本發(fā)明涉及可見光無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種可見光系統(tǒng)多用戶通信方法。

背景技術(shù)：

隨著時代的發(fā)展，無線通信技術(shù)與照明技術(shù)越來越普遍地進入人們的生活中，可見光led無線通信作為一種利用白光led進行通信的新技術(shù)，具有可見光資源豐富、安全節(jié)能、通信容量大、發(fā)射頻率高、傳輸速率快、無電磁干擾、不需要無線電頻率證等優(yōu)點。可見光led無線通信具有較好的應(yīng)用前景，在未來通信領(lǐng)域中占有重要的地位和價值，以led為室內(nèi)可見光通信信號光源，其具有節(jié)能化、智能化、信息化、安全化，無電磁輻射等優(yōu)點。

可見光通信是在led支持高速開關(guān)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，是一種全新的無線通信方式，具有很高的研究意義。為了實現(xiàn)可見光通信系統(tǒng)，必須解決多用戶通信問題，目前解決該問題的方法有正交頻分多址，采用正交頻分多址時，過高的峰均比會引發(fā)led的非線性效應(yīng)，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可見光系統(tǒng)多用戶通信方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的采用正交頻分多址導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供一種可見光系統(tǒng)多用戶通信方法，包括：

在發(fā)送端，獲取每個用戶對應(yīng)的walsh正交碼；

根據(jù)獲取的每個用戶對應(yīng)的walsh正交碼，利用映射的方式，對每路用戶信號進行正交編碼，使每路用戶信號分別映射為正交編碼后的序列，其中，所述用戶信號為待編碼信號；

將映射得到的多個序列進行疊加，并將疊加后得到的并行序列轉(zhuǎn)換為串行信號，所述串行信號通過可見光信道傳輸至接收端；

在接收端，通過與正交編碼相應(yīng)的正交解碼恢復(fù)出每路用戶信號。

進一步地，在根據(jù)獲取的每個用戶對應(yīng)的walsh正交碼，利用映射的方式，對每路用戶信號進行正交編碼，使每路用戶信號分別映射為正交編碼后的序列之前，所述方法還包括：

按照先入先出的原則對每路用戶信號進行緩沖處理。

進一步地，所述將映射得到的多個序列進行疊加包括：

將映射得到的多個序列進行疊加，得到并行序列，并由并串轉(zhuǎn)換模塊在所述并行序列之前插入同步幀，所述同步幀先于所述并行序列傳輸至所述并串轉(zhuǎn)換模塊。

進一步地，所述將疊加后得到的并行序列轉(zhuǎn)換為串行信號包括：

通過并串轉(zhuǎn)換模塊對疊加后得到的并行序列進行并串變換處理，由低位開始逐位傳輸，使所述并行序列變?yōu)?路串行信號。

進一步地，所述串行信號為電信號；

所述串行信號通過可見光信道傳輸至接收端包括：

通過第一放大器、第一偏置器、led將所述串行信號轉(zhuǎn)換為光信號，所述光信號通過可見光信道傳輸至接收端，其中，所述光信號的電平處于接收端的光電探測器可識別的電平區(qū)間內(nèi)。

進一步地，在接收端，通過與正交編碼相應(yīng)的正交解碼恢復(fù)出每路用戶信號之前，所述方法包括：

在接收端，通過光電探測器接收發(fā)送端發(fā)送的光信號，并將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，所述電信號通過第二放大器和第二偏置器進行傳輸；

利用同源時鐘，對通過所述第二放大器、第二偏置器的電信號進行采樣，將采樣得到的信號進行緩沖處理；

讀取經(jīng)過緩沖處理的采樣信號進行串并變換處理，并檢測同步幀，若檢測到同步幀，則進行幀同步，完成幀同步后進行信號恢復(fù)，恢復(fù)出并行序列；

將恢復(fù)出的并行序列傳輸至解碼模塊。

進一步地，所述讀取經(jīng)過緩沖處理的采樣信號進行串并變換處理包括：

以與緩沖速率一致的速率讀取經(jīng)過緩沖處理的采樣信號；

將讀取的經(jīng)過緩沖處理的采樣信號進行串并變換處理。

進一步地，所述將恢復(fù)出的并行序列傳輸至解碼模塊包括：

將恢復(fù)出的并行序列以與單用戶信號速率成固定比例關(guān)系的速率傳輸至解碼模塊。

進一步地，所述通過與正交編碼相應(yīng)的正交解碼恢復(fù)出每路用戶信號包括：

在用戶i對應(yīng)的解碼模塊中，將接收到的并行序列與預(yù)存的用戶i對應(yīng)的walsh正交碼進行乘加處理，

將乘加處理后得到的結(jié)果進行逆映射，得到用戶i對應(yīng)的原始信號。

進一步地，所述在用戶i對應(yīng)的解碼模塊中，將接收到的并行序列與預(yù)存的用戶i對應(yīng)的walsh正交碼進行乘加處理包括：

在用戶i對應(yīng)的解碼模塊中，將接收到的并行序列分割為四部分；

將四部分信號分別進行減偏置處理；

將減偏置處理結(jié)果與預(yù)存的用戶i對應(yīng)的walsh正交碼進行乘加處理。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

上述方案中，在發(fā)送端，獲取每個用戶對應(yīng)的walsh正交碼；根據(jù)獲取的每個用戶對應(yīng)的walsh正交碼，利用映射的方式，對每路用戶信號進行正交編碼，使每路用戶信號分別映射為正交編碼后的序列，其中，所述用戶信號為待編碼信號；將映射得到的多個序列進行疊加，并將疊加后得到的并行序列轉(zhuǎn)換為串行信號，所述串行信號通過可見光信道傳輸至接收端；在接收端，通過與正交編碼相應(yīng)的正交解碼恢復(fù)出每路用戶信號。這樣，在發(fā)送端，利用映射編碼的思想，使得發(fā)送端得到的信號更適于在可見光信道中進行傳輸，實現(xiàn)了用戶的碼分多址通信，且能夠提高信號傳輸速率，從而提高系統(tǒng)性能，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了可見光通信系統(tǒng)中的多用戶通信。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的可見光系統(tǒng)多用戶通信方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的可見光系統(tǒng)雙用戶通信方法原理示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的發(fā)送端編碼原理示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的接收端解碼原理示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發(fā)明針對現(xiàn)有的采用正交頻分多址導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降的問題，提供一種可見光系統(tǒng)多用戶通信方法。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的可見光系統(tǒng)多用戶通信方法，包括：

s101，在發(fā)送端，獲取每個用戶對應(yīng)的沃爾什(walsh)正交碼；

s102，根據(jù)獲取的每個用戶對應(yīng)的walsh正交碼，利用映射的方式，對每路用戶信號進行正交編碼，使每路用戶信號分別映射為正交編碼后的序列，其中，所述用戶信號為待編碼信號；

s103，將映射得到的多個序列進行疊加，并將疊加后得到的并行序列轉(zhuǎn)換為串行信號，所述串行信號通過可見光信道傳輸至接收端；

s104，在接收端，通過與正交編碼相應(yīng)的正交解碼恢復(fù)出每路用戶信號。

本發(fā)明實施例所述的可見光系統(tǒng)多用戶通信方法，在發(fā)送端，獲取每個用戶對應(yīng)的walsh正交碼；根據(jù)獲取的每個用戶對應(yīng)的walsh正交碼，利用映射的方式，對每路用戶信號進行正交編碼，使每路用戶信號分別映射為正交編碼后的序列，其中，所述用戶信號為待編碼信號；將映射得到的多個序列進行疊加，并將疊加后得到的并行序列轉(zhuǎn)換為串行信號，所述串行信號通過可見光信道傳輸至接收端；在接收端，通過與正交編碼相應(yīng)的正交解碼恢復(fù)出每路用戶信號。這樣，在發(fā)送端，利用映射編碼的思想，使得發(fā)送端得到的信號更適于在可見光信道中進行傳輸，實現(xiàn)了用戶的碼分多址通信，且能夠提高信號傳輸速率，從而提高系統(tǒng)性能，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了可見光通信系統(tǒng)中的多用戶通信。

本實施例所述的可見光系統(tǒng)多用戶通信方法，具體可以包括：

為每個用戶分配一個唯一的walsh正交碼，例如，用戶1的正交碼為[1,-1,1,-1]，用戶2的正交碼為[1,1,-1,-1]；根據(jù)為每個用戶分配的walsh正交碼，利用映射的方式，對每路用戶信號進行正交編碼，使每路用戶信號分別映射為正交編碼后的序列，將映射得到的多個序列進行疊加，得到并行序列，將疊加后得到的并行序列轉(zhuǎn)換為串行信號，利用可見光信道傳輸將所述串行信號傳輸在接收端，接收端則利用預(yù)存儲的walsh正交碼將各路用戶信號從串行信號中解碼出來，編解碼處理均由fpga實現(xiàn)，以此方式即可在不增加信道的情況下，令可見光通信系統(tǒng)實現(xiàn)多用戶通信。

本實施例中，如圖2所示，以雙用戶為例，對本實施例所述的可見光系統(tǒng)多用戶通信方法進行詳細說明，其中，所述雙用戶為用戶1和用戶2。

在前述可見光系統(tǒng)多用戶通信方法的具體實施方式中，進一步地，在根據(jù)獲取的每個用戶對應(yīng)的walsh正交碼，利用映射的方式，對每路用戶信號進行正交編碼，使每路用戶信號分別映射為正交編碼后的序列之前，所述方法還包括：

按照先入先出(firstinfirstout，fifo)的原則對每路用戶信號進行緩沖處理。

本實施例中，具體的，可以按照時間先后順序?qū)⒚柯酚脩粜盘栆躁犃械男问椒謩e送入各自對應(yīng)的fifo模塊進行儲存，以期減小信號抖動帶來的誤差。

本實施例中，每路用戶信號的大小可以是2bit。

本實施例中，從fifo模塊讀取兩路用戶信號，將讀取的每路用戶信號送入各自對應(yīng)的編碼映射模塊；在用戶1對應(yīng)的編碼映射模塊中，利用映射的方式，對用戶1信號進行正交編碼，使用戶1信號映射為正交編碼后的序列x1；同理，在用戶2對應(yīng)的編碼映射模塊中，利用映射的方式，對用戶2信號進行正交編碼，使用戶2信號映射為正交編碼后的序列x2，至此，完成擴頻；映射是擴頻的實現(xiàn)方法。

本實施例中，映射的作用是將原本需要乘法器完成的：用戶信號與walsh正交碼相乘的電路簡化為一個選擇電路，其原理是用戶信號每2bit只對應(yīng)4種可能的結(jié)果，因此可以省去計算步驟，起到降低系統(tǒng)復(fù)雜度的目的。

在前述可見光系統(tǒng)多用戶通信方法的具體實施方式中，進一步地，所述將映射得到的多個序列進行疊加包括：

將映射得到的多個序列進行疊加，得到并行序列，并由并串轉(zhuǎn)換模塊在所述并行序列之前插入同步幀，所述同步幀先于所述并行序列傳輸至所述并串轉(zhuǎn)換模塊。

本實施例中，可以利用加法器對映射得到的序列x1與x2進行疊加，獲得并行序列x3，并由并串轉(zhuǎn)換(paralleltoserial，p/s)模塊在所述并行序列x3之前插入同步幀，所述同步幀先于所述并行序列x3傳輸至所述并串轉(zhuǎn)換模塊，如圖3所示。

在前述可見光系統(tǒng)多用戶通信方法的具體實施方式中，進一步地，所述將疊加后得到的并行序列轉(zhuǎn)換為串行信號包括：

通過并串轉(zhuǎn)換模塊對疊加后得到的并行序列進行并串變換處理，由低位開始逐位傳輸，使所述并行序列變?yōu)?路串行信號。

本實施例中，所述并行序列x3進入p/s模塊進行并串變換處理，由低位開始逐位傳輸，使并行序列x3變?yōu)?路串行信號。

在前述可見光系統(tǒng)多用戶通信方法的具體實施方式中，進一步地，所述串行信號為電信號；

所述串行信號通過可見光信道傳輸至接收端包括：

通過第一放大器、第一偏置器、led將所述串行信號轉(zhuǎn)換為光信號，所述光信號通過可見光信道傳輸至接收端，其中，所述光信號的電平處于接收端的光電探測器可識別的電平區(qū)間內(nèi)。

本實施例中，所述第一放大器，用于信號的放大，使串行信號中的高低電平分離，以降低誤碼率。

本實施例中，所述第一偏置器，用于驅(qū)動led，使所述led發(fā)光，并將所述串行信號的電平調(diào)整至接收端的光電探測器可識別的電平區(qū)間內(nèi)。

在前述可見光系統(tǒng)多用戶通信方法的具體實施方式中，進一步地，在接收端，通過與正交編碼相應(yīng)的正交解碼恢復(fù)出每路用戶信號之前，所述方法包括：

在接收端，通過光電探測器接收發(fā)送端發(fā)送的光信號，并將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，所述電信號通過第二放大器和第二偏置器進行傳輸；

利用同源時鐘，對通過所述第二放大器、第二偏置器的電信號進行采樣，將采樣得到的信號進行緩沖處理；

讀取經(jīng)過緩沖處理的采樣信號進行串并變換處理，并檢測同步幀，若檢測到同步幀，則進行幀同步，完成幀同步后進行信號恢復(fù)，恢復(fù)出并行序列；

將恢復(fù)出的并行序列傳輸至解碼模塊。

本實施例中，在接收端，通過光電探測器接收發(fā)送端發(fā)送的光信號，并將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，所述電信號通過第二放大器和第二偏置器進行傳輸；利用同源時鐘，對通過所述第二放大器、第二偏置器的電信號進行采樣，其中，采樣速率可以是單用戶信號速率的8倍；將采樣得到的信號按照fifo原則進行緩沖處理，以與緩沖速率一致的速率讀取經(jīng)過緩沖處理的采樣信號；將讀取的經(jīng)過緩沖處理的采樣信號送入串并變換(serialtoparallel，s/p)模塊進行串并變換處理，并檢測同步幀，若檢測到同步幀，則進行幀同步，完成幀同步后進行信號恢復(fù)，恢復(fù)出并行序列x3，將該并行序列x3以與單用戶信號速率成固定比例關(guān)系的速率傳輸至解碼模塊，如圖4所示。

本實施例中，所述第二放大器、第二偏置器的作用是將光電探測器轉(zhuǎn)換得到的所述電信號電平調(diào)整為與采樣要求相匹配的電平。

本實施例中，可以對晶振時鐘信號進行分頻處理，獲取解碼所需的同源時鐘。

本實施例中，在接收端，以預(yù)先存儲的每個用戶對應(yīng)的walsh正交碼作為用戶的區(qū)分標(biāo)識，利用恢復(fù)出的并行序列x3進行解碼，輸出用戶1和用戶2分別對應(yīng)的原始信號。

如圖4所示，在前述可見光系統(tǒng)多用戶通信方法的具體實施方式中，進一步地，所述通過與正交編碼相應(yīng)的正交解碼恢復(fù)出每路用戶信號包括：

在用戶i對應(yīng)的解碼模塊中，將接收到的并行序列與預(yù)存的用戶i對應(yīng)的walsh正交碼進行乘加處理，

將乘加處理后得到的結(jié)果進行逆映射，得到用戶i對應(yīng)的原始信號。

本實施例中，在用戶1對應(yīng)的解碼模塊中，將接收到的并行序列與預(yù)存的用戶1對應(yīng)的walsh正交碼進行乘加處理，得到序列x1，對序列x1進行逆映射，恢復(fù)用戶1對應(yīng)的原始信號；在用戶2對應(yīng)的解碼模塊中，將接收到的并行序列與預(yù)存的用戶2對應(yīng)的walsh正交碼進行乘加處理，得到序列x2，對序列x2進行逆映射，恢復(fù)用戶2對應(yīng)的原始信號，至此完成解碼。

如圖4所示，在前述可見光系統(tǒng)多用戶通信方法的具體實施方式中，進一步地，所述在用戶i對應(yīng)的解碼模塊中，將接收到的并行序列與預(yù)存的用戶i對應(yīng)的walsh正交碼進行乘加處理包括：

在用戶i對應(yīng)的解碼模塊中，將接收到的并行序列分割為四部分；

將四部分信號分別進行減偏置處理；

將減偏置處理結(jié)果與預(yù)存的用戶i對應(yīng)的walsh正交碼進行乘加處理。

本實施例中，在發(fā)送端對雙用戶信號分別進行緩沖并進行映射編碼處理，雙用戶映射后的序列x(n)會經(jīng)加法器疊加并進行并串變換轉(zhuǎn)變?yōu)榇行盘?，所述串行信號通過可見光信道傳輸至接收端，在可見光信道中傳輸?shù)拇行盘柨梢员硎緸椋?/p>

其中，s表示在可見光信道中傳輸?shù)拇行盘?，f()表示進制轉(zhuǎn)換函數(shù)，c⁽ⁿ⁾為用戶對應(yīng)的映射后得到的序列，為用戶i編碼前的信號，n為系統(tǒng)中實際的用戶數(shù)，n為系統(tǒng)最大用戶數(shù)，d為驅(qū)動led工作的正向偏置信號。

在接收端從pd接收到光電轉(zhuǎn)換后的信號r′后，乘以各用戶對應(yīng)的walsh正交碼，將原始信號從接收信號r′中恢復(fù)出來，恢復(fù)出的原始信號yj表示為：

其中，m為系統(tǒng)中映射編碼得到的序列的最大碼長。

本實施例中，可以搭建一個可見光通信fpga通信實驗平臺對本實施例所述的可見光系統(tǒng)多用戶通信方法進行驗證，fpga開發(fā)板型號為xilinxkc705，采用同源時鐘設(shè)計，單用戶信號速率為10mb/s，支持多用戶通信，將解碼模塊輸出的信號送入示波器進行驗證，驗證結(jié)果表明，接收端可以成功將各用戶數(shù)據(jù)從接收信號中恢復(fù)出來。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。