认为电信号单元结束。该电信号单元所代表的信息将由电信号单元开始时检测到的电平值和电信号单元内检测到的电平跳变来共同确定。在检测到从第一电平向其它三个电平的跳变之前，需要先确定第一电平 0V。为此，接收端在一旦开始读取到光信号，经过光电转换，将该转换之后的电平作为第一电平。步骤 504，当检测到第一电平的持续时间达到第一阈值时，判断信号结束。例如，若 0V电平的持续时间大于 60 ms时，认为整个电信号结束。在另一情形下，第一电平的持续时间达到第一阈值如 60ms也可能代表信号中断，重新开始检测信号。在本发明的实施例中，从光信号到电信号的转换及解码过程可以在光信号接收过程中，以流水线方式实施。也就是说，每接收到一部分光信号，即进行转换及解码。当判定电信号结束时，意味着光信号接收完毕。步骤 505，将接收到的各电信号单元进行解码而转换为信息单元。这一转换过程可参照表 2的电平与信息单元的比特值组合的对应关系来完成。步骤 506，将多个信息单元组合成信息，从而获得可见光信号表征的信息。本实施例提供的编码和解码方式，将信息分成若干组信号，设置四个电平 ον,ιν,

2V和 3V，各组信号之间以 0V电平进行区分。在一组信号内，以另外两个电平 IV, 2V 和 3V的组合表示信息。通过 LED将信号以可见光的形式发送出去。接收到通过用以区分各个电信号单元之间的 0V 电平，判断一个电信号单元接收结束、接收中断，或者接收完毕，并记录一个电信号单元内表征信息的另外两个电平的组合。因此，利用本实施例可以实现可见光信号的发送端与接收端之间的通信，从而提高用户体验。实施例 3 本实施例是在光子门禁系统中实施，其中可用手机这样的便携电子设备作为发送端，而门禁端作为接收端。门禁端除了解码信号外，还可进一步利用信号进行匹配，从而决定是否开门。参见图 7，是本发明第三实施例的可见光信号的编码流程图，该编码流程包括：步骤 701，在手机内将待发送的身份认证信息分成多个信息单元。原始的身份认证信息可由二进制表示。每一信息单元包含多个比特（bit)。例如每一信息单元包含 2个比特。步骤 702，将该多个信息单元转换为以三个电平表示的多个电信号单元。在本实施例中，这些电信号单元以三个电平，例如 0、 IV和 2V表示。其中，设置第一电平，如 0V为基准电平，用来表示相邻电信号单元之间的间隔。其它两个电平，如 IV和 2V用以在电信号单元中相互组合来代表 2个比特。具体地说，在一个电信号单元中，当电平从 0V跳变到 IV，又从 IV跳变到 0V 时，代表信息 00; 当电平从 0V跳变到 2V，又从 2V跳变到 0V时，代表信息 01 ; 当电平从 0V跳变到 IV，又从 IV跳变到 2V，再从 2V跳变到 0时，代表信息 10; 当电平从 0V跳变到 2V，又从 2V跳变到 IV，再从 IV跳变到 0V时，代表信息 11。不同电平的组合与其代表的信息之间的对应关系如表 1所示。每个电信号表示 2 bit信息，四个电信号单元的信息组成一个字节。在本实施例中，可以用电平的上升沿作为跳变的开始。从表 1也可以看出，即使对于比特值 00，是以电平从 0V跳变到 IV，又从 IV跳变到 0V来表示。这种跳变的方式相比电平持续的方式，更不容易因为延迟造成检测的错误。步骤 703，对各个电信号单元进行组合，获得编码后的电信号。另外，可以设置该第一电平的持续时间达到第一阈值，例如 60 ms作为整个电信号结束标志。步骤 704，以可见光信号形式发送编码后的电信号。在此，以编码后的电信号控制发光二极管以可见光信号形式发送编码后的电信号。发送时需要将手机的 LED发射源对准接收光子门禁受控端的光接收器。参见图 8，是本发明第三实施例的可见光信号的解码方法流程图，该解码方法包括：步骤 801，光子门禁受控端接收可见光信号并转换为电信号。步骤 802，当检测到从第一电平向其它两个电平的跳变时，判断为电信号单元开始，记录其它电平的组合。例如，当检测到从 0V跳变到 IV或 2V时，判断为电信号单元开始。在此，可以将 0V到 IV或 2V的上升沿作为跳变的开始。在各个电信号单元内，可以记录其它电平之间的跳变，例如当电平从 IV跳变到 2V, 则表示电平 IV和 2V的组合，这将被认为代表信息单元 10; 当电平从 2V跳变到 IV则表示电平 2V和 IV的组合，这将被认为代表信息单元 11。如表 1所示，信息单元 00和信息单元 01所对应的电信号单元由单个电平表示。步骤 803，当检测到从其它两个电平到第一电平的跳变时，判定该电信号单元结束，并开始计时。例如，当电平从 IV或 2V跳变到 0V，这将被认为电信号单元结束。该电信号单元所代表的信息将由电信号单元开始时检测到的电平值和电信号单元内检测到的电平跳变来共同确定。步骤 804，当检测到第一电平的持续时间达到第一阈值时，判断信号结束。例如，若 0V电平的持续时间达到 60 ms时，认为整个电信号结束。在另一情形下，第一电平的持续时间达到第一阈值如 60ms也可能代表信号中断，重新开始检测信号。在本发明的实施例中，从光信号到电信号的转换及解码过程可以在光信号接收过程中，以流水线方式实施。也就是说，每接收到一部分光信号，即进行转换及解码。当判定电信号结束时，意味着光信号接收完毕。步骤 805，将接收到的各电信号单元进行解码而转换为信息单元。这一转换过程可参照表 1的电平与信息单元的比特值组合的对应关系来完成。步骤 806，将多个信息单元组合成信息，从而获得可见光信号表征的信息。步骤 807，光子门禁受控端将身份认证信息与预设信息进行对比，若身份认证信息与预设信息匹配，则控制与其连接的电动锁开锁。在本实施例中，身份认证信息与预设信息匹配，包括身份认证信息与预设信息相同；或者身份认证信息与预设信息之间存在对应关系。本实施例提供的编码和解码方式，将信息分成若干组信号，设置三个电平 ον,ιν 和 2V，各组信号之间以 0V电平进行区分。在一组信号内，以另外两个电平 IV和 2V 的组合表示信息。通过 LED将信号以可见光的形式发送出去。接收端通过用以区分各个电信号单元之间的 0V 电平，判断一个电信号单元接收结束、接收中断，或者接收完毕，并记录一个电信号单元内表征信息的另外两个电平的组合。因此，利用本实施例可以实现手机作为光子门禁系统的光子锁与门禁受控端之间的通信，从而提高用户体验。本发明还提供了一种基于多阶幅度调制的可见光信号的编码装置，包括：用于将待发送的信息分成多个信息单元的模块，其中每一信息单元包含多个比特；用于将该多个信息单元转换为以至少三个电平表示的多个电信号单元的模块，其中相邻电信号单元之间具有以该至少三个电平中的第一电平表示的间隔，每一电信号单元以该至少三个电平中的其余电平的组合来代表对应的信息单元的该多个比特；用于对各电信号单元进行组合，获得编码后的电信号的模块；以及用于以可见光信号形式发送该编码后的电信号的模块。所述用于将该多个信息单元转换为以至少三个电平表示的多个电信号单元的模块是根据预先设置的对应表，确定所述信息单元对应的所述电信号单元的电平组合。上述装置还包括用于设置该第一电平的持续时间达到第一阈值作为信号结束标志的模块。每一信息单元包含 N个比特， N为自然数；其中该信息是以二进制表示。所述用于以可见光信号形式发送该编码后的电信号的模块是以该编码后的电信号控制发光二极管以可见光信号形式发送该编码后的电信号，其中发光二极管为照明灯或集成到电子设备中。该第一电平可为该至少三个电平的均值。该第一电平还可以不为该至少三个电平的均值，且该编码后的电信号的开头为该第一电平。本发明另一种基于多阶幅度调制的可见光信号的解码装置，包括：用于接收可见光信号并转换为电信号的模块；用于当检测到从第一电平向其它电平的跳变时，判断为电信号单元开始，记录其它电平的组合的模块；用于当检测到从其它电平到第一电平的跳变时，判定该电信号单元结束，并开始计时的模块；用于当检测到第一电平的持续时间达到第一阈值时，判断信号结束的模块；用于将接收到的各电信号单元进行解码以转换为信息单元的模块；以及用于将多个信息单元组合成信息的模块。所述用于将接收到的各电信号单元进行解码而转换为信息单元的模块是根据预先设置的对应表，确定所述记录的电信号单元的其它电平的组合对应的信息单元。该信息是以二进制表示。上述装置还包括用于在检测到从第电平向其它电平的跳变之前通过低通滤波获得电平均值并作为该第一电平的模块。上述装置还包括用于在检测到从第电平向其它电平的跳变之前将该电信号开头的电平作为该第一电平的模块。上述装置还包括用于将该信息与预设信息进行对比，若该信息与预设信息匹配，则使用该信息对一被控设备进行控制的模块。该信息与预设条件的匹配包括：该信息与该预设条件相同或存在对应关系。上述装置是结合在门禁系统受控端中。本发明还提供了一种鉴权系统，该鉴权系统可为门禁系统、地铁系统、支付系统或消费管理系统。鉴权系统包括光子钥匙和光子受控端，光子钥匙包含前述的一种基于多阶幅度调制的可见光信号的编码装置，光子受控端包含前述的一种基于多阶幅度调制的可见光信号的解码装置。以门禁系统为例，本实施例用光子钥匙作为发送端，将编码后的识别数据通过电子钥匙的 LED灯以可见光信号的形式发送出去。光子受控端对从光子钥匙接收的可见光信号进行解码，然后根据解码获得的识别数据进行鉴权，若信息匹配通过鉴权，则控制与其连接的可控锁开锁，从而实现开锁，提高用户体验。其中锁也可以替换为其他具备在打开和关闭状态之间切换的门禁开关装置，例如闸口等。本发明还提供了一种鉴权系统，包括前述的一种基于多阶幅度调制的可见光信号的编码装置和一种基于多阶幅度调制的可见光信号的解码装置。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书

1. 一种基于多阶幅度调制的可见光信号的编码方法，包括以下步骤：

将待发送的信息分成多个信息单元，每一信息单元包含多个比特；将该多个信息单元转换为以至少三个电平表示的多个电信号单元，其中相邻电信号单元之间具有以该至少三个电平中的第一电平表示的间隔，每一电信号单元以该至少三个电平中的其余电平的组合来代表对应的信息单元的该多个比特；

对各电信号单元进行组合，获得编码后的电信号；以及

以可见光信号形式发送该编码后的电信号。

2. 根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述将该多个信息单元转换为以至少三个电平表示的多个电信号单元的步骤为：根据预先设置的对应表，确定所述信息单元对应的所述电信号单元的电平组合。

3. 根据权利要求 1或 2所述的方法，其特征在于，还包括设置该第一电平的持续时间达到第一阈值作为信号结束标志。

4. 根据权利要求 1或 2所述的方法，其特征在于，每一信息单元包含 N个比特， N为自然数；其中该信息是以二进制表示。

5. 根据权利要求 1或 2所述的方法，其特征在于，所述以可见光信号形式发送该编码后的电信号的步骤为：以该编码后的电信号控制发光二极管以可见光信号形式发送该编码后的电信号，其中发光二极管为照明灯或集成到电子设备中。

6. 根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，该第一电平为该至少三个电平的均值。

7. 根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，该第一电平不为该至少三个电平的均值，且该编码后的电信号的开头为该第一电平。

8. 一种基于多阶幅度调制的可见光信号的解码方法，包括以下步骤：

接收可见光信号并转换为电信号；当检测到从第一电平向其它电平的跳变时，判断为电信号单元开始，记录其它电平的组合；

当检测到从其它电平到第一电平的跳变时，判定该电信号单元结束，并开始计时；

当检测到第一电平的持续时间达到第一阈值时，判断信号结束；将接收到的各电信号单元进行解码以转换为信息单元；以及将多个信息单元组合成信息。

9. 根据权利要求 8所述的方法，其特征在于，所述将接收到的各电信号单元进行解码而转换为信息单元的步骤为：根据预先设置的对应表，确定所述记录的电信号单元的其它电平的组合对应的信息单元。

10. 根据权利要求 8所述的方法，其特征在于，该信息是以二进制表示。

11. 根据权利要求 8所述的方法，其特征在于，检测到从第一电平向其它电平的跳变之前还包括：通过低通滤波获得电平均值并作为该第一电平。

12. 根据权利要求 8所述的方法，其特征在于，检测到从第一电平向其它电平的跳变之前还包括：将该电信号开头的电平作为该第一电平。

13. 根据权利要求 8所述的方法，其特征在于，还包括将该信息与预设信息进行对比，若该信息与预设信息匹配，则使用该信息对一被控设备进行控制。

14. 根据权利要求 13所述的方法，其特征在于，该信息与预设条件的匹配包括：该信息与该预设条件相同或存在对应关系。

15. 一种基于多阶幅度调制的可见光信号的编码装置，包括：用于将待发送的信息分成多个信息单元的模块，其中每一信息单元包含多个比特；

用于将该多个信息单元转换为以至少三个电平表示的多个电信号单元的模块，其中相邻电信号单元之间具有以该至少三个电平中的第一电平表示的间隔，每一电信号单元以该至少三个电平中的其余电平的组合来代表对应的信息单元的该多个比特；用于对各电信号单元进行组合，获得编码后的电信号的模块；以及用于以可见光信号形式发送该编码后的电信号的模块。

16. 根据权利要求 15所述的装置，其特征在于，所述用于将该多个信息单元转换为以至少三个电平表示的多个电信号单元的模块是根据预先设置的对应表，确定所述信息单元对应的所述电信号单元的电平组合。

17. 根据权利要求 15或 16所述的装置，其特征在于，还包括用于设置该第一电平的持续时间达到第一阈值作为信号结束标志的模块。

18. 根据权利要求 15或 16所述的装置，其特征在于，每一信息单元包含 N个比特， N为自然数；其中该信息是以二进制表示。

19. 根据权利要求 15或 16所述的装置，其特征在于，所述用于以可见光信号形式发送该编码后的电信号的模块是以该编码后的电信号控制发光二极管以可见光信号形式发送该编码后的电信号，其中发光二极管为照明灯或集成到电子设备中。

20. 根据权利要求 15所述的装置，其特征在于，该第一电平为该至少三个电平的均值。

21. 根据权利要求 15所述的装置，其特征在于，该第一电平不为该至少三个电平的均值，且该编码后的电信号的开头为该第一电平。

22. 一种基于多阶幅度调制的可见光信号的解码装置，包括：用于接收可见光信号并转换为电信号的模块；

用于当检测到从第一电平向其它电平的跳变时，判断为电信号单元开始，记录其它电平的组合的模块；

用于当检测到从其它电平到第一电平的跳变时，判定该电信号单元结束，并开始计时的模块；

用于当检测到第一电平的持续时间达到第一阈值时，判断信号结束的模块; 用于将接收到的各电信号单元进行解码以转换为信息单元的模块；以及用于将多个信息单元组合成信息的模块。

23. 根据权利要求 22所述的装置，其特征在于，所述用于将接收到的各电信号单元进行解码而转换为信息单元的模块是根据预先设置的对应表，确定所述记录的电信号单元的其它电平的组合对应的信息单元。

24. 根据权利要求 22所述的装置，其特征在于，该信息是以二进制表示。

25. 根据权利要求 22所述的装置，其特征在于，还包括用于在检测到从第一电平向其它电平的跳变之前通过低通滤波获得电平均值并作为该第一电平的模块。

26. 根据权利要求 22所述的装置，其特征在于，还包括用于在检测到从第一电平向其它电平的跳变之前将该电信号开头的电平作为该第一电平的模块。

27. 根据权利要求 22所述的装置，其特征在于，还包括用于将该信息与预设信息进行对比，若该信息与预设信息匹配，则使用该信息对一被控设备进行控制的模块。

28. 根据权利要求 27所述的装置，其特征在于，该信息与预设条件的匹配包括：该信息与该预设条件相同或存在对应关系。

29. 一种光子钥匙，其特征在于，包括根据权利要求 15或 16所述的一种基于多阶幅度调制的可见光信号的编码装置。

30. 一种光子受控端，其特征在于，包括根据权利要求 22至 28任一项所述的一种基于多阶幅度调制的可见光信号的解码装置。

31. 一种鉴权系统，其特征在于，所述鉴权系统包括根据权利要求 29所述的光子钥匙和根据权利要求 30所述的一种光子受控端。

32. 一种鉴权系统，其特征在于，所述鉴权系统包括根据权利要求 15或 16所述的一种基于多阶幅度调制的可见光信号的编码装置和根据权利要求 22至 28任一项所述的一种基于多阶幅度调制的可见光信号的解码装置。