可见光通信技术中照明、定位、通信三用的编码方法技术

本发明专利技术公开了一种可见光通信技术中照明、定位、通信三用的编码方法，包括如下步骤：首先，对发送端LED进行亮度调制，亮度变化频率超过人眼感知范围，使LED实现照明功能的同时携带人眼无法察觉的闪烁信号；然后，采用交叉二五码对待传输LED定位信息进行编码，输出的码字包含支持调光的亮暗相间的M个条纹。然后，每一个条纹按照时间宽度嵌入不同的数据帧，进行二次编码。在二次编码中，原始数据通过极化码编码，然后通过插入不同的调光符号构成1/K和(K‑1/K)两种码重，对插入调光符号后的码字进行交织编码；最后，按照数据帧结构加上帧头、地址字段、控制字段等，完成二次编码，即可获得在保证照明和光定位功能同时又可实现通信功能的三用编码方法。

【技术实现步骤摘要】
可见光通信技术中照明、定位、通信三用的编码方法
本专利技术涉及可见光通信(Visiblelightcommunication，VLC)
，更具体地涉及一种可见光通信技术中同时实现照明、定位、通信三用的编码方法。
技术介绍
可见光通信(VLC)技术作为21世纪以来新兴的一种无线通信方案，采用可见光波段(380nm～760nm)作为信息载体，提供了大量不受管制的电磁频谱和极大的带宽，具有低碳、接近零通信损耗、频率复用、信噪比高、无电磁干扰等优势，是未来无线通信中非常具有前景的技术方案。可见光通信技术通常采用LED光源作为发射机，在保证照明的同时采用不同的编码方案对LED光源进行调制，以实现通信功能或者定位技术。其通信所在的频段高，可提供非常高的数据传输速率，并且方向性好，非常适用于定位技术。虽然当前的可见光通信技术在照明、通信、定位技术方面有很多优势，但是通常只能保证照明、通信或者照明、定位的技术模式，这两种模式的编码方案只能同时满足两种功能，功能相对单一，不能同时实现照明、定位、通信的技术需求，应用场景受到了很大的限制。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，进一步设计出同时具备照明、定位、通信功能的技术方案，扩大可见光通信技术的应用模式与应用场景，本专利技术提供一种可见光通信技术中照明、定位、通信三用的编码方法，通过本专利技术设计的在用于定位功能的低速交叉二五码条纹中嵌入高速数据帧的方法，对每个条纹实现二次编码，从而同时实现照明、定位和通信的功能。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供的一种可见光通信技术中照明、定位、通信三用的编码方法，包括下述步骤：S1、对发送端LED灯光进行亮度调制，亮度变化频率超过人眼感知范围，使LED灯光在实现照明功能的同时携带了人眼无法察觉的闪烁信号；S2、采用交叉二五码对待传输LED灯定位信息进行编码，编码输出码字包含了支持调光的亮暗相间的M个条纹；S3、对所生成的包含M个条纹的交叉二五码码字，在每一个条纹中按照条纹时间宽度嵌入两种不同长度的数据帧，完成二次编码；S4、对应的M个数据帧中，长度分为l1bit和l2bit两种，分别对应于交叉二五码中的宽、窄条纹；S5、对原始通信数据比特进行分组极化码编码，分别得到l1/2bit和l2/2bit两种极化码编码码字；S6、对长度为l1/2bit或l2/2bit极化码编码码字插入xbit或ybit长度的0/1调光符号，构造出码重分别为1/K、(K-1)/K的(x+l1/2)bit或1/K、(K-1)/K码重的(y+l2)bit长度数据帧；码重为1/K的数据帧对应于交叉二五码中的暗条纹，暗数据帧Fdark；码重为(K-1)/K的数据帧对应于交叉二五码中的亮条纹，成为亮数据帧Fbright；S7、完成组帧，嵌入数据帧的三用编码码字经LED灯光传输后其低速交叉二五码码字由摄像头成像捕获产生用于解码定位信息的明暗相间条纹，其中的高速数据帧则由光电二极管接收解码得到原始通信数据比特。优选的，步骤S1中，发送端LED灯采用OOK调制，亮度变化的周期T小于人眼感知的最大闪烁周期。优选的，步骤S2具体为：S21、交叉二五码每一个字符由5个黑条或5个白条组成，其中两个为宽条，三个窄条，所述宽条由二进制的“1”表示，所述窄条二进制的“0”表示；黑白条交错，且黑条置于奇数位，白条置于偶数位；S22、根据真值表选取N0个数字进行编码，第一数字被编码在五个黑条中，而第二数字被编码在与它们交叉的五个白条中，形成M个交替的明暗条纹；S23、M个交替的明暗条纹中共有“亮窄条纹”、“亮宽条纹”、“暗宽条纹”、“暗窄条纹”四种，四种变化的持续时间分别设置：亮窄条纹为t1us、亮宽条纹为t2us、暗宽条纹为t2us、暗窄条纹为t1us，其中t1＝(l1+32bit)×t0，t2＝(l2+32bit)×t0t0为数据帧中每bit占用时间。优选的，步骤S3中，所述数据帧结构为：“8bit帧头”+“8bit地址字段”+“8bit控制字段”+“信息帧”+“8bit帧尾”。优选的，步骤S3中，所述生成的M个条纹，每一个条纹按照条纹时间宽度插入不同的数据帧，具体为：S31、生成的M个条纹，每一个条纹都插入一个数据帧，依次定义为数据帧1、数据帧2、数据帧3、数据帧4、数据帧5、数据帧6、数据帧7、数据帧8、数据帧9、数据帧10、数据帧11、数据帧12、数据帧13、数据帧14、数据帧15、数据帧16……数据帧M3、数据帧M2、数据帧M1、数据帧M；S32、每一个数据帧的结构定义为：“8bit帧头”+“8bit地址字段”+“8bit控制字段”+“信息帧”+“8bit帧尾”；S33、数据帧中的每一个bit的时间设置为t0us，上述S2步骤中对应的时长为t1us的窄条纹设置(l1+32)bit的帧长，对应的信息帧设置为l1bit，时长为t2us的宽条纹设置为(l2+32)bit的帧长，对应的信息帧设置为l2bit。优选的，步骤S5中，所述原始通信数据比特进行分组极化码编码，分别得到l1/2bit和l2/2bit两种极化码编码码字，具体为：S51、在窄条纹对应的l1bit信息帧中，插入的原始数据设置为l1/4bit长度，宽条纹对应的l2bit信息帧中，插入的原始数据设置为l2/4bit长度；S52、计算l1/4bit和l2/4bit原始通信数据下信道的巴氏参数；S53、根据巴氏参数的值由小到大对子信道进行排序，定义休眠比特，并分别得到码长N1＝l1/2bit码长N2＝l2/2bit的插入休眠比特后的码字；S54、构造生成矩阵GN，GN为：其中表示对矩阵的n次克罗内克积得到生成矩阵GN1和GN2；S55、将l1/2bit插入休眠比特后的码字与GN1进行异或运算，得到l1/2bit极化码编码码字，将l2/2bit插入休眠比特后的码字与GN2进行异或运算，得到l2/2bit极化码编码码字，编码后的l1/2bit和l2/2bit码字均为1/2码重。优选的，步骤S52中，按照阈值计算公式(2)计算，公式(2)为：其中代表目标误帧率设置为x，N＝2n代表码长，K代表信息位长度，A代表传输信息比特的信道，代表休眠比特传输的数值，l1/4bit原始通信数据下N1＝l1/2bit，K1＝l1/4bit，A1＝l1/4，为l1/4bit且全部为“0”，l2/2bit原始通信数据下N2＝l2/2bit，K2＝l2/4bit，A2＝l2/4，为l2/4bit且全部为“0”。优选的，步骤S6中，所述对长度为l1/2bit和l2/2bit两种极化码编码后的码字分别再插入xbit和ybit的调光符号，构造1/K、(K-1)/K两种码重的数据帧，码重为1/K的数据帧对应于交叉二五码中的暗条纹，暗数据帧Fdark；码重为(K-1)/K的数据帧对应于交叉二五码中的亮条纹，成为亮数据帧F本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可见光通信技术中照明、定位、通信三用的编码方法，其特征在于，包括下述步骤：/nS1、对发送端LED灯光进行亮度调制，亮度变化频率超过人眼感知范围，使LED灯光在实现照明功能的同时携带了人眼无法察觉的闪烁信号；/nS2、采用交叉二五码对待传输LED灯定位信息进行编码，编码输出码字包含了支持调光的亮暗相间的M个条纹；/nS3、对所生成的包含M个条纹的交叉二五码码字，在每一个条纹中按照条纹时间宽度嵌入两种不同长度的数据帧，完成二次编码；/nS4、对应的M个数据帧中，长度分为l

【技术特征摘要】
1.可见光通信技术中照明、定位、通信三用的编码方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、对发送端LED灯光进行亮度调制，亮度变化频率超过人眼感知范围，使LED灯光在实现照明功能的同时携带了人眼无法察觉的闪烁信号；
S2、采用交叉二五码对待传输LED灯定位信息进行编码，编码输出码字包含了支持调光的亮暗相间的M个条纹；
S3、对所生成的包含M个条纹的交叉二五码码字，在每一个条纹中按照条纹时间宽度嵌入两种不同长度的数据帧，完成二次编码；
S4、对应的M个数据帧中，长度分为l1bit和l2bit两种，分别对应于交叉二五码中的宽、窄条纹；
S5、对原始通信数据比特进行分组极化码编码，分别得到l1/2bit和l2/2bit两种极化码编码码字；
S6、对长度为l1/2bit或l2/2bit极化码编码码字插入xbit或ybit长度的0/1调光符号，构造出码重分别为1/K、(K-1)/K的(x+l1/2)bit或1/K、(K-1)/K码重的(y+l2)bit长度数据帧；码重为1/K的数据帧对应于交叉二五码中的暗条纹，暗数据帧Fdark；码重为(K-1)/K的数据帧对应于交叉二五码中的亮条纹，成为亮数据帧Fbright；
S7、完成组帧，嵌入数据帧的三用编码码字经LED灯光传输后其低速交叉二五码码字由摄像头成像捕获产生用于解码定位信息的明暗相间条纹，其中的高速数据帧则由光电二极管接收解码得到原始通信数据比特。


2.根据权利要求1所述可见光通信技术中照明、定位、通信三用的编码方法，其特征在于，步骤S1中，发送端LED灯采用OOK调制，亮度变化的周期T小于人眼感知的最大闪烁周期。


3.根据权利要求1所述可见光通信技术中照明、定位、通信三用的编码方法，其特征在于，步骤S2具体为：
S21、交叉二五码每一个字符由5个黑条或5个白条组成，其中两个为宽条，三个窄条，所述宽条由二进制的“1”表示，所述窄条二进制的“0”表示；黑白条交错，且黑条置于奇数位，白条置于偶数位；
S22、根据真值表选取N0个数字进行编码，第一数字被编码在五个黑条中，而第二数字被编码在与它们交叉的五个白条中，形成M个交替的明暗条纹；
S23、M个交替的明暗条纹中共有“亮窄条纹”、“亮宽条纹”、“暗宽条纹”、“暗窄条纹”四种，四种变化的持续时间分别设置：亮窄条纹为t1us、亮宽条纹为t2us、暗宽条纹为t2us、暗窄条纹为t1us，其中t1＝(l1+32bit)×t0，t2＝(l2+32bit)×t0，t0为数据帧中每bit占用时间。


4.根据权利要求1所述可见光通信技术中照明、定位、通信三用的编码方法，其特征在于，步骤S3中，所述数据帧结构为：“8bit帧头”+“8bit地址字段”+“8bit控制字段”+“信息帧”+“8bit帧尾”。


5.根据权利要求4所述可见光通信技术中照明、定位、通信三用的编码方法，其特征在于，步骤S3中，所述生成的M个条纹，每一个条纹按照条纹时间宽度插入不同的数据帧，具体为：
S31、生成的M个条纹，每一个条纹都插入一个数据帧，依次定义为数据帧1、数据帧2、数据帧3、数据帧4、数据帧5、数据帧6、数据帧7、数据帧8、数据帧9、数据帧10、数据帧11、数据帧12、数据帧13、数据帧14、数据帧15、数据帧16……数据帧M3、数据帧M2、数据帧M1、数据帧M；
S32、每一个数据帧的结构定义为：“8bit帧头”+“8bit地址字段”+“8bit控制字段”+“信息帧”+“8bit帧尾”；
S33、数据帧中的每一个bit的时间设置为t0us，上述S2步骤中对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：方俊彬，雷稳，黄霞，林浦曦，蒋琳，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44