一種可見光跳頻通信編解碼方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光通信技術領域，特別設及一種可見光跳頻通信編解碼方法。
【背景技術】
[0002] 可見光通信技術(Vis化Ie Li曲t Commuication,化C)是利用可見光作為信息載 體，在空氣中直接傳輸光信號的通信方式。VLC是將信息調制在巧光燈、發光二極管化ight Emitting Diode,LED)等照明設備上，使其用發出的高速調制光波信號來進行信息調制和 傳輸，然后利用光電二極管等器件接收光載波信號W獲得信息。
[0003] 跳頻技術(Frequen巧-Ho卵ing Spread Spect;rum;FHSS)是目前國內國際上比較 成熟的一種技術。主要用于軍用通信中，它可W有效的避開干擾，發揮通信效能。跳頻技術 在同步、且同時的情況下，接收兩端W特定型式的窄頻載波來傳送訊號，對于一個非特定的 接受器，FHSS所產生的跳動訊號對它而言，只算是脈沖噪聲。與定頻通信相比，跳頻通信更 隱蔽也難W被截獲。只要對方不清楚載頻跳變的規律，就很難截獲通信內容。同時，跳頻通 信也具有良好的抗干擾能力，即使有部分頻點被干擾，仍能在其他未被干擾的頻點上進行 正常的通信。由于跳頻通信系統是瞬時窄帶系統，它易于與其他的窄帶通信系統兼容，也就 是說，跳頻電臺可W與常規的窄帶電臺互通，有利于設備的更新。
[0004] 跳頻技術原用于射頻通信中，本發明將其思想用于可見光通信技術中，提出了一 種可見光跳頻通信編解碼方法。在化C技術中，引入一種安全而隱蔽的通信方法。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的是提供一種可見光跳頻通信編解碼方法。
[0006] 具體步驟為：
[0007] (1)建立一種可見光跳頻通信收發裝置，該裝置包括發射端和接收端;發射端包括 發射控制器、編碼器、驅動器和光發射天線組;光發射天線組有n個光發射天線，每一個光發 射天線都含有發射濾鏡和LED;接收端包括接收控制器、解碼器、判決器、光接收天線組;光 接收天線組有n個光接收天線，每一個光接收天線都含有接收濾鏡和光電接收器，其中，n為 大于或者等于3的自然數。
[000引發射控制器與編碼器電連接;驅動器分別與光發射天線組、編碼器電連接。
[0009] 接收控制器與解碼器電連接;判決器分別與光接收天線組、解碼器電連接。
[0010] 發射濾鏡和接收濾鏡都采用帶通濾鏡。帶通濾鏡只能通過某個波長范圍內的光， 用于濾除掉運個波長范圍W外的光。光發射天線和光接收天線的光信號通帶，取決于所使 用的帶通濾鏡的通帶范圍，即取決于帶通濾鏡可通過的光波長范圍。
[0011] 光發射天線組滿足條件:第1個光發射天線的光信號通帶包括可見光范圍，第n-j 個、第n個光發射天線的光信號通帶都是第1個的子集，且第n-j個、第n個的各光發射天線的 光信號通帶沒有交集。j為小于n且大于0的自然數，且n-j不等于1。
[0012] 發射控制器，用于從外部設備獲取數據，并將獲取的數據按照4位二進制一組的半 個字節為單位劃分，并每次向編碼器輸出半個字節的數據。
[0013] 編碼器，將一個由發射控制器輸入的4位二進制數，并編碼成一組n個的4位二進制 數，再輸出運n個4位二進制數到驅動器。
[0014] 驅動器，用于根據編碼器輸出的n個4位二進制數的"r和"0"信號，驅動n路通信線 路上的光發射天線，WL邸亮度不同的兩種狀態分別表示"r和"0"。
[0015] 驅動器，將編碼器輸出的一組n個4位二進制數，分別用于n個光發射天線;在用每 個由編碼器輸入的4位二進制數驅動光發射天線時，將運個4位二進制數按照自左到右的順 序，每一個時鐘周期輸出一位，依次用于驅動LED。
[0016] 光發射天線，用于在驅動器控制下，用Lm)亮度不同的兩種狀態變化，產生光信號， 并經過發射濾鏡過濾后，W某一個波長范圍的光信號發送出去。
[0017] 光接收天線，用于接收來自發射端發出的光信號。
[0018] 光接收天線組滿足條件:每個光接收天線的光信號通帶都不同。第1個光接收天線 的光信號通帶包括可見光范圍，第n-j個、第n個光接收天線的光信號通帶都是第1個的子 集，且第n-j個、第n個的各光接收天線的光信號通帶沒有交集。同時，第1個光接收天線的光 信號通帶，又是第1個發射濾鏡光信號通帶的子集，第n-j個光接收天線的光信號通帶，又是 第n-j個發射濾鏡信號通帶的子集，第n個光接收天線的光信號通帶，又是第n個發射濾鏡光 信號通帶的子集。
[0019] 光電接收器，用于接收經接收濾鏡過濾后的光信號，并轉換成模擬電信號輸出。
[0020] 判決器，用于接收光電接收器輸出的模擬電信號，并轉換為數字信號輸出，對于每 個光電接收器，都可W在每一個時鐘周期，輸出一個判決的數字信號。
[0021] 解碼器，用于將判決器輸出的數字信號還原成一組n個的4位數，并將該n個的4位 數解碼成一個4位二進制數，并輸出。
[0022] 接收控制器，用于將解碼器的輸出還原成原數據，并將接收并還原出的原數據輸 出到外部設備。
[0023] (2)將步驟(1)中的光發射天線組的n個光發射天線，與光接收天線組的n個光接收 天線，按照光信號的通帶一一對應，構成n個通信線路。編碼器和解碼器的編解碼方法為：
[0024] 將每個通信線路用一個2位二進制表示，n個線路就得至Ijn個2位二進制數:a2ma2m-i， am為1位二進制數1或者0,即：?= {0,1}，m為大于等于1且小于等于n。因此，第1個天線對應 曰2曰1，第2個天線對應日4日3,第m個天線對應a2ma2m-l。對于2位二進制數：a2ma2m-l，就有00、01、 10、11四種情況，然后對am進行編碼，當am=0時，編碼成二進制數01;當am=l時，編碼成二進 制數10。即，a2ma2m-i的四種情況就對應得到4個4位二進制0101、0110、1001、1010。
[00劇 n個通信線路對應的n個a2ma2m-i，可W得到一組化位的二進制組合A = a2n a2n-r--am…曰2 ai，由于每個a2ma2m-巧00、01、10、11四種組合，因此就有22n條編解碼規則。
[00%] 每一條編解碼規則有一組51、52、5111、511-1、511，^及1?1、1?2、咖、化-1、化。其中，51為 第1個線路的發送碼，S2為第2個線路的發送碼，Sm為第m個線路的接收碼，Sn-I為第n-1個線 路的發送碼，Sn為第n個線路的發送碼;Rl為第1個線路的接收碼，R2為第2個線路的接收碼， Rm為第m個線路的接收碼，-.Jn-I為第n-1個線路的接收碼，化為第n個線路的接收碼。
[0027] 每一個Sm為a2ma2m-i得到的4個4位二進制OlOUOl 10、1001、1010的四種組合之一。 Rl為同一條編解碼規則中的51、52、5111、511-1、511的每一位的11進制加和。對于剩余的1?2、耐、 化-1、化，有 Rm = Sl+Sm。
[0028] 在22n條編解碼規則中，找出有效編解碼規則，構建有效編解碼表，方法為：
[0029] 第1步:在22緣編解碼規則中，首先篩選出AAAA型的RIdAAAA型表示Rl的4位數都相 等，如果沒有AAAA型的Rl，則進入第2步，否則進入第3步。
[0030] 第2步:在條編解碼規則中，篩選出ABAB型的RIdABAB型表示Rl的4位數中，第1、3 位一樣，第2、4位一樣，同時，第1位和第2位數值相差1，即IA-Bl的絕對值為1，并進入第3步。
[0031] 第3步：在經過第一步或第二步篩選出的各條編解碼規則中，篩選R2、Rm、Rn-l、Rn 中AAAA型最多的那些編解碼規貝ij，由于Rm = Sl+Sm，即篩選出R2、Rm、化-1、化中各4位二進制 數，1111最多的k個條目，k為大于或等于16的自然數。
[0032] 第4步:將經過第3步篩選出來的各條編解碼規則，匯總并列成有效編解碼表。表格 至少包括的列有：51、82、5111、511-1、511，^及1?1、1?2、咖、1^-1、化。
[0033] 在發射端，編碼器的編碼使用有效編解碼表的Sl列、S2列、Sm列、Sn-I列、Sn列；在 接收端，解碼器的解碼使用有效編解碼表的Rl列、R2列、Rm列、化-1列、化列。
[0034] 對于發射控制器的輸出數據，需要與有效編解碼表建立對應關系。通過對n為3、4、 5、6的推導可知，經過構建有效編碼表，可供使用的編解碼條目數，一定大于或等于16。因 此，可W結合條目數，在輸入數據與有效編解碼表各條目之間建立對應關系。對應關系可W 是靜態和動態兩種。靜態對應:在有效編碼表的k個條目中，固定的選擇其中的16個條目與 數據的16個4位二進制輸入相應。動態對應:在有效編解碼表的k個條目中，變化的選擇其中 的16個條目與數據的16個4位二進制輸入相應。編解碼條目與數據的對應關系在通信過程 中不固定，會根據設定的規則變化。
[0035] 裝置的編碼過程如下：
[0036] 在發送端，編碼器對于發射控制器的輸出數據4位二進制，在有效編解碼表中找到 相對應的編解碼條目