一種基于光二維碼的多址接入方法及其可見光通信系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于光二維碼的多址接入方法，包括以下步驟：1、形成基帶調制信號；2、形成擴頻信號；3、所述擴頻信號通過LED驅動電路驅動LED燈具發出光二維碼序列；4、識別并捕獲光二維碼形成圖像信號；5、形成二進制數字信號；6、所述二進制數字信號還原出原始的光二維碼信息流；7、信息的實時推送。一種實現基于光二維碼的多址接入方法的可見光通信系統，包括：發射子系統、傳輸子系統、接收子系統和服務云平臺，所述發射子系統具有：OOK基帶調制模塊、CDMA編碼模塊、LED驅動電路和LED燈具。具有可實時更新可見光通信的傳輸內容，根據不同的應用場所推送相應的信息等優點。
【專利說明】
一種基于光二維碼的多址接入方法及其可見光通信系統
技術領域
[0001]本發明涉及可見光通信技術，特別涉及一種基于光二維碼的多址接入方法及其可見光通信系統。
【背景技術】
[0002]智慧家庭的興起，計算機、智能設備的迅速普及，使移動數字終端的范疇發生革命性的變化，給傳統接入網技術帶來了巨大的考驗。當今世界正在演繹一場“Anywhere，Anytime”接入方式的深刻變革，社會也在呼喚一種拓寬頻譜資源、綠色節能、可移動的接入方式。由此可見光通信(VLC)技術應運而生。其利用LED作為光源，在照明的同時可以實現高速的信息傳輸。與其他光源相比，白光LED具有更高的調制帶寬，還具有調制性能好、響應靈敏度高的優點。利用LED的這些特性，將信號調制到LED發出的可見光上進行傳輸。VLC可以將照明與通信結合起來，且具有發射功率高、無電磁干擾、無需申請頻譜資源和信息的保密性等優點，已被公認為一種新興的短距離高速無線通信技術。
[0003]傳統的二維碼作為一種手機應用的入口，已經得到了廣泛的應用，成為連接線上和線下(020)的有效手段。然而二維碼掃描不僅繁瑣，在戶外特別是夜間和光線條件不好的情況下，二維碼掃描很難實施;且傳輸距離短，攜帶信息量少。因此，市場急需一種可以滿足特定環境需求的手機入口技術，作為補充，可見光通信成為首選的技術。同時，在人們生活節奏不斷提升的今天，很多商業樓宇將亮化工程作為夜間吸引人流的重要手段，目前已經有不少開發商不僅僅停留在燈光設計本身，而希望把燈具作為商業入口，在燈光中加入內容，吸引消費者。
【發明內容】
[0004]本發明的首要目的在于克服現有技術的上述缺點與不足，提出一種基于光二維碼的多址接入方法，該方法是一種通用的可在普通白光LED燈具上通過調制光輸出量以實現通信的底層技術和應用平臺，實現了照明、通信與物流的深度耦合。將光二維碼信息經過CDMA調制后，驅動LED燈具產生可見光信號。普通手機攝像頭可通過掃描LED燈具來快速解析出可見光中的碼流。再通過移動設備APP的設計以及相應的圖像信號處理技術，對可見光信號進行解碼，還原為光二維碼，通過APP軟件以光二維碼為接入口，下載網絡推送平臺的應用信息，最終實現信息的實時推送功能。在照明的同時實現了服務信息的實時推送，以光二維碼作為商業的入口，吸引消費者，成為連接020的一種新的手段;使用CDMA調制技術，改善了目前VLC系統中常見的背景噪聲干擾以及多徑效應等問題，提升了通信的質量;且使用手機攝像頭作為VLC的接收終端，并結合APP和推送平臺的搭建，使消費者在不需增加外設的前提下，成功接收VLC信號，實現了VLC技術真正從實驗室走出來，推動可見光通信技術的進一步應用以及市場化的發展。
[0005]本發明的另一目的在于克服現有技術的上述缺點與不足，提出一種實現基于光二維碼的多址接入方法的可見光通信系統，該可見光通信系統通過結合手機傳感器，作進一步拓展，實現定位、跟蹤，并基于地理位置提供更多有附加值的商業服務，最終可結合VLC定位，實現商業信息推送等。對于提升智能家居、智能社區、智慧城市、物流行業以及智能照明產業，具有重要作用。
[0006]本發明的首要目的通過以下技術方案實現:一種基于光二維碼的多址接入方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1、原始的光二維碼信息流經OOK調制后，形成基帶調制信號；
[0008]步驟2、所述基帶調制信號經CDMA編碼后形成擴頻信號；
[0009]步驟3、所述擴頻信號通過LED驅動電路驅動LED燈具發出可見光信號，所述可見光信號即為光二維碼序列；
[0010]步驟4、所述可見光通信經自由空間到達接收端，所述接收端通過使用手機攝像頭掃描LED燈具，識別并捕獲光二維碼形成圖像信號；
[0011]步驟5、所述圖像信號通過DSP處理后，形成二進制數字信號；
[0012]步驟6、所述二進制數字信號經過光二維碼的解調模塊處理后還原出原始的光二維碼?目息流;
[0013]步驟7、手機設備以所述原始的光二維碼信息流為接入指令，通過移動數據下載推送服務平臺的信息，進而實現了信息的實時推送。
[0014]所述步驟2包括以下步驟:
[0015]步驟21、擴頻系統中的PN碼發生器發出PN碼；
[0016]步驟22、所述PN碼對所述基帶調制信號進行擴頻處理，形成擴頻信號。
[0017]所述步驟5包括以下步驟:
[0018]步驟51、所述圖像信號通過DSP中的圖像識別技術，對圖像中間部分進行識別，獲得圖像中間一區域內的灰度值。并通過設置合適的閾值，使得當灰度高于閾值時，判定為邏輯I;低于閾值時，判定為邏輯2。進而將所述圖像信號還原為二進制數字信號；
[0019]步驟52、所述二進制數字信號經濾波、放大電路進行濾波、放大處理后輸出到光二維碼解調模塊中。
[0020]所述步驟I中的光二維碼信息流是指沒經調制的原始二進制信息流;所述的原始二進制信息流代表光二維碼序列的二進制信息流;所述代表光二維碼序列的二進制信息流為服務平臺的接入指令。
[0021]所述步驟6中的光二維碼的解調模塊通過對二進制數字信號進行解擴處理以及OOK解調處理后，形成原始的光二維碼信息流。進一步地，所述的解擴處理通過同步電路捕捉發送的PN碼的準確相位，由此產生與發送端相一致的PN碼，作為解擴信號，以準確恢復出光二維碼信息流。
[0022]本發明的另一目的通過以下技術方案實現:一種實現基于光二維碼的多址接入方法的可見光通信系統，包括了發射子系統、傳輸子系統、接收子系統和服務云平臺，所述發射子系統中，原始的光二維碼信息流為服務云平臺的接入指令;原始的光二維碼信息流經過OOK基帶調制以及CDMA編碼后，形成擴頻信號，通過LED驅動電路來驅動LED燈具發出可見光信號;進一步地，所述可見光信號為光二維碼序列。
[0023]所述傳輸子系統為自由空間。
[0024]所述接收子系統主要為手機終端，所述手機通過使用攝像頭掃描LED燈具以捕獲光二維碼序列;所述光二維碼序列經攝像頭處理后成為圖像信號，所述圖像信號再經過DSP處理模塊，通過對圖像中間一定區域內的灰度值的識別并與預設定的閾值相比較，使圖像信號轉換為二進制數字信號;所述的二進制數字信號再經過光二維碼解調模塊，包括解擴以及OOK解調，獲得經可見光通信傳輸并還原后的光二維碼信息流。
[0025]所述服務云平臺包括:APP客戶端、推送平臺云端和APP服務器。手機以光二維碼信息流為接入指令，通過移動數據網絡下載到手機中，進而實現了服務信息等推送的功能。
[0026]由于多徑效應的存在限制了可見光通信的通信質量。為此，本發明提出一種通用的可在普通白光LED燈具上通過調制光輸出以實現通信的底層技術和應用平臺。將待發送的信息經過CDMA編碼后，驅動LED產生光信號;利用移動設備的攝像頭掃描LED燈具，實現對光二維碼信息的捕獲以及識別;根據所獲得的光二維碼信息，再由移動數據網絡調取服務云平臺的信息，實現信息的實時推送。可有效地替代傳統的二維碼技術，在夜間戶外或其他二維碼無法得到有效應用的場景下，作為移動設備應用的有效入口，同時擴大了信息的傳輸距離以及傳送的信息量。推送平臺可實時更新可見光通信的傳輸內容，根據不同的應用場所推送相應的信息。
[0027]與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果:
[0028]1、本發明使用光二維碼技術代替傳統的二維碼，在實現照明與通信一體化的同時，增大了信息的傳輸距離、擴充了傳送的信息量，成為一種新的接入網技術。
[0029]2、本發明創新性地將⑶MA調制技術應用于VLC系統中，在不增加器件帶寬的前提下，成倍地提高了無線通信的速率與質量，且可以克服VLC系統中多徑效應帶來的碼間干擾等問題。
[0030]3、本發明通過將可見光通信技術與移動通信技術相結合，以光二維碼為接入口，通過移動數據網絡調取服務云平臺的推送消息，進而實現服務信息的實時推送，推動了可見光通信進一步應用及市場化發展。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明的基于光二維碼多址接入系統框圖。
[0032]圖2為本發明實現直接序列擴頻的原理框圖。
[0033]圖3a為直接擴頻系統解擴前的頻譜示意圖。
[0034]圖3b為直接擴頻系統解擴后的頻譜示意圖。
[0035]圖4為本發明信息推送平臺的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
[0037]實施例1
[0038]如圖1所示，一種實現基于光二維碼的多址接入方法的可見光通信系統，包括:發射子系統、傳輸子系統、接收子系統和服務云平臺。在發射子系統中，原始的光二維碼信息流經過OOK基帶調制后，形成帶寬為仏的基帶調制信號。基帶調制信號經CDMA編碼模塊后形成帶寬為出的擴頻信號，然后通過LED驅動電路驅動LED燈具發出可見光信號。
[0039]CDMA編碼模塊主要為擴頻序列，包括信道化編碼、基站碼和用戶碼。信道化編碼用于區分來自同一LED燈具的傳輸信道，即一個扇區內的多個下行鏈路信道的區分。擾碼序列(即基站碼和用戶碼)的配置是按照小區進行的，其目的是為了將不同移動終端間或LED燈具間的多址區分開來，擾碼處理不改變信號的帶寬，而只是將來自不同LED燈具的光信號區分開來，完成接收地址的分離。擴頻操作位于基帶調制之后和光脈沖形成之前。擴頻調制主要分為擴頻和加擾兩步。首先用擴頻碼對數據進行擴頻，然后再將擾碼加到擴頻后的信號中。本實施案例中，采用Walsh序列作為信道的編碼，m序列作為地址編碼。
[0040]如圖2所示，采用直接擴頻技術。光二維碼信號作為輸入的數據信息D，通過OOK調制后變成了帶寬為BI的信號，再由PN碼調制成帶寬為B2的寬帶信號，然后通過驅動電路驅動LED發出可見光信號。接收端用光電檢測器件接收后，通過一系列的濾波放大的DSP處理后，通過同步電路捕捉發送的PN碼的準確相位，由此產生與發送端相位一致的PN碼，作為解擴用的本地信號，以準確恢復成光二維碼信號。
[0041]如圖3a所示，接收端解擴前的有用信號能量分布在較寬的頻帶，而通常干擾則在較窄的帶寬內，如圖3b所示，解擴后有用的信號恢復成窄帶信號，而干擾信號則被擴展到較寬的頻帶內，通過窄帶濾波器選取出有用的信號，可濾除大部分的干擾信號，使得信噪比顯著改善，提高抗干擾能力。此外，利用擴頻碼具有良好的自相關和互相關特性，不同擴頻碼之間接近正交，容易實現碼分多址通信，即多盞LED燈具利用不同的擴頻碼區分，進而減少由于多徑效應所帶來的碼間干擾影響。
[0042]LED燈具所發出的可見光信號即所述的光二維碼序列，經自由空間傳輸到接收子系統中。
[0043]在接收子系統中，采用手機攝像頭上的CCD圖像傳感器對光二維碼序列進行捕捉。將手機攝像頭對準LED燈具進行掃碼，LED燈經過lens將投影到sensor中間位置，通過快速的電子快門捕捉該時刻的圖像，圖像信息由A/D轉換為數字信號給DSP處理芯片進一步處理。由于只關注LED燈的光二維碼信息，因此圖像處理時只對圖像中間部分進行計算，求出圖像中間一定區域內的灰度值。當該灰度值高于一定閾值時，判定為邏輯I，反之判定為邏輯0，從而將光二維碼還原成二進制數字信號。所述二進制數字信號經過光二維碼解調模塊的處理，包括CDMA解擴以及OOK解調處理后，獲得經過可見光通信傳輸并還原恢復后的光二維碼信息流。
[0044]如圖4所示，信息推送平臺的工作流程圖，本實施案例中推送平臺的結構分為以下三個部分:
[0045](I )APP客戶端，集成了消息推送功能的應用程序，客戶端要在服務器進行信息交互，在交互前需要與推送平臺云端建立連接。
[0046](2)推送平臺云端，為整個推送平臺的中間層，負責完成APP客戶端的請求與數據庫信息交互，即處理客戶端連接、訂閱、發布等請求。
[0047](3)APP服務器，用于存儲推送消息和推送消息相關查詢交互及用戶相關信息保存與查詢交互。
[0048]手機設備將還原后的光二維碼信息流為接入指令，通過移動數據網絡連接服務云平臺，最終實現服務信息的實時推送。
[0049]上述實施例僅為本發明的一種實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于光二維碼的多址接入方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、原始的光二維碼信息流經OOK調制后，形成基帶調制信號； 步驟2、所述基帶調制信號經CDMA編碼后形成擴頻信號； 步驟3、所述擴頻信號通過LED驅動電路驅動LED燈具發出可見光信號，所述可見光信號即為光二維碼序列； 步驟4、所述可見光通信經自由空間到達接收端，所述接收端通過使用手機攝像頭掃描LED燈具，識別并捕獲光二維碼形成圖像信號； 步驟5、所述圖像信號通過DSP處理后，形成二進制數字信號； 步驟6、所述二進制數字信號經過光二維碼的解調模塊處理后還原出原始的光二維碼ig息流; 步驟7、手機設備以所述原始的光二維碼信息流為接入指令，通過移動數據下載推送服務平臺的信息，進而實現了信息的實時推送。2.根據權利要求1所述的基于光二維碼的多址接入方法，其特征在于，所述步驟2包括以下步驟: 步驟21、擴頻系統中的PN碼發生器發出PN碼； 步驟22、所述PN碼對所述基帶調制信號進行擴頻處理，形成擴頻信號。3.根據權利要求1所述的基于光二維碼的多址接入方法，其特征在于，所述步驟5包括以下步驟: 步驟51、所述圖像信號通過DSP中的圖像識別技術，對圖像中間部分進行識別，獲得圖像中間一區域內的灰度值;并通過設置合適的閾值，使得當灰度高于閾值時，判定為邏輯I;低于閾值時，判定為邏輯2;進而將所述圖像信號還原為二進制數字信號； 步驟52、所述二進制數字信號經濾波、放大電路進行濾波、放大處理后輸出到光二維碼解調模塊中。4.根據權利要求1所述的基于光二維碼的多址接入方法，其特征在于，所述步驟I中的光二維碼信息流是指沒經調制的原始二進制信息流;所述的原始二進制信息流代表光二維碼序列的二進制信息流;所述代表光二維碼序列的二進制信息流為服務平臺的接入指令。5.根據權利要求1所述的基于光二維碼的多址接入方法，其特征在于，所述步驟6中的光二維碼的解調模塊通過對二進制數字信號進行解擴處理以及OOK解調處理后，形成原始的光二維碼信息流;所述的解擴處理通過同步電路捕捉發送的PN碼的準確相位，由此產生與發送端相一致的PN碼，作為解擴信號，以恢復光二維碼信息流。6.—種實現權利要求1所述的基于光二維碼的多址接入方法的可見光通信系統，其特征在于，包括:發射子系統、傳輸子系統、接收子系統和服務云平臺，所述發射子系統具有:OOK基帶調制模塊、CDMA編碼模塊、LED驅動電路和LED燈具;所述傳輸子系統為自由空間;所述接收子系統具有:手機攝像頭、DSP處理模塊和光二維碼解調模塊;所述服務云平臺為信息推送平臺；所述OOK基帶調制模塊、CDMA編碼模塊、LED驅動電路和LED燈具依次連接;所述手機攝像頭、DSP處理模塊和光二維碼解調模塊依次連接;原始的光二維碼信息流經過OOK調制模塊后變成基帶調制信號，所述基帶調制信號經過⑶MA編碼模塊后成為擴頻信號，所述擴頻信號經過LED驅動電路驅動LED燈具發出可見光信號，所述可見光信號經自由空間傳輸到達接收子系統，所述手機攝像頭通過掃描LED燈具捕獲光二維碼信息，所述光二維碼信息經過DSP處理模塊后轉換為二進制數字信號，所述二進制數字信號再經過光二維碼解調模塊還原為原始的光二維碼信息流，所述手機設備以被還原的原始光二維碼信息流為接入指令，通過移動數據網絡從推送服務平臺中調取信息，進而實現信息的實時推送。7.根據權利要求6所述的可見光通信系統，其特征在于，所述CDMA編碼模塊為擴頻系統。8.根據權利要求7所述的可見光通信系統，其特征在于，所述擴頻系統為直接擴頻系統，所述直接擴頻系統包括:PN碼發生器和擴頻調制模塊;所述PN碼發生器與擴頻調制模塊相連接，所述信息調制與擴頻調制模塊相連;信息經過信息調制后成為帶寬為仏的基帶調制信號，所述基帶調制信號與PN碼發生器所產生的PN碼進行擴頻處理形成帶寬為B2的擴頻信號，其中，B2大于Bi。9.根據權利要求6所述的可見光通信系統，其特征在于，所述光二維碼的解調模塊為解擴處理和OOK解調處理。10.根據權利要求9所述的可見光通信系統，其特征在于，所述解擴處理的處理方法為:通過內置的同步電路捕捉發送的PN碼的準確相位，產生與發送端的相位一致的PN碼，作為解擴用的本地信號，以實現解擴。
【文檔編號】H04B10/556GK105871461SQ201610326741
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月17日
【發明人】吳玉香, 關偉鵬, 陳穎聰, 文尚勝
【申請人】華南理工大學