一种通过发光二极管阵列进行的可见光通信系统及方法

1.本发明涉及可见光通信领域，特别是指一种通过发光二极管阵列进行的可见光通信系统及方法。


背景技术：

2.近年来，随着技术的不断进步，发光二极管(led)在显示、照明领域得到了广泛的应用。与此同时，基于led的可见光通信(vlc)技术因具有不需使用许可证、无电磁辐射、抗电磁干扰、能效高等优点也开始逐渐引起人们的关注。
3.可见光通信技术，是一种利用发光二极管(led)发出肉眼无法识别的高速明暗信号来传递信息的一种无线通信方式。在目前无线频谱资源严重紧缺情况下，是实现短距离宽带通信的有效技术手段，甚至被纳入5g移动通信技术体系和网络标准。典型的可见光通信系统一般包括以下两个部分：led光源和光电探测器。其中，led光源用于发送携带有用信息的光信号，光电探测器则将接收到的光信号转换成相应的电信号供后续电路处理。由于光电探测器在决定可见光通信系统的稳定性和通信速率方面起着重要作用，因此对于光电探测器的研究已经越来越受到关注。选用pin和apd作为可见光通信系统的光电探测器是常见的方法。然而，在实际应用场景中，由于诸多因素的限制(比如成本、效率等)，并不是每个设备都配备了pin和apd；此外，pin和apd用于可见光通信还存在以下不足：1)需要昂贵的滤波器件进行波长选择检测；2)在户外应用中，抗阳光干扰能力弱。
4.上述这些因素限制了vlc的大规模部署并导致系统结构设计复杂。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种通过发光二极管阵列进行的可见光通信系统，通过采用在生活中应用广泛的发光二极管阵列(led阵列)同时作为可见光通信的收发器件，即阵列中的led在发送信号时也接收信号；通过在同一平台上集成低成本、小尺寸和高密度的可见光通信收发器件从而达到简化系统设计的目的，使得vlc技术的大规模应用成为可能。
6.本发明采用如下技术方案：
7.一种通过发光二极管阵列进行的可见光通信系统，包括：
8.第一led阵列、第二led阵列、接收模块一、接收模块二、控制模块一、控制模块二、接口一、接口二；其中，控制模块一的输入端连接接收模块一的输出端，控制模块一的控制端连接接口一，控制模块一的输出端连接第一led阵列的输入端，第一led阵列的输出端连接接收模块一的输入端；控制模块二的输入端连接接收模块二的输出端，控制模块二的控制端连接接口二，控制模块二的输出端连接第二led阵列的输入端，第二led阵列的输出端连接接收模块二的输入端；
9.第一led阵列中的led感受第二led阵列中led的闪烁并通过接收模块一将其转换为高电平或低电平后输送给控制模块一；控制模块一对需要发出的信息进行处理后输出控
制信号，并通过该控制信号控制第一led阵列中led的点亮与熄灭，第二led阵列中的led感应第一led阵列中led的闪烁，并通过接收模块二将其转换为高电平或低电平后输送给控制模块二；控制模块二对需要发出的信息进行处理后输出控制信号，并通过该控制信号控制第二led阵列中led的点亮和熄灭，最后信息通过led的闪烁发送出去。
10.具体地，接口一用于连接外部网络设备，包括但不限于路由器。
11.具体地，接口二用于连接手机、电脑设备。
12.本发明实施例另一方面提供一种通过发光二极管阵列进行的可见光通信方法，包括：
13.当控制模块二通过接口二接收到外部网络设备发送的信息时，控制模块二对接受到的信息进行处理后，输出用于控制第二led阵列中led闪烁的控制信号二；控制信号二控制第二led阵列中led的闪烁，并通过该闪烁来发送信息；
14.当第二led阵列中led发送的信号被第一led阵列中的led接收后；接收模块一对led收到的信号进行处理并将处理后的信息输入给控制模块一；控制模块一对信息进行进一步处理，处理完成后通过接口一发送给需要该信息的外部设备；
15.具体地，
16.当第一led阵列中led的点亮表示高电平时其熄灭表示低电平；相反，当led的点亮表示低电平时其熄灭表示高电平；
17.当第二led阵列中led点亮表示高电平时其熄灭表示低电平；相反，当led的点亮表示低电平时其熄灭表示高电平。
18.由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果
19.本发明提供了一种通过发光二极管阵列进行的可见光通信系统，包括：第一led阵列、第二led阵列、接收模块一、接收模块二、控制模块一、控制模块二、接口一、接口二；其中，控制模块一的输入端连接接收模块一的输出端，控制模块一的控制端连接接口一，控制模块一的输出端连接第一led阵列的输入端，第一led阵列的输出端连接接收模块一的输入端；控制模块二的输入端连接接收模块二的输出端，控制模块二的控制端连接接口二，控制模块二的输出端连接第二led阵列的输入端，第二led阵列的输出端连接接收模块二的输入端。本发明提供的方法通过采用在生活中应用广泛的发光二极管阵列(led阵列)同时作为可见光通信的收发器件，即阵列中的led在发送信号时也接收信号。这样，就通过在同一平台上集成低成本、小尺寸和高密度的可见光通信收发器件从而达到简化系统设计的目的。此外，由于发光二极管阵列在生活中随处可见，使得vlc技术的大规模应用成为可能。
附图说明
20.图1为本发明实施例提供的通过led阵列进行的可见光通信系统的原理图。
21.其中，1为第一led阵列、2为第二led阵列、3为接收模块一、4为接收模块二、5为控制模块一、6为控制模块二、7为接口一、8为接口二。
22.图2为本发明实施例提供的通过led阵列进行的可见光通信方法的具体实现流程图
具体实施方式
23.以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
24.由于现有技术中存在多种因素限制了vlc的大规模部署并导致系统结构设计复杂。因此，要实现可见光通信技术的广泛应用，选择合适的光电探测器至关重要。与光电二极管相比，发光二极管(led)的优势有：对窄波段很敏感，无需昂贵的滤波器进行滤波就能实现波长选择检测；在户外应用中，抵抗阳光干扰性能更好；发光二极管在我们身边随处可见。因此，为广泛部署可见光通信系统并简化系统结构设计，基于发光二极管阵列对发光二极管阵列的vlc系统是可靠的解决方案。
25.图1示出了本发明实施例提供的通过led阵列进行的可见光通信系统的原理，为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
26.本发明提供的通过led阵列进行的可见光通信系统包括：第一led阵列1、第二led阵列2、接收模块一3、接收模块二4、控制模块一5、控制模块二6、接口一7和接口二8；控制模块一5的输入端连接接收模块一3的输出端，接收模块一3的输入端连接第一led阵列1的输出端，控制模块一5的控制端连接接口一7，控制模块一5的输出端连接第一led阵列1的输入端；控制模块二6的输入端连接接收模块二4的输出端，控制模块二6的控制端连接接口二8，控制模块二8的输出端连接第二led阵列2的输入端，第二led阵列2的输出端连接接收模块二4的输入端。
27.在本发明实施例中，控制模块一5对需要发出的信息进行处理，并控制第一led阵列1中led的点亮和熄灭，led的点亮表示高电平，led的熄灭表示低电平。当然，led的点亮也可以表示低电平，此时led的熄灭表示高电平，信息通过led的闪烁发送出去(闪烁就是指上述led的点亮和熄灭)。
28.第一led阵列1中的led感应第二led阵列2中led的闪烁。接收模块一3将第一led阵列1中led感应到的信息转换为相应的高低电平信号，并发送给控制模块一5。
29.第二led阵列2中的led感应第一led阵列1中led的闪烁。接收模块二4将第二led阵列2中led感应到的相关信息转换为高低电平信号，并发送给控制模块二6。
30.控制模块二6对需要发出的信息进行处理，并控制第二led阵列2中led的点亮和熄灭。第二led阵列2中led的点亮表示高电平，熄灭表示低电平。同时也应能理解，第二led阵列2中led的点亮也能表示低电平，此时，熄灭表示高电平。信息通过第二led阵列2中led的闪烁发送出去。
31.控制模块一5可以接收外部网络设备经接口一7发来的信息，并将接收到的信息进行处理，转换为控制第一led阵列1中led闪烁(点亮或熄灭)的控制信号，从而利用第一led阵列1中led的闪烁发送信息。同时，也可以接收到接收模块一5输出的高低电平信号，通过对高低电平进行处理还原信号，最后通过接口一7发送出去。
32.控制模块二6可以接收外部网络设备经由接口二8发来的信息，并将接收到的信息进行处理，转换为控制第二led阵列2中led闪烁(点亮或熄灭)的控制信号，从而利用第二led阵列2中led的闪烁发送信息。同时，也可以接收到接收模块二6输出的高低电平信号，通过对高低电平进行处理还原信号，最后通过接口二8发送出去。
33.接口一7用于连接路由器等外部网络设备。
34.接口二8用于连接手机、电脑等设备。
35.在本发明中，通过led阵列进行的可见光通信系统的工作过程如下：控制模块一接收由接口一发来的信息，对信息处理后产生控制信号一；第一led阵列中的led按照控制信号一的要求进行闪烁，应该能够理解控制模块的控制信号为一串逻辑电平信号，逻辑高电平控制led点亮，逻辑低电平控制led熄灭；当然，逻辑高电平也可以控制led熄灭，此时，逻辑低电平控制led点亮；第二led阵列中的led接收第一led阵列中led发送的数据；接收模块二对led接收到的数据进行处理并将处理后的信息输入给控制模块二；控制模块二对接收模块二输出的信息进行进一步处理，处理完成后通过接口二发送给需要该信息的外部设备(路由器)；控制模块二对由接口二发送来的信息进行处理后产生控制信号二；第二led阵列中led按照控制信号二的要求进行闪烁，应能理解控制模块的控制信号为一串逻辑电平信号，逻辑高电平控制led点亮，逻辑低电平控制led熄灭；当然，逻辑高电平也可以控制led熄灭，此时，逻辑低电平控制led点亮；第一led阵列中led接收第二led阵列中led发来的数据；接收模块一对led接收到的数据进行处理并将处理后的信息输入给控制模块一；控制模块一对接收模块一的输出信息进行进一步处理，处理完成后通过接口一发送给需要该信息的外部设备(手机、电脑)。
36.图2为本发明实施例提供的通过led阵列进行的可见光通信方法的具体实现流程：当路由器通过接口一7发送信息后，控制模块一5将接收到的这些信息进行处理，转换为控制信号一，控制信号一控制第一led阵列1中led的闪烁，当第一led阵列1中led发送的数据被第二led阵列2中led接收后，第二控制模块会将消息进行处理和还原并通过接口二8发送给需要信息的手机或者电脑。当手机或者电脑通过接口二8发送信息后，控制模块二6将接收到的这些信息进行处理，转化为第二控制信号，第二控制信号控制第二led阵列2中led的闪烁，当第二led阵列2中led发送的数据被第一led阵列1中led接收后，其控制模块一5会将消息进行处理和还原并通过接口一发送给需要该信息的路由器。
37.本发明实施例提供的通过led阵列进行的可见光通信方法中上传的步骤包括：
38.控制模块一接收由接口一发来的信息，并对该信息处理后产生控制信号一；
39.第一led阵列中的led按照控制信号一的要求进行闪烁，应能理解控制模块的控制信号为一串逻辑电平信号，逻辑高电平控制led点亮，逻辑低电平控制led熄灭。当然，逻辑高电平也可以控制led熄灭，此时，逻辑低电平控制led点亮。
40.第二led阵列中的led接收第一led阵列中led发送的数据并输出给接收模块二。
41.接收模块二对接收到的数据进行处理然后输出高低电平信号。
42.控制模块二对接收模块二输出的高低电平信号进行处理输出相关信息。
43.接口二将控制模块二处理后的信息发送至网络。
44.本发明实施例提供的通过led阵列进行的可见光通信方法中上传的步骤包括：
45.控制模块二接收接口二发来的信息，并对信息处理后产生控制信号二；
46.第二led阵列中的led按照控制信号二的要求进行闪烁，应能理解控制模块的控制信号为一串逻辑电平信号，逻辑高电平控制led点亮，逻辑低电平控制led熄灭。当然，逻辑高电平也可以控制led熄灭，此时，逻辑低电平控制led点亮。
47.第一led阵列中的led接收第二led阵列中led发送的数据并输出给接收模块一；
48.接收模块一对接收到的数据进行处理然后输出高低电平信号。
49.控制模块一对接收模块一输出的高低电平信号进行处理并输出相关信息；
50.接口一将控制模块一处理后的信息发送至网络。
51.当第一和第二led阵列中led的闪烁(点亮和熄灭)频率在合适的范围内，人眼无法感受到灯光的闪烁。此时，该led阵列还能应用于显示领域。
52.综上所述，本发明提供的方案可以同时应用于照明、显示和通信领域。
53.本发明提出的是一种通过led阵列进行的可见光通信系统及方法。通过采用在生活中应用广泛的发光二极管阵列(led阵列)同时作为可见光通信的收发器件，即阵列中led在发送信号的同时也接收信号。这样，就实现在同一平台上集成低成本、小尺寸和高密度的可见光通信收发器件从而达到简化系统设计的目的。此外，由于发光二极管阵列在生活中随处可见，使得vlc技术的大规模应用成为可能。
54.上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围行为。