基于可見光的多天線動(dòng)態(tài)協(xié)作通信系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可見光通信技術(shù)，尤其涉及一種基于可見光的動(dòng)態(tài)協(xié)作通信系統(tǒng)及其方法;具體地是一種通信鏈路在視距部分受遮擋或全部受遮擋時(shí)保持通信連續(xù)性的MMO通信方案。
【背景技術(shù)】
[0002]可見光通信技術(shù)是一種無線光通信技術(shù)，它利用可見光作為通信媒介，可實(shí)現(xiàn)高速率的信息傳送?？梢姽庾鳛橐环N無線接入技術(shù)可解決射頻通信中頻帶資源受限和電磁干擾的問題，從而實(shí)現(xiàn)高速率的數(shù)據(jù)傳輸。雖然可見光有諸多優(yōu)點(diǎn)，仍需要使用不同的方式增加可見光的通信速率，Mnro多天線空間復(fù)用傳輸可以極大增加通信容量和通信速率。同時(shí)，可見光傳輸?shù)闹本€特性導(dǎo)致發(fā)送端和接收端之間容易因?yàn)檎趽醵鴮?dǎo)致鏈路中斷，因此在天線之間視距受到遮擋之后如何繼續(xù)保持通信的連續(xù)性成為了一個(gè)關(guān)鍵。
[0003]分析可見光通信目前存在的問題，一次反射信號(hào)可以是視距遮擋后依然保持通信連續(xù)性的一個(gè)重要方法，多天線通信是提升信息容量和提高信號(hào)可靠性的一個(gè)重要方法。因此在實(shí)際通信模型中如何協(xié)調(diào)視距鏈路多天線通信、視距鏈路單天線通信及一次反射鏈路多天線通信等通信方法對(duì)于保持通信可靠性和連續(xù)性具有很大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)室內(nèi)可見光通信視距鏈路遮擋時(shí)通信中斷的問題，通過對(duì)信號(hào)接收功率測(cè)量來實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈路狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)提供一種基于可見光的動(dòng)態(tài)協(xié)作通信系統(tǒng)及其方法，即多模式的動(dòng)態(tài)切換的傳輸方法，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)可見光發(fā)射天線和接收天線之間無視距遮擋時(shí)高速通信，視距受遮擋后依然可以保持低速通信。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]設(shè)計(jì)思路
[0007]由于室內(nèi)信息發(fā)送裝置中LED天線陣列的布局是固定不變，而室內(nèi)會(huì)出現(xiàn)人的走動(dòng)，所以信息發(fā)送裝置和信息接收裝置之間可能會(huì)隨著人走動(dòng)的變化出現(xiàn)視距遮擋。設(shè)置模式切換流程，通過信息接收裝置中接收功率測(cè)量單元實(shí)時(shí)測(cè)量并計(jì)算信號(hào)的接收功率以判決通信鏈路是否處于遮擋狀態(tài)，并通過信息接收裝置中信號(hào)回傳模塊與信息控制處理裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息交流;針對(duì)不同的遮擋狀態(tài)設(shè)置不同的通信模式，信息控制處理裝置根據(jù)鏈路狀態(tài)的變化實(shí)時(shí)對(duì)通信模式進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)無中斷高效通信。
[0008]—、基于可見光的動(dòng)態(tài)協(xié)作通信系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱系統(tǒng))
[0009]本系統(tǒng)包括外部網(wǎng)絡(luò)、信息控制處理裝置，信息發(fā)送裝置和信息接收裝置；
[0010]其連接關(guān)系是:
[0011]外部網(wǎng)絡(luò)、信息控制處理裝置和信息發(fā)送裝置依次連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理、發(fā)送和交換；
[0012]信息接收裝置通過可見光信道和信息發(fā)送裝置連通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)下行通信；
[0013]信息接收裝置中的信號(hào)回傳單元通過紅外、wifi或3G通信的方式與信息控制處理裝置中的回傳信號(hào)接收單元連通，實(shí)現(xiàn)控制信息、請(qǐng)求信息及鏈路狀態(tài)信息的上行通信。
[0014]二、基于可見光的動(dòng)態(tài)協(xié)作通信方法(簡(jiǎn)稱方法)
[0015]本方法包括下列步驟:
[0016]①信息控制處理裝置發(fā)送一個(gè)測(cè)試信號(hào)幀；
[0017]②信息接收裝置接收到信號(hào)幀，測(cè)試各接收天線接收信號(hào)強(qiáng)度，并將其打包，通過信號(hào)回傳單元向信息控制處理裝置回復(fù)測(cè)量信息；
[0018]③信息控制處理裝置接收到回傳信息，通過對(duì)比預(yù)先設(shè)定的功率閾值確定通信鏈路狀態(tài)，判別通信模式并進(jìn)行模式切換；
[0019]④信息控制處理裝置根據(jù)確定的通信模式中發(fā)送方式及通信速率的要求，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)送速率，并通過天線發(fā)送；
[0020]⑤信息接收裝置接收到信息，并實(shí)現(xiàn)可見光通信。
[0021 ]本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0022]①提供了一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)可見光通信鏈路變化的技術(shù)方案
[0023]提出了模式切換流程，通過信息處理單元發(fā)送測(cè)試信號(hào)、信號(hào)回傳單元實(shí)時(shí)反饋接收信號(hào)強(qiáng)度的方式來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通信鏈路的變化，有助于及時(shí)了解鏈路的通信狀態(tài)。
[0024]②提供了一種應(yīng)對(duì)通信鏈路狀況實(shí)時(shí)變化的可靠通信技術(shù)方案
[0025]設(shè)定幾種不同鏈路狀態(tài)下的通信模式，最大化的保持通信的可靠性和持續(xù)性;通過設(shè)定功率閾值，對(duì)接收到的信號(hào)功率進(jìn)行判別，以確定其合適的通信模式;信號(hào)控制單元實(shí)時(shí)根據(jù)模式要求控制信息處理單元的數(shù)據(jù)調(diào)制速率，同時(shí)控制天線選擇控制單元進(jìn)行合理的天線調(diào)配，使得鏈路保持較高的通信效率，同時(shí)可以應(yīng)對(duì)室內(nèi)天線間遮擋狀況的變化，豐富了室內(nèi)可見光通信的使用場(chǎng)景。
[0026]③提供了一種在室內(nèi)通信視距全遮擋的狀態(tài)下保持通信的技術(shù)方案
[0027]通過對(duì)接收信號(hào)功率變化的監(jiān)測(cè)可以判決接收天線和發(fā)送天線間是否處于視距全遮擋狀態(tài)，若處于全遮擋狀態(tài)，則使用墻面對(duì)可見光的一次反射信號(hào)來作通信信號(hào)，同時(shí)控制信息處理單元降低數(shù)據(jù)的調(diào)制速率，保持室內(nèi)通信鏈路視距全遮擋情況下通信的持續(xù)性。
[0028]④適用于辦公室、客廳、房間等室內(nèi)的可見光通信場(chǎng)所，該通信方案可避免因可見光視距遮擋導(dǎo)致的通信中斷，增加室內(nèi)可見光通信的持續(xù)性和實(shí)用性。
【附圖說明】
[0029]圖1是本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖；
[0030]圖2是本方法的步驟圖；
[0031 ]圖3是本方法通信模式判別流程圖；
[0032]圖4是模式切換流程圖；
[0033]圖5是接收功率百分比與反射次數(shù)的關(guān)系圖。
[0034]圖中:
[0035]10一外部網(wǎng)絡(luò)；
[0036]20—信息控制處理裝置，
[0037]21-信號(hào)控制單元， 22-模式切換處理單元
[0038]23-信息處理單元， 24-天線選擇控制單元
[0039]25-回傳信號(hào)接收單元；
[0040]30—信息發(fā)送裝置，
[0041 ] 31_信號(hào)傳輸線，32-LED天線陣列；
[0042]40—信息接收裝置，
[0043]41-光電探測(cè)器，42-接收功率測(cè)量單元，
[0044]43-接收信息處理單元，44-信號(hào)回傳單元；
[0045]英譯漢
[0046]I nMIM0:MultipIe-1nput Multiple-Output，指在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，使信號(hào)通過發(fā)射端與接收端的多個(gè)天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量;它能充分利用空間資源，通過多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，可以成倍的提高系統(tǒng)信道容量，顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)，被視為下一代移動(dòng)通信的核心技術(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明:
[0048]一、系統(tǒng)
[0049]1、總體
[0050]如圖1，本系統(tǒng)包括外部網(wǎng)絡(luò)10、信息控制處理裝置20，信息發(fā)送裝置30和信息接收裝置40;
[0051 ]其連接關(guān)系是:
[0052]外部網(wǎng)絡(luò)10、信息控制處理裝置20和信息發(fā)送裝置30依次連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理、發(fā)送和交換；
[0053]信息接收裝置40通過可見光信道和信息發(fā)送裝置30連通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)下行通信；
[0054]信息接收裝置40中的信號(hào)回傳單元44通過紅外、wifi或3G通信的方式與信息控制處理裝置20中的回傳信號(hào)接收單元25連通，實(shí)現(xiàn)控制信息、請(qǐng)求信息及鏈路狀態(tài)信息的上行通信。
[0055]2、功能部件
[0056]I)外部網(wǎng)絡(luò)10
[0057]外部網(wǎng)絡(luò)10包括以太網(wǎng)口和網(wǎng)關(guān)，為數(shù)據(jù)控制處理裝置20提供外部數(shù)據(jù)。
[0058]2)信息控制處理裝置20
[0059]信息控制處理裝置20包括信號(hào)控制單元21、模式切換處理單元22、信息處理單元23、天線選擇控制單元24和回傳信號(hào)接收單元25;
[0060]信號(hào)控制單元21分別與模式切換處理單元22、信息處理單元23、天線選擇控制單元24和回傳信號(hào)接收單元25連接，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理控制、模式切換控制、天線選擇狀態(tài)控制及回傳信號(hào)控制；
[0061]模式切換處理單元22與信息處理單元23連接，實(shí)現(xiàn)模式切換信息交換；
[0062]信息處理單元23與天線選擇控制單元24連接，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞；
[0063]回傳信號(hào)接收單元25分別與信號(hào)控制單元21和信息處理單元23連接，分別實(shí)現(xiàn)回傳信息接收通知和回傳信息數(shù)據(jù)處理；
[0064](I)信號(hào)控制單元21
[0065]信號(hào)控制單元21采用TI公司生產(chǎn)的數(shù)字信號(hào)控制器MS320F2808;
[0066]控制數(shù)據(jù)處理及發(fā)送速率、控制模式切換。
[0067](2)模式切換處理單元22
[0068]模式切換處理單元22采用上述數(shù)字信號(hào)控制單元21并行計(jì)算；
[0069]用于對(duì)比接收信號(hào)強(qiáng)度與功率閾值，并通過數(shù)字信號(hào)控制器MS320F2808中內(nèi)嵌的軟件，編程控制使判決結(jié)果反饋給信號(hào)控制單元21。
[0070](3)信息處理單元23
[0071 ]信息處理單元23包含數(shù)據(jù)處理芯片DSP及存儲(chǔ)器放大電路；
[0072]用于發(fā)送數(shù)據(jù)的編碼、回傳信號(hào)解碼、數(shù)據(jù)流并串轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等數(shù)據(jù)處理。
[0073](4)天線選擇控制單元24
[0074]天線選擇控制單元24采用上述數(shù)字信號(hào)控制器MS320F2808并行操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)天線的選擇控制，包含LED驅(qū)動(dòng)芯片、M0S管開關(guān)控制器件等；
[0075]用于選擇和驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的發(fā)送陣列天線通信。
[0076]