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基于LED序列和高速攝像機(jī)的可見光通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率提高

研究采用LED陣列和高速攝像機(jī)組合以提高可見光通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。過去的研究提出了采用反相信號(hào)驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)解碼的算法，但這種算法會(huì)使數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾式档?，這是因?yàn)闉楦橪ED陣列發(fā)射的原始信號(hào)和反相信號(hào)交替進(jìn)行。本文提出提升數(shù)據(jù)傳輸速率的方法即重疊編碼，這種編碼方法是將遠(yuǎn)程和近程數(shù)據(jù)進(jìn)行重疊。為實(shí)現(xiàn)魯棒跟蹤，有必要對(duì)每一幀的LED陣列位置進(jìn)行跟蹤，因?yàn)檐囕v（相機(jī)）振動(dòng)的同時(shí)LED陣列會(huì)產(chǎn)生變化。采用反相信號(hào)對(duì)LED陣列進(jìn)行跟蹤。對(duì)于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，交替發(fā)射原始信號(hào)和反相信號(hào)。對(duì)于近程數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)射遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的反相信號(hào)時(shí)發(fā)射近程信號(hào)的原始信號(hào)。

發(fā)射器由16×16LED和編碼器組成。相鄰LED之間距離為20mm，對(duì)每個(gè)LED進(jìn)行單獨(dú)控制。接收器由一個(gè)高速攝像機(jī)、圖像處理單元和解碼器組成。將遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)和近程數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，然后將遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分配到低頻范圍，將近程數(shù)據(jù)分配到高頻范圍。對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行重疊編碼。發(fā)射的信號(hào)通過光信道到達(dá)高速攝像機(jī)（接收器）。接收器具有CMOS圖像傳感器，其分辨率為128×128。每個(gè)像素輸出對(duì)應(yīng)于所接收光強(qiáng)度的光電流。在接收到的圖像中，一個(gè)LED亮度信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)或幾個(gè)像素。圖像處理之后，得到每個(gè)LED的亮度值，然后用其亮度值進(jìn)行解碼。

進(jìn)行20～70m范圍內(nèi)間隔5m的靜態(tài)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，與之前的研究相比，此次提出的方法可以提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。

Sayaka Nishimoto et al. 2012 IEEE Conference Globecom Workshops, Anaheim, CA, America, Dec 3-7,2012.

編譯：鮑闞