本實(shí)用新型涉及可見光通信技術(shù)，特別涉及一種基于光二維碼的多址接入方法的可見光通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

智慧家庭的興起，計算機(jī)、智能設(shè)備的迅速普及，使移動數(shù)字終端的范疇發(fā)生革命性的變化，給傳統(tǒng)接入網(wǎng)技術(shù)帶來了巨大的考驗。當(dāng)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(jié)能、可移動的接入方式。由此可見光通信(VLC)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。其利用LED作為光源，在照明的同時可以實(shí)現(xiàn)高速的信息傳輸。與其他光源相比，白光LED具有更高的調(diào)制帶寬，還具有調(diào)制性能好、響應(yīng)靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。利用LED的這些特性，將信號調(diào)制到LED發(fā)出的可見光上進(jìn)行傳輸。VLC可以將照明與通信結(jié)合起來，且具有發(fā)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(yōu)點(diǎn)，已被公認(rèn)為一種新興的短距離高速無線通信技術(shù)。

傳統(tǒng)的二維碼作為一種手機(jī)應(yīng)用的入口，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，成為連接線上和線下(O2O)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(shí)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(huán)境需求的手機(jī)入口技術(shù)，作為補(bǔ) 充，可見光通信成為首選的技術(shù)。同時，在人們生活節(jié)奏不斷提升的今天，很多商業(yè)樓宇將亮化工程作為夜間吸引人流的重要手段，目前已經(jīng)有不少開發(fā)商不僅僅停留在燈光設(shè)計本身，而希望把燈具作為商業(yè)入口，在燈光中加入內(nèi)容，吸引消費(fèi)者。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)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(diào)制光輸出量以實(shí)現(xiàn)通信的底層技術(shù)和應(yīng)用平臺，實(shí)現(xiàn)了照明、通信與物流的深度耦合。將光二維碼信息經(jīng)過CDMA調(diào)制后，驅(qū)動LED燈具產(chǎn)生可見光信號。普通手機(jī)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(shè)備APP的設(shè)計以及相應(yīng)的圖像信號處理技術(shù)，對可見光信號進(jìn)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(wǎng)絡(luò)推送平臺的應(yīng)用信息，最終實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時推送功能。在照明的同時實(shí)現(xiàn)了服務(wù)信息的實(shí)時推送，以光二維碼作為商業(yè)的入口，吸引消費(fèi)者，成為連接O2O的一種新的手段；使用CDMA調(diào)制技術(shù)，改善了目前VLC系統(tǒng)中常見的背景噪聲干擾以及多徑效應(yīng)等問題，提升了通信的質(zhì)量；且使用手機(jī)攝像頭作為VLC的接收終端，并結(jié)合APP和推送平臺的搭建，使消費(fèi)者在不需增加外設(shè)的前提下，成功接收VLC信號，實(shí)現(xiàn)了VLC技術(shù)真正從實(shí)驗室走出來，推動可見光通信技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用以及市場化的發(fā)展。

本實(shí)用新型的另一目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，提出一種實(shí)現(xiàn)基于光二維碼的多址接入方法的可見光通信系統(tǒng)，該可見光通信系統(tǒng)通過結(jié) 合手機(jī)傳感器，作進(jìn)一步拓展，實(shí)現(xiàn)定位、跟蹤，并基于地理位置提供更多有附加值的商業(yè)服務(wù)，最終可結(jié)合VLC定位，實(shí)現(xiàn)商業(yè)信息推送等。對于提升智能家居、智能社區(qū)、智慧城市、物流行業(yè)以及智能照明產(chǎn)業(yè)，具有重要作用。

本實(shí)用新型的首要目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于光二維碼的多址接入方法，包括以下步驟：

步驟1、原始的光二維碼信息流經(jīng)OOK調(diào)制后，形成基帶調(diào)制信號；

步驟2、所述基帶調(diào)制信號經(jīng)CDMA編碼后形成擴(kuò)頻信號；

步驟3、所述擴(kuò)頻信號通過LED驅(qū)動電路驅(qū)動LED燈具發(fā)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(jīng)自由空間到達(dá)接收端，所述接收端通過使用手機(jī)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(jìn)制數(shù)字信號；

步驟6、所述二進(jìn)制數(shù)字信號經(jīng)過光二維碼的解調(diào)模塊處理后還原出原始的光二維碼信息流；

步驟7、手機(jī)設(shè)備以所述原始的光二維碼信息流為接入指令，通過移動數(shù)據(jù)下載推送服務(wù)平臺的信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了信息的實(shí)時推送。

所述步驟2包括以下步驟：

步驟21、擴(kuò)頻系統(tǒng)中的PN碼發(fā)生器發(fā)出PN碼；

步驟22、所述PN碼對所述基帶調(diào)制信號進(jìn)行擴(kuò)頻處理，形成擴(kuò)頻信號。

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(shù)，對圖像中間部分進(jìn)行識別，獲得圖像中間一區(qū)域內(nèi)的灰度值。并通過設(shè)置合適的閾值，使得當(dāng)灰 度高于閾值時，判定為邏輯1；低于閾值時，判定為邏輯2。進(jìn)而將所述圖像信號還原為二進(jìn)制數(shù)字信號；

步驟52、所述二進(jìn)制數(shù)字信號經(jīng)濾波、放大電路進(jìn)行濾波、放大處理后輸出到光二維碼解調(diào)模塊中。

所述步驟1中的光二維碼信息流是指沒經(jīng)調(diào)制的原始二進(jìn)制信息流；所述的原始二進(jìn)制信息流代表光二維碼序列的二進(jìn)制信息流；所述代表光二維碼序列的二進(jìn)制信息流為服務(wù)平臺的接入指令。

所述步驟6中的光二維碼的解調(diào)模塊通過對二進(jìn)制數(shù)字信號進(jìn)行解擴(kuò)處理以及OOK解調(diào)處理后，形成原始的光二維碼信息流。進(jìn)一步地，所述的解擴(kuò)處理通過同步電路捕捉發(fā)送的PN碼的準(zhǔn)確相位，由此產(chǎn)生與發(fā)送端相一致的PN碼，作為解擴(kuò)信號，以準(zhǔn)確恢復(fù)出光二維碼信息流。

本實(shí)用新型的另一目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種實(shí)現(xiàn)基于光二維碼的多址接入方法的可見光通信系統(tǒng)，包括了發(fā)射子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、接收子系統(tǒng)和服務(wù)云平臺，所述發(fā)射子系統(tǒng)中，原始的光二維碼信息流為服務(wù)云平臺的接入指令；原始的光二維碼信息流經(jīng)過OOK基帶調(diào)制以及CDMA編碼后，形成擴(kuò)頻信號，通過LED驅(qū)動電路來驅(qū)動LED燈具發(fā)出可見光信號；進(jìn)一步地，所述可見光信號為光二維碼序列。

所述傳輸子系統(tǒng)為自由空間。

所述接收子系統(tǒng)主要為手機(jī)終端，所述手機(jī)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(jīng)攝像頭處理后成為圖像信號，所述圖像信號再經(jīng)過DSP處理模塊，通過對圖像中間一定區(qū)域內(nèi)的灰度值的識別并與預(yù)設(shè)定的閾值相比較，使圖像信號轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字信號；所述的二進(jìn) 制數(shù)字信號再經(jīng)過光二維碼解調(diào)模塊，包括解擴(kuò)以及OOK解調(diào)，獲得經(jīng)可見光通信傳輸并還原后的光二維碼信息流。

所述服務(wù)云平臺包括：APP客戶端、推送平臺云端和APP服務(wù)器。手機(jī)以光二維碼信息流為接入指令，通過移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)下載到手機(jī)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了服務(wù)信息等推送的功能。

由于多徑效應(yīng)的存在限制了可見光通信的通信質(zhì)量。為此，本實(shí)用新型提出一種通用的可在普通白光LED燈具上通過調(diào)制光輸出以實(shí)現(xiàn)通信的底層技術(shù)和應(yīng)用平臺。將待發(fā)送的信息經(jīng)過CDMA編碼后，驅(qū)動LED產(chǎn)生光信號；利用移動設(shè)備的攝像頭掃描LED燈具，實(shí)現(xiàn)對光二維碼信息的捕獲以及識別；根據(jù)所獲得的光二維碼信息，再由移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)調(diào)取服務(wù)云平臺的信息，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時推送?？捎行У靥娲鷤鹘y(tǒng)的二維碼技術(shù)，在夜間戶外或其他二維碼無法得到有效應(yīng)用的場景下，作為移動設(shè)備應(yīng)用的有效入口，同時擴(kuò)大了信息的傳輸距離以及傳送的信息量。推送平臺可實(shí)時更新可見光通信的傳輸內(nèi)容，根據(jù)不同的應(yīng)用場所推送相應(yīng)的信息。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本實(shí)用新型使用光二維碼技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二維碼，在實(shí)現(xiàn)照明與通信一體化的同時，增大了信息的傳輸距離、擴(kuò)充了傳送的信息量，成為一種新的接入網(wǎng)技術(shù)。

2、本實(shí)用新型創(chuàng)新性地將CDMA調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于VLC系統(tǒng)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(zhì)量，且可以克服VLC系統(tǒng)中多徑效應(yīng)帶來的碼間干擾等問題。

3、本實(shí)用新型通過將可見光通信技術(shù)與移動通信技術(shù)相結(jié)合，以光二維 碼為接入口，通過移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)調(diào)取服務(wù)云平臺的推送消息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)服務(wù)信息的實(shí)時推送，推動了可見光通信進(jìn)一步應(yīng)用及市場化發(fā)展。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的基于光二維碼多址接入系統(tǒng)框圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)直接序列擴(kuò)頻的原理框圖。

圖3a為直接擴(kuò)頻系統(tǒng)解擴(kuò)前的頻譜示意圖。

圖3b為直接擴(kuò)頻系統(tǒng)解擴(kuò)后的頻譜示意圖。

圖4為本實(shí)用新型信息推送平臺的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種實(shí)現(xiàn)基于光二維碼的多址接入方法的可見光通信系統(tǒng)，包括：發(fā)射子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、接收子系統(tǒng)和服務(wù)云平臺。在發(fā)射子系統(tǒng)中，原始的光二維碼信息流經(jīng)過OOK基帶調(diào)制后，形成帶寬為B₁的基帶調(diào)制信號?；鶐д{(diào)制信號經(jīng)CDMA編碼模塊后形成帶寬為B₂的擴(kuò)頻信號，然后通過LED驅(qū)動電路驅(qū)動LED燈具發(fā)出可見光信號。

CDMA編碼模塊主要為擴(kuò)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(qū)分來自同一LED燈具的傳輸信道，即一個扇區(qū)內(nèi)的多個下行鏈路信道的區(qū)分。擾碼序列(即基站碼和用戶碼)的配置是按照小區(qū)進(jìn)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(qū)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(qū)分開來，完成接收地址的分離。擴(kuò)頻操作位于基帶調(diào)制之后和光脈沖形成之前。擴(kuò)頻調(diào)制主要分為擴(kuò)頻和加擾兩步。首先用擴(kuò)頻碼對數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻，然后再將擾碼加到擴(kuò)頻后的信號中。本實(shí)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。

如圖2所示，采用直接擴(kuò)頻技術(shù)。光二維碼信號作為輸入的數(shù)據(jù)信息D，通過OOK調(diào)制后變成了帶寬為B1的信號，再由PN碼調(diào)制成帶寬為B2的寬帶信號，然后通過驅(qū)動電路驅(qū)動LED發(fā)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(fā)送的PN碼的準(zhǔn)確相位，由此產(chǎn)生與發(fā)送端相位一致的PN碼，作為解擴(kuò)用的本地信號，以準(zhǔn)確恢復(fù)成光二維碼信號。

如圖3a所示，接收端解擴(kuò)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(nèi)，如圖3b所示，解擴(kuò)后有用的信號恢復(fù)成窄帶信號，而干擾信號則被擴(kuò)展到較寬的頻帶內(nèi)，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(kuò)頻碼具有良好的自相關(guān)和互相關(guān)特性，不同擴(kuò)頻碼之間接近正交，容易實(shí)現(xiàn)碼分多址通信，即多盞LED燈具利用不同的擴(kuò)頻碼區(qū)分，進(jìn)而減少由于多徑效應(yīng)所帶來的碼間干擾影響。

LED燈具所發(fā)出的可見光信號即所述的光二維碼序列，經(jīng)自由空間傳輸?shù)浇邮兆酉到y(tǒng)中。

在接收子系統(tǒng)中，采用手機(jī)攝像頭上的CCD圖像傳感器對光二維碼序列進(jìn)行捕捉。將手機(jī)攝像頭對準(zhǔn)LED燈具進(jìn)行掃碼，LED燈經(jīng)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(zhuǎn)換為數(shù)字信號給DSP處理芯片進(jìn)一步處理。由于只關(guān)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(jìn)行計算，求出圖像中間一定區(qū)域內(nèi)的灰度值。當(dāng)該灰度值高于一定閾值時，判定為邏輯1，反之判定為邏輯0，從而將光二維碼還原成二進(jìn)制數(shù)字信號。所述二進(jìn)制數(shù)字信號經(jīng)過光二維碼解調(diào)模塊的處理，包括CDMA解擴(kuò)以及OOK解調(diào)處理后，獲得經(jīng)過可見光通信傳輸并還原恢復(fù)后的光二維碼信息流。

如圖4所示，信息推送平臺的工作流程圖，本實(shí)施案例中推送平臺的結(jié)構(gòu)分為以下三個部分：

(1)APP客戶端，集成了消息推送功能的應(yīng)用程序，客戶端要在服務(wù)器進(jìn)行信息交互，在交互前需要與推送平臺云端建立連接。

(2)推送平臺云端，為整個推送平臺的中間層，負(fù)責(zé)完成APP客戶端的請求與數(shù)據(jù)庫信息交互，即處理客戶端連接、訂閱、發(fā)布等請求。

(3)APP服務(wù)器，用于存儲推送消息和推送消息相關(guān)查詢交互及用戶相關(guān)信息保存與查詢交互。

手機(jī)設(shè)備將還原后的光二維碼信息流為接入指令，通過移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)云平臺，最終實(shí)現(xiàn)服務(wù)信息的實(shí)時推送。

上述實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。