基于led車燈的雙速率可見光通信發信機的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種基于LED車燈的雙速率可見光通信發信機，其發射端包括AD轉換器一、AD轉換器二，AD轉換器一與數據緩存模塊一連接，數據緩存模塊一與編碼器一連接；AD轉換器二與數據緩存模塊二連接，數據緩存模塊二與編碼器二連接；編碼器一、二分別連接光源一模塊、光源二模塊；AD轉換器一、二分別將數據流一、二的模擬信號轉換成數字信號，再分別經過數據緩存模塊一、二進行數據緩存，將緩存后的數字信號流一、二分別送入編碼器一、二進行編碼。本發明是將經調制器的兩種不同調制方式調制后的信號合并，利用調制方式的結合實現兩種傳輸速率信號的發射，從而使得在車聯網車與車之間的通信中可以同時傳輸兩路信號，提高了信道利用率。
【專利說明】
基于LED車燈的雙速率可見光通信發信機
技術領域
[0001]本發明屬于光通信技術領域，具體涉及一種基于LED車燈的雙速率可見光通信發信機。
【背景技術】
[0002]可見光通信是一種以可見光為傳輸媒質的無線通信方式。可見光通信以其通信容量大、抗電磁干擾能力強、傳輸速率高、綠色環保和不占用現有頻譜資源等優點受到廣泛的關注，并且取得了快速發展。
[0003]對于一個可見光通信系統來說，發射機的功能就是把終端輸入的信息，經過基帶處理，按照一定的調制方式調制到光載波上，并進行功率放大，最后經由光學器件進行發射。
[0004]可見光通信系統中通常選擇合適的調制方式以及解調技術保證高傳輸速率和低誤碼率，從而更好地降低大氣環境對通信系統的干擾。現有的調制方式可分為調幅、調頻和調相三大類，每類可以有不同的方式，常用的有AM/FM/MSK/FSK/DPSK/QAM等，各種調制方式都有著各自的優缺點。
[0005]近年來，車聯網技術作為智能交通系統的重要組成部分取得了快速發展，它能有效減少交通事故、緩解道路擁堵并提高駕駛體驗。值得注意的是，車聯網在實現人、車、環境之間互聯互通的同時，大量的數據傳輸也對通信方式提出了更高要求。國內外相關機構的研究及實驗表明，可見光通信可以作為車聯網中對無線電通信的一種補充通信手段，其具有很大的發展前景。車輛通過LED車燈以可見光通信的方式進行數據發送，實現人、車、環境之間有效、可靠的通信且不占用寶貴的無線電頻譜資源。
[0006]車聯網中，考慮到駕駛的安全性，在車聯網中車與車之間的通信多是通過語音來控制信息的輸入，從而來保證行車安全性，提高行車體驗。在車載可見光通信中常用的調制方式有OOK調制、PAM調制、PPM調制等。
[0007]車載可見光通信可以分為兩種模式，第一種是以LED車燈作為光源，以光電探測器作為接收裝置，用來接收高速率信號;第二種是以LED車燈作為光源，以圖像傳感器作為接收裝置，用來接收低速信號。這樣的兩種通信模式使得在車與車之間不能同時傳輸高速信號和低速信號，若同時傳輸高速和低速信號，則需要兩套獨立的發射和接收裝置，大大增加了通信的成本。

【發明內容】

[0008]本發明的目的是克服上述現有技術中存在的問題，提供一種基于LED車燈的雙速率可見光通信發信機，以解決現有車聯網技術中高低速信號不能同時發送，信道利用率低的問題。
[0009]本發明的技術方案是:基于LED車燈的雙速率可見光通信發信機，包括發射端和接收端，所述發射端包括AD轉換器一、AD轉換器二，所述AD轉換器一的輸出端與數據緩存模塊一的輸入端連接，數據緩存模塊一的輸出端與編碼器一的輸入端連接;所述AD轉換器二的輸出端與數據緩存模塊二的輸入端連接，數據緩存模塊二的輸出端與編碼器二的輸入端連接;所述編碼器一的輸出端以及編碼器二的輸出端分別連接光源一模塊以及光源二模塊；所述AD轉換器一將數據流一的模擬信號轉換成數字信號，然后經過數據緩存模塊一進行數據緩存，隨后將緩存后的數字信號流一送入編碼器一，編碼器一將數字信號流一進行編碼；所述AD轉換器二將數據流二的模擬信號轉換成數字信號，然后經過數據緩存模塊二進行數據緩存，隨后將緩存后的數字信號流二送入編碼器二，編碼器二將數字信號流二進行編碼；所述編碼器一將數字信號流一、編碼器二將數字信號流二分別送入光源一模塊進行信號調制、信號合并以及發射;所述編碼器一將數字信號流一、編碼器二將數字信號流二分別送入光源二模塊進行信號調制、信號合并以及發射。
[0010]上述光源一模塊包括調制器一、調制器二，調制器一的輸出端與合并器一的輸入端連接，調制器二的輸出端通過開關一與合并器一的輸入端連接，所述合并器一的輸出端通過陣列驅動模塊一與LED光源一連接;所述調制器一的輸入端與編碼器一的輸出端連接；所述調制器二的輸入端與編碼器二的輸出端連接;所述調制器一將編碼器一輸出的編碼后的數字信號流一按照調制方式一進行調制，轉換成適合光電傳輸的已調信號；調制器二將編碼器二輸出的編碼后的數字信號流二按照調制方式二進行調制，將數字信號流二轉換成適合光電傳輸的已調信號；調制器一和調制器二的兩路已調信號在開關一閉合的情況下經過合并器一進行信號的整合，然后通過陣列驅動模塊一的驅動作用驅動LED光源一發光傳遞信息。
[0011]上述光源二模塊包括調制器三、調制器四，調制器三的輸入端與反碼器的輸出端連接，調制器三的輸出端與合并器二的輸入端連接，調制器四的輸出端通過開關二與合并器二的輸入端連接，合并器二的輸出端通過陣列驅動模塊二與LED光源二連接;所述反碼器的輸入端與編碼器一的輸出端連接;所述調制器四的輸入端與編碼器二的輸出端連接;所述編碼器一輸出的編碼后的數字信號流一經過反碼器，按照相反的規則將數字信號流一進行反碼操作，使之與進入調制器一的數字信號互為反碼，然后將此信號送入調制器三，調制器三選擇調制方式一對此信號的進行調制，轉換成適合光電傳輸的已調信號；調制器四將編碼器二輸出的編碼后的數字信號流二按照調制方式二進行調制，將數字信號流二轉換成適合光電傳輸的已調信號；調制器三和調制器四的兩路已調信號在開關二閉合的條件下經過合并器二進行信號的整合，然后通過陣列驅動模塊二的驅動作用驅動LED光源二發光傳遞信息。
[0012]上述數據流一是指的數據源要發送的第一路模擬信號，此信號的傳輸速率編號為傳輸速率一。
[0013]上述數據流二是指的數據源要發送的第二路模擬信號，此信號的傳輸速率編號為傳輸速率二。
[0014]本發明的有益效果:本發明提供的基于LED車燈的雙速率可見光通信發信機解決了車聯網技術中傳統發射機只能同時發射單一速率信號，不能同時發送高低速信號，從而降低了信道利用率的問題，本發明的核心部分在于經調制器的兩種不同調制方式調制后的信號進行合并，利用調制方式的結合實現兩種具有不同傳輸速率信號的發射，從而使得在車聯網車與車之間的通信中可以同時傳輸兩路信號(高速信號和低速信號)，提高了信道利用率。
[0015]以下將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的發射端系統框圖；
[0017]圖2是應用于本發明發射端的一種現有技術接收端框圖；
[0018]圖3是本發明的對數字信號對應的一種曼徹斯特編碼；
[0019]圖4是本發明的PPM(脈沖位置)調制方式調制的第二路信號圖；
[0020]圖5是本發明的OOK(開關鍵控)調制方式調制的第一路信號圖；
[0021 ]圖6是本發明的OOK調制方式復合PPM調制方式傳輸兩路信號方式圖；
[0022]圖7是本發明的兩路信號兩種方式復合調制圖；
[0023]圖8是本發明的操作流程圖；
【具體實施方式】
[0024]實施例1:
[0025]在車聯網中可以用車燈來傳遞信號，這些信號可以是高速信號例如視頻等，也可以是低速信號例如文字、語音等信號，本發明的基于LED車燈的雙速率可見光通信發信機其發射端在車聯網中的主要創新點在于通過選擇兩種調制方式(例如在可見光通信中常用的00Κ/ΡΑΜ/ΡΡΜ調制等)組合可以同時發射速率不同的兩路信號，在實施方案中兩種調制方式以調制方式一和調制方式二來區別，調制方式一或者調制方式二可以是以上提到的可見光通信中的常用到的任意調制方式中的一種。所以首先發射端發射的是數據源(例如需要傳遞語音、文本、視頻等信息的信源用戶)發送的需要傳輸的高/低速率信號;這兩種不同速率的數據在光發射機中按照下面的方式進行處理，加載到兩個LED光源上進行合并后信號的發送。參見圖1，本發明提供的基于LED車燈的雙速率可見光通信發信機，包括發射端和接收端，所述發射端包括AD轉換器一、AD轉換器二，所述AD轉換器一的輸出端與數據緩存模塊一的輸入端連接，數據緩存模塊一的輸出端與編碼器一的輸入端連接;所述AD轉換器二的輸出端與數據緩存模塊二的輸入端連接，數據緩存模塊二的輸出端與編碼器二的輸入端連接;所述編碼器一的輸出端以及編碼器二的輸出端分別連接光源一模塊以及光源二模塊；所述AD轉換器一將數據流一的模擬信號轉換成數字信號，然后經過數據緩存模塊一進行數據緩存，隨后將緩存后的數字信號流一送入編碼器一，編碼器一將數字信號流一進行編碼；所述AD轉換器二將數據流二的模擬信號轉換成數字信號，然后經過數據緩存模塊二進行數據緩存，隨后將緩存后的數字信號流二送入編碼器二，編碼器二將數字信號流二進行編碼；所述編碼器一將數字信號流一、編碼器二將數字信號流二分別送入光源一模塊進行信號調制、信號合并以及發射;所述編碼器一將數字信號流一、編碼器二將數字信號流二分別送入光源二模塊進行信號調制、信號合并以及發射。
[0026 ] 所述光源一模塊包括調制器一、調制器二，調制器一的輸出端與合并器一的輸入端連接，調制器二的輸出端通過開關一與合并器一的輸入端連接，所述合并器一的輸出端通過陣列驅動模塊一與LED光源一連接;所述調制器一的輸入端與編碼器一的輸出端連接；所述調制器二的輸入端與編碼器二的輸出端連接;所述調制器一將編碼器一輸出的編碼后的數字信號流一按照調制方式一進行調制，轉換成適合光電傳輸的已調信號；調制器二將編碼器二輸出的編碼后的數字信號流二按照調制方式二進行調制，將數字信號流二轉換成適合光電傳輸的已調信號；調制器一和調制器二的兩路已調信號在開關一閉合的情況下經過合并器一進行信號的整合，然后通過陣列驅動模塊一的驅動作用驅動LED光源一發光傳遞信息。
[0027]所述光源二模塊包括調制器三、調制器四，調制器三的輸入端與反碼器的輸出端連接，調制器三的輸出端與合并器二的輸入端連接，調制器四的輸出端通過開關二與合并器二的輸入端連接，合并器二的輸出端通過陣列驅動模塊二與LED光源二連接;所述反碼器的輸入端與編碼器一的輸出端連接;所述調制器四的輸入端與編碼器二的輸出端連接;所述編碼器一輸出的編碼后的數字信號流一經過反碼器，按照相反的規則將數字信號流一進行反碼操作，使之與進入調制器一的數字信號互為反碼，然后將此信號送入調制器三，調制器三選擇調制方式一對此信號的進行調制，轉換成適合光電傳輸的已調信號；調制器四將編碼器二輸出的編碼后的數字信號流二按照調制方式二進行調制，將數字信號流二轉換成適合光電傳輸的已調信號；調制器三和調制器四的兩路已調信號在開關二閉合的條件下經過合并器二進行信號的整合，然后通過陣列驅動模塊二的驅動作用驅動LED光源二發光傳遞信息。
[0028]所述數據流一是指的數據源要發送的第一路模擬信號，此信號的傳輸速率編號為傳輸速率一。
[0029]所述數據流二是指的數據源要發送的第二路模擬信號，此信號的傳輸速率編號為傳輸速率二。
[0030]其中應用于本發明發射端的接收端屬于現有技術結構，如圖2所示，為接收端的一種連接圖，該接收端具體包括光探測一、光探測器二，所述光探測器一的輸出端與信號處理電路一的輸入端連接，信號處理電路一的輸出端與信號分離器一的輸入端連接，信號分離器的輸出端分別與解調器一的輸入端以及解調器二的輸入端連接，解調器一的輸出端與譯碼器一的輸入端連接，譯碼器一的輸出端與DA轉換器一的輸入端連接;解調器二的輸出端與譯碼器二的輸入端連接，譯碼器二的輸出端與DA轉換器二的輸入端連接;所述光探測器二的輸出端與信號處理電路二的輸入端連接，信號處理電路二的輸出端與信號分離器二的輸入端連接，信號分離器二的輸出端分別與解調器三的輸入端和解調器四的輸入端連接，解調器三的輸出端與譯碼器三的輸入端連接，譯碼器三的輸出端與DA轉換器三的輸入端連接;解調器四的輸出端與譯碼器四的輸入端連接，譯碼器四的輸出端與DA轉換器四的輸入端連接;所述DA轉換器二的輸出端與DA轉換器三的輸出端通過合并器三合并輸出。
[0031 ]下面對本發明的具體實施進行進一步的說明:
[0032]如圖3所示，本發明是通過兩種調制方式的復合來實現不同速率的兩路信號的發送，圖3是對數字信號對應的一種信源編碼方式:曼徹斯特編碼，目的是避免調制信號一出現連續低電平狀態，因為調制信號一為低電平狀態時，無法與調制信號二復合，本發明舉例中調制方式一選擇的調制方式為OOK調制，數字信號流一采用的編碼方式為圖3所示的編碼方式。
[0033]本發明中的兩種調制方式復合，調制方式一以圖5所示的調制方式為例，調制方式二以圖4所示的調制方式為例，分別以調制方式一、二調制兩路信號。
[0034]如圖4，5所示的調制兩路信號的復合調制方式以圖6為例，表示的是在調制方式一的高電平位置復合調制方式二。
[0035]將圖3中的曼徹斯特碼采用OOK調制方式(調制方式一)進行調制，在PPM調制(調制方式二)中，采用8-PPM調制方式，如圖4所示。
[0036]本發明是在調制方式一(例如OOK調制)傳輸一路信號的同時，在其上復合調制方式二(例如PPM)，傳輸第二路信號。以OOK調制和PPM調制為例，在OOK上調制的信號假設是101100101信號，由于OOK調制方式是交替的高低電平信號，高電平代表的是傳輸信號I，低電平代表的是傳輸信號0，需要注意的是O或I的連續出現會造成時鐘信號的提取困難，尤其在本方案中，連O的出現會導致調制信號二無法被附和到調制信號一上，所以采用曼徹斯特編碼來對數字信號進行編碼，曼徹斯特編碼規則參考圖3。
[0037]當OOK調制出現高電平時，可以在其上復合另一路信號，假設第二路信號采用的是8-PPM調制，在OOK調制方式的高電平時加入第二路需要傳輸的信號，所以在整個信號傳輸過程中相當于在一個信道中傳輸了兩路信號，實現了發明中所說的雙速率發射。
[0038]具體雙速率傳輸實例:采用OOK調制，曼徹斯特編碼方式，作為調制方式一，在其高電平位置附上另外一種調制方式二(8-PPM調制方式)，假設傳輸的第一路信號為101100101，曼徹斯特編碼方式為10代表數字信號I，01代表數字信號O。
[0039]采用OOK調制方式對圖3的一路數字信號的曼徹斯特碼進行調制，其中OOK調制方式的高電平表示曼徹斯特碼I，低電平信號表示曼徹斯特碼O。
[0040]第二路信號采用8-PPM調制，其調制方式如圖4所示，第二路信號調制到OOK的高電平，假設調制的第二路信號的為0000000，則復合后的調制的兩路信號如圖6所示的OOK調制方式復合8-PPM調制方式傳輸兩路信號方式圖。
[0041]為了避免調制的第二路信號出現不連續的情況，需將第一路信號取反，同樣在高電平上加入第二路載波信號，如圖7所示的兩路信號兩種方式復合調制圖，這樣的傳輸的第二路信號為0000000。
[0042]本發明在發射端，模數轉換器將待傳輸的模擬信號轉換成數字信號，緩存器將數據源發來的信息數據緩存，隨后將數據按組送入編碼器，進而對編碼處理后的數據進行調制，轉換成適合光路傳輸的已調信號，反碼器的作用是將第一路信號取反，使之高低電平互換，保證調制在其上的第二路信號在解調端的連續性，經合并器將兩路信號合并后，再將已調信號送入LED驅動電路驅動LED光源發光。在經過模數轉換器以及編碼器編碼后的兩路信號，以不同的調制方式進行調制，將第二路的高速信號以調制方式二進行調制，低速信號以調制方式一進行調制，用車聯網中車燈信號的亮滅閃爍來表示高低電平，在閃爍信號為亮即為高電平時，開關一關閉，調制信號二與調制信號一合并作為已調信號調制到LED光源一上。由于調制信號二僅僅是在調制信號一的高電平位置進行合并，在光源二模塊，在調制信號一之后進行反碼器的反碼操作，使調制信號一的高低電平互換，在調制信號一為高電平時，開關二關閉，調制信號二與調制信號一進行合并，將合并后的已調信號加載到LED光源二上。圖8為本發明的操作流程圖。
[0043]通過在接收端根據調制方式選擇合適的解調方式，分別接收在發射端發射的兩個車燈上的復合信號，從而將兩車燈上的信號分別解調出來。隨著通信技術的發展，現在移動發射機設備采用數字處理技術實現了兼顧多種調制方式，所以在現有的調制方式上復合另一種調制方式的本項發明是可實現的。
[0044]綜上，本發明提供的基于LED車燈的雙速率可見光通信發信機解決了車聯網技術中傳統發射機只能同時發射單一速率信號，不能同時發送高低速信號，從而降低了信道利用率的問題，本發明的核心部分在于經調制器的兩種不同調制方式調制后的信號進行合并，利用調制方式的結合實現兩種傳輸速率信號的發射，從而使得在車聯網車與車之間的通信中可以同時傳輸兩路信號(高速信號和低速信號)，提高了信道利用率。
[0045]本實施方式中沒有詳細敘述的部分屬本行業的公知的常用手段，這里不一一敘述。以上例舉僅僅是對本發明的舉例說明，并不構成對本發明的保護范圍的限制，凡是與本發明相同或相似的設計均屬于本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.基于LED車燈的雙速率可見光通信發信機，包括發射端，其特征在于:所述發射端包括AD轉換器一、AD轉換器二，所述AD轉換器一的輸出端與數據緩存模塊一的輸入端連接，數據緩存模塊一的輸出端與編碼器一的輸入端連接;所述AD轉換器二的輸出端與數據緩存模塊二的輸入端連接，數據緩存模塊二的輸出端與編碼器二的輸入端連接;所述編碼器一的輸出端以及編碼器二的輸出端分別連接光源一模塊以及光源二模塊； 所述AD轉換器一將數據流一的模擬信號轉換成數字信號，然后經過數據緩存模塊一進行數據緩存，隨后將緩存后的數字信號流一送入編碼器一，編碼器一將數字信號流一進行編碼;所述AD轉換器二將數據流二的模擬信號轉換成數字信號，然后經過數據緩存模塊二進行數據緩存，隨后將緩存后的數字信號流二送入編碼器二，編碼器二將數字信號流二進行編碼； 所述編碼器一將數字信號流一、編碼器二將數字信號流二分別送入光源一模塊進行信號調制、信號合并以及發射； 所述編碼器一將數字信號流一、編碼器二將數字信號流二分別送入光源二模塊進行信號調制、信號合并以及發射。2.如權利要求1所述的基于LED車燈的雙速率可見光通信發信機，其特征在于:所述光源一模塊包括調制器一、調制器二，調制器一的輸出端與合并器一的輸入端連接，調制器二的輸出端通過開關一與合并器一的輸入端連接，所述合并器一的輸出端通過陣列驅動模塊一與LED光源一連接;所述調制器一的輸入端與編碼器一的輸出端連接;所述調制器二的輸入端與編碼器二的輸出端連接； 所述調制器一將編碼器一輸出的編碼后的數字信號流一按照調制方式一進行調制，轉換成適合光電傳輸的已調信號；調制器二將編碼器二輸出的編碼后的數字信號流二按照調制方式二進行調制，將數字信號流二轉換成適合光電傳輸的已調信號；調制器一和調制器二的兩路已調信號在開關一閉合的情況下經過合并器一進行信號的整合，然后通過陣列驅動模塊一的驅動作用驅動LED光源一發光傳遞信息。3.如權利要求1所述的基于LED車燈的雙速率可見光通信發信機，其特征在于:所述光源二模塊包括調制器三、調制器四，調制器三的輸入端與反碼器的輸出端連接，調制器三的輸出端與合并器二的輸入端連接，調制器四的輸出端通過開關二與合并器二的輸入端連接，合并器二的輸出端通過陣列驅動模塊二與LED光源二連接;所述反碼器的輸入端與編碼器一的輸出端連接;所述調制器四的輸入端與編碼器二的輸出端連接； 所述編碼器一輸出的編碼后的數字信號流一經過反碼器，按照相反的規則將數字信號流一進行反碼操作，使之與進入調制器一的數字信號互為反碼，然后將此信號送入調制器三，調制器三選擇調制方式一對此信號的進行調制，轉換成適合光電傳輸的已調信號；調制器四將編碼器二輸出的編碼后的數字信號流二按照調制方式二進行調制，將數字信號流二轉換成適合光電傳輸的已調信號；調制器三和調制器四的兩路已調信號在開關二閉合的條件下經過合并器二進行信號的整合，然后通過陣列驅動模塊二的驅動作用驅動LED光源二發光傳遞信息。4.如權利要求1所述的基于LED車燈的雙速率可見光通信發信機，其特征在于:所述數據流一是指的數據源要發送的第一路模擬信號，此信號的傳輸速率編號為傳輸速率一。5.如權利要求1所述的基于LED車燈的雙速率可見光通信發信機，其特征在于:所述數據流二是指的數據源要發送的第二路模擬信號，此信號的傳輸速率編號為傳輸速率二。
【文檔編號】H04B10/116GK105959062SQ201610506243
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】岳鵬, 盧姍姍, 崔宗敏, 李長樂, 楊紅
【申請人】西安電子科技大學