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1、10申请公布号CN104079353A43申请公布日20141001CN104079353A21申请号201410340589X22申请日20140717H04B10/11620130171申请人中国人民解放军信息工程大学地址450001河南省郑州市高新技术开发区科学大道62号72发明人张效义付红双邬江兴于宏毅刘洛琨张剑朱义君汪涛仵国锋朱环宇74专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司11227代理人王宝筠54发明名称一种基于颜色调制的可见光通信方法和系统57摘要本发明公开了一种基于颜色调制的可见光通信方法和系统包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端和用于接收并解析光波的接收端。发送端和接收。
2、端采用颜色调制技术进行通信。其颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2N个星座点。其中，一组二进制数据映射为一个星座点，且一个星座点对应一种波长的光波。本发明中，发送端生成一组二进制数据，并依据颜色星座图获取与二进制数据对应的星座点，驱动生成与星座点对应的波长的光波，发送至接收端。接收端接收并解析光波，以获取与光波的波长对应的星座点，进而依据颜色星座图获取与星座点对应的二进制数据。本发明中的颜色调制技术的频带利用率为N，增加了数据传输速率。51INTCL权利要求书2页说明书6页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图3页10申请公布号CN10407935。
3、3ACN104079353A1/2页21一种基于颜色调制的可见光通信方法，包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端和用于接收并解析所述光波的接收端，所述N为正整数，其特征在于，所述发送端和所述接收端采用颜色调制技术进行通信，所述颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2N个星座点，其中，一组二进制数据映射为一个所述星座点，且一个所述星座点对应一种波长的光波；所述方法包括所述发送端生成一组二进制数据；所述发送端将所述二进制数据映射到所述颜色星座图上的星座点，以获取与所述二进制数据对应的星座点；所述发送端驱动生成与所述星座点对应的波长的光波；所述接收端接收所述光波，生成电压值；所述接收端依据所述电压值，。
4、确定所述电压值对应的光波的波长；所述接收端依据确定的光波的波长获取所述波长对应的星座点，进而依据所述颜色星座图，解映射出所述颜色星座图上与所述星座点对应的二进制数据。2一种基于颜色调制的可见光通信系统，包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端和用于接收并解析所述光波的接收端，所述N为正整数，其特征在于，所述发送端和所述接收端采用颜色调制技术进行通信，所述颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2N个星座点，其中，一组二进制数据映射为一个所述星座点，且一个所述星座点对应一种波长的光波；其中，所述发送端具体包括信号源模块，用于生成二进制数据；映射模块，用于将所述二进制数据映射到所述颜色星座图上的星座点，。
5、以获取与所述二进制数据对应的星座点；驱动模块，用于依据所述星座点，驱动光源模块生成与所述星座点对应的波长的光波；光源模块，用于生成并发送不同波长的光波；所述接收端具体包括光电二极管PD检测模块，用于在接收到所述发送端发送的光波后，生成电压值；波长确定模块，用于依据所述PD检测模块生成的电压值，确定所述电压值对应的光波的波长；解映射模块，用于依据确定的光波的波长获取所述波长对应的星座点，进而依据所述颜色星座图，解映射出所述颜色星座图上与所述星座点对应的二进制数据。3根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光源模块包括2N个不同颜色的发光二极管LED，其中，一个所述LED对应一种波长；所述驱动模。
6、块具体用于，依据所述星座点驱动与所述星座点对应的LED生成一种颜色的光波；或，所述光源模块包括一个能够生成2N种不同波长的光波的LED；所述驱动单元具体用于，依据所述星座点驱动所述能够生成2N种不同波长的光波的LED生成与所述星座点对应的波长的光波。权利要求书CN104079353A2/2页34根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光电二极管PD检测模块包括PD和检测电路；其中，所述PD的响应灵敏度随光波波长的变化而变化。权利要求书CN104079353A1/6页4一种基于颜色调制的可见光通信方法和系统技术领域0001本发明涉及可见光通信技术领域，更具体的说，涉及一种基于颜色调制的可见光通。
7、信方法和系统。背景技术0002随着科学技术的不断发展，可见光通信技术得到广泛应用。0003但现有技术中受于LEDLIGHTEMITTINGDIODE，发光二极管调制带宽的限制，使用常规的调制方法很难实现高速的可见光通信。基于此，专家学者们相继提出了各种增加数据传输速率的方法，如采用叠加编码调制技术、空间调制技术以及波分复用技术等。0004专利号为CN2012104516956的专利申请文件中公开了一种基于RGBLEDREDGREENBLUELED，红绿蓝发光二极管的多路波分复用可见光通信系统，其通过采用波分复用技术以增加数据传输速率。然而其只能实现R、G、B三路信号的复用，数据传输速率的提高非。
8、常有限，而且对于接收端来讲，接收端需要设置滤光片等装置，实现较为复杂。发明内容0005针对上述问题，本发明提供一种基于颜色调制的可见光通信方法和系统，其利用简单、高效的颜色调制技术实现可见光的高速通信，且不需接收端设置滤光片等装置，简化了接收端的结构。技术方案如下0006基于本发明的一方面，本发明提供一种基于颜色调制的可见光通信方法，包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端和用于接收并解析所述光波的接收端，所述N为正整数，其特征在于，所述发送端和所述接收端采用颜色调制技术进行通信，所述颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2N个星座点，其中，一组二进制数据映射为一个所述星座点，且一个所述星座点对应。
9、一种波长的光波；所述方法包括0007所述发送端生成一组二进制数据；0008所述发送端将所述二进制数据映射到所述颜色星座图上的星座点，以获取与所述二进制数据对应的星座点；0009所述发送端驱动生成与所述星座点对应的波长的光波；0010所述接收端接收所述光波，生成电压值；0011所述接收端依据所述电压值，确定所述电压值对应的光波的波长；0012所述接收端依据确定的光波的波长获取所述波长对应的星座点，进而依据所述颜色星座图，解映射出所述颜色星座图上与所述星座点对应的二进制数据。0013基于本发明的另一方面，本发明提供一种基于颜色调制的可见光通信系统，包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端和用于接收。
10、并解析所述光波的接收端，所述N为正整数，其特征在于，所述发送端和所述接收端采用颜色调制技术进行通信，所述颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2N个星座点，其中，一组二进制数据映射为一个所述星座点，且说明书CN104079353A2/6页5一个所述星座点对应一种波长的光波；其中，0014所述发送端具体包括0015信号源模块，用于生成二进制数据；0016映射模块，用于将所述二进制数据映射到所述颜色星座图上的星座点，以获取与所述二进制数据对应的星座点；0017驱动模块，用于依据所述星座点，驱动光源模块生成与所述星座点对应的波长的光波；0018光源模块，用于生成并发送不同波长的光波；0019所述接收端具。
11、体包括0020光电二极管PD检测模块，用于在接收到所述发送端发送的光波后，生成电压值；0021波长确定模块，用于依据所述PD检测模块生成的电压值，确定所述电压值对应的光波的波长；0022解映射模块，用于依据确定的光波的波长获取所述波长对应的星座点，进而依据所述颜色星座图，解映射出所述颜色星座图上与所述星座点对应的二进制数据。0023可选地，所述光源模块包括2N个不同颜色的发光二极管LED，其中，一个所述LED对应一种波长；0024所述驱动模块具体用于，依据所述星座点驱动与所述星座点对应的LED生成一种颜色的光波；或，0025所述光源模块包括一个能够生成2N种不同波长的光波的LED；0026所述。
12、驱动单元具体用于，依据所述星座点驱动所述能够生成2N种不同波长的光波的LED生成与所述星座点对应的波长的光波。0027可选地，所述光电二极管PD检测模块包括PD和检测电路；其中，0028所述PD的响应灵敏度随光波波长的变化而变化。0029应用上述技术方案，本发明提供的一种基于颜色调制的可见光通信方法和系统包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端和用于接收并解析光波的接收端，N为正整数。其中，发送端和接收端采用颜色调制技术进行通信，其颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2N个星座点，其中，一组二进制数据映射到一个星座点上，且一个星座点对应一种波长的光波。具体地，发送端生成一组二进制数据，并依据颜色。
13、星座图获取与二进制数据对应的星座点，驱动生成与星座点对应的波长的光波，发送至接收端。接收端接收并解析所述光波，以获取与光波的波长对应的星座点，进而依据颜色星座图获取与星座点对应的二进制数据。因此，本发明将信息加载到颜色域上，利用颜色调制技术使发送端发出不同波长的光波以实现数据传输。且本发明中的颜色调制技术的频带利用率为N，增加了数据传输速率。0030同时，颜色调制技术能够简单、高效地实现了可见光的高速通信，无需接收端设置滤光片等额外装置，实现简单。附图说明0031为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明。
14、的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他说明书CN104079353A3/6页6的附图。0032图1为本发明提供的一种基于颜色调制的可见光通信方法的流程图；0033图2为本发明提供的一种基于颜色调制的可见光通信系统的结构示意图；0034图3为PD的响应灵敏度随光波波长变化的一种示意图；0035图4为PD的响应灵敏度随光波波长变化的另一种示意图。具体实施方式0036下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通。
15、技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。0037首先发明人需要说明的是，在本发明中，一种颜色的光波对应一种波长。本发明中的光波光源可以发出不同颜色的光波即实现发送不同波长的光波。0038实施例一0039本发明保护的基于颜色调制的可见光通信方法中包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端和用于接收并解析所述光波的接收端，其中N为正整数，2N为数学表达式2的N次方。在本发明中，发送端和接收端采用颜色调制技术进行通信，其颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2N个星座点，其中，一组二进制数据映射为一个所述星座点，且一个所述星座点对应一种波长的光波。具体地，请参见图。
16、1，其示出了本发明提供的一种基于颜色调制的可见光通信方法的流程图。包括0040步骤101发送端生成一组二进制数据。0041步骤102发送端将二进制数据映射到颜色星座图上的星座点，以获取与二进制数据对应的星座点。0042步骤103发送端驱动生成与星座点对应的波长的光波。0043步骤104接收端接收光波，生成电压值。0044步骤105接收端依据电压值，确定电压值对应的光波的波长。0045步骤106接收端依据确定的光波的波长获取波长对应的星座点，进而依据颜色星座图，解映射出颜色星座图上与星座点对应的二进制数据。0046在本实施例中，通过颜色星座图建立了二进制数据与光波波长的对应关系。具体地，发送端生。
17、成一组二进制数据，并依据颜色星座图将二进制数据映射到颜色星座图上的星座点，以获取与二进制数据对应的星座点，进而驱动生成与星座点对应的波长的光波，发送至接收端。0047接收端接收所述光波，生成电压值，依据电压值，确定电压值对应的光波的波长，进而依据确定的光波的波长获取波长对应的星座点，进而依据颜色星座图，解映射出颜色星座图上与星座点对应的二进制数据。0048因此，本发明将信息加载到颜色域上，利用颜色调制技术使发送端发出不同波长的光波以实现数据传输。本发明中的颜色调制技术的频带利用率为N，增加了数据传输速率。0049实施例二说明书CN104079353A4/6页70050请参见图2，其示出了本发明。
18、提供的一种基于颜色调制的可见光通信系统的结构示意图，包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端100和用于接收并解析光波的接收端200，其中，N为正整数。0051其中，发送端100和接收端200采用颜色调制技术进行通信，其颜色调制技术中的颜色星座图包括至少2N个星座点。一组二进制数据映射为一个所述星座点，且一个所述星座点对应一种波长的光波。0052在本实施例中，发送端100具体用于，生成一组二进制数据，并依据颜色星座图获取与二进制数据对应的星座点，驱动生成与星座点对应的波长的光波。0053具体地，发送端100包括信号源模块101、映射模块102、驱动模块103和光源模块104。其中，0054信号。
19、源模块101，用于生成二进制数据。0055在本发明中，信号源模块101生成二进制数据。0056映射模块102，用于将二进制数据映射到颜色星座图上的星座点，以获取与所述二进制数据对应的星座点。0057在本实施例中，颜色星座图包括至少2N个星座点，其中，一个星座点对应一组二进制数据。当信号源模块101生成一组二进制数据后，映射模块103会依据颜色星座图，将二进制数据映射到颜色星座图上的星座点，以获取与所述二进制数据对应的星座点。0058驱动模块103，用于依据所述星座点，驱动光波光源104生成与所述星座点对应的波长的光波。0059光源模块104，用于生成并发送不同波长的光波。0060在本实施例中，。
20、光源模块104可以包括以下两种实现方式0061一、光源模块104包括2N个不同颜色的LEDLIGHTEMITTINGDIODE，发光二极管。其中，一个LED对应颜色星座图上的一个星座点。0062在本发明中，包括多个LED。其中，每个LED生成一种颜色的光波。因此，当触发颜色星座图上的某个星座点时，即驱动该星座点对应的LED发光，即生成并发送与该LED对应颜色的光波。0063此时，驱动模块103具体用于，依据星座点驱动与星座点对应的LED生成一种颜色的光波，从而生成与星座点对应的波长的光波；其中，一个LED对应一种颜色的光波。0064二、光源模块104包括一个能够生成2N种不同波长的光波的LED。
21、。其中，一个星座点对应一种波长。0065在本发明中，只包括一个LED。但该LED可以发出2N种不同颜色的光波，即能够生成2N种不同波长的光波。当触发颜色星座图上的某个星座点时，即驱动该星座点对应的波长的LED发光，即生成并发送与该LED对应颜色的光波。0066此时，驱动模块103具体用于，依据星座点驱动能够生成2N种不同波长的光波的LED生成与所述星座点对应的波长的光波。0067接收端200具体用于，接收并解析光波，以获取与光波的波长对应的星座点，进而依据颜色星座图获取与星座点对应的二进制数据。0068具体地，接收端200包括光电二极管PD检测模块201、波长确定模块202和解映射模块203。。
22、其中，说明书CN104079353A5/6页80069光电二极管PD检测模块201，用于在接收到发送端100发送的光波后，生成电压值。0070其中，光电二极管PD检测模块201包括PD和相应的检测电路。其PD的响应灵敏度随光波波长的变化而变化。0071波长确定模块202，用于依据PD检测模块201生成的电压值，确定电压值对应的光波的波长。0072解映射模块203，用于依据确定的光波的波长获取与波长对应的星座点，进而依据颜色星座图，解映射出颜色星座图上与星座点对应的二进制数据。0073在具体介绍本发明接收端200的实现过程前，发明人首先需要对一些现有技术进行介绍。0074根据PD的光谱响应特性，。
23、PD的响应灵敏度会随波长的变化而发生变化。如图3和图4所示，其分别示出了SD4451421305型号PD和S5972型号PD的响应灵敏度随光波波长变化的示意图。其中，横坐标为光波波长，纵坐标为PD的响应灵敏度。从图3、图4中可以很容易得知，PD的响应灵敏度并不是固定不变的，以图3为例，PD的响应灵敏度在光波波长小于950NM前，是随着光波波长的增加而增加的，当光波波长达到950NM时，PD的响应灵敏度达到最大值，随后随着光波波长的增加PD的响应灵敏度逐渐减小。本发明正是利用了PD的响应灵敏度随光波波长变化而发生变化的这一特性。0075进一步的，根据LED的朗伯辐射模型可得光信道的直流增益表达式。
24、为00760077其中，M是LED的发光阶数，取决于LED的半功率角具体地，A是PD探测器的物理面积，是PD的检测灵敏度，DIJ是第J个发送端到第I个接收端之间的距离，是LED的发光角，是接收端光线入射角，T是光学滤波器的增益，C是接收器的视场角，G是聚光器的增益。其中，G的表达式为00780079其中，N表示聚光器的折射系数。0080因此，从上述光信道的直流增益表达式中可以得知，PD的响应灵敏度不同就会产生不同的信道直流增益。而这种信道直流增益的差异正是可以在接收端进行检测的根据。0081因此，本发明根据PD的响应灵敏度随光波波长变化而发生变化的特性，实现了接说明书CN104079353A6。
25、/6页9收端200的检测功能。0082下面具体介绍本发明接收端200的实现过程。0083在本发明中，接收端100发送光波后，由接收端200中的PD检测模块201接收。根据PD的响应灵敏度特性可知，对于不同波长的光波，PD检测模块201经强度检测后产生不同级别的电压，生成与光波对应的电压值。进而，波长确定模块202依据PD检测模块201生成的电压值，确定电压值对应的光波的波长。0084在本发明中，颜色星座图上的一个星座点对应一种波长的光波。且一组二进制数据映射为一个星座点。因此，解映射模块203依据确定的光波的波长获取所述波长对应的星座点，进而依据颜色星座图，解映射出颜色星座图上与星座点对应的二。
26、进制数据，即本发明解调出了发送端100发送的数据。0085需要说明的是，本发明在设计颜色星座图时，要充分利用PD的响应灵敏度的动态范围，在PD的响应灵敏度的最大值与最小值之间的可见光范围内对光波波长进行分配。0086应用上述技术方案，本发明提供的一种基于颜色调制的可见光通信系统包括用于发出2N种不同波长的光波的发送端100和用于接收并解析光波的接收端200，N为正整数。其中，发送端和接收端采用颜色调制技术进行通信。具体地，发送端映射方法和接收端解映射方法都根据颜色调制技术中的颜色星座图进行的。其中颜色星座图包括至少2N个星座点，其中，一组二进制数据映射为一个所述星座点，且一个所述星座点对应一种。
27、波长的光波。0087具体地，发送端100生成一组二进制数据，并依据颜色星座图获取与二进制数据对应的星座点，驱动生成与星座点对应的波长的光波，发送至接收端200。接收端200接收并解析所述光波，以获取与光波的波长对应的星座点，进而依据颜色星座图获取与星座点对应的二进制数据。因此，本发明将信息加载到颜色域上，利用颜色调制技术使发送端100发出不同波长的光波以实现传输数据传输。且本发明中的颜色调制技术的频带利用率为N。0088同时，颜色调制技术能够简单、高效地实现了可见光的高速通信，无需接收端设置滤光片等额外装置，实现简单。0089需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个。
28、实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。0090以上对本发明所提供的一种基于颜色调制的可见光通信方法和系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。说明书CN104079353A1/3页10图1说明书附图CN104079353A102/3页11图2图3说明书附图CN104079353A113/3页12图4说明书附图CN104079353A12。