一种LED可见光蜂窝通信网络中的资源分配与越区切换方案制造技术

本发明专利技术公开了一种在室内蜂窝可见光通信网络中基于RGB三色LED的资源分配以及越区切换方案，其中RGB‑LED发光原理是使用红光、绿光、蓝光混合形成白光。三种颜色分别作为三路信号，相邻小区之间使用不同颜色的光作为主载波，另外两种颜色光作为副载波，以解决同小区内资源分配的问题，以及相邻小区采用不同频率载波时，由于不同频率的载波衰减不同导致的切换问题。采用本发明专利技术公开的方法只需在接收端加装滤光片即可，装置实现简单易行。

【技术实现步骤摘要】
一种LED可见光蜂窝通信网络中的资源分配与越区切换方案
本专利技术涉及可见光通信(VLC)领域，具体而言，是一种可见光蜂窝通信网络中基于RGB三色LED的资源分配与越区切换方案。
技术介绍
2000年可见光通信的概念横空出世，其利用发光二极管(LED)作为光源，使得LED在照明的同时可以实现高速的通信。LED自20世纪60年代问世以来短短数十年间发展迅速，光色从单色到多色，亮度由低变高，寿命由短变长。至今为止，LED仍以每10年亮度提高20倍，价格降为原来的1/100的速度发展。LED与传统照明工具相比具有诸多优势，例如能耗低、发光效率高、寿命长、稀土添加量低。这些优势使LED迅速占领了市场，也受到各国的青睐，世界各国也相继推出淘汰白炽灯、推广LED的计划。可以肯定的是LED的市场份额会越来越大，这使得可见光通信技术需要的光源无处不在。可见光通信(VLC)技术是随着白光LED照明技术的发展而兴起的无线光通信技术。由于白光LED响应时间极短，我们可以数据调制到LED光源上进行传输，这样就可以在兼顾照明的同时完成信息的传输。由于单个LED光源发出的光具有定向性，所以为满足一般室内场所的照明需求，一般要在天花板上部署规则的LED阵列，所以如果我们可以让不同的LED光源负责其可以覆盖的区域内的通信，这就可以实现空分复用，可以提高整个可见光无线通信系统的网络容量。测量发现，白光LED照明器件本身通信带宽比较有限，因此仍需要研究各种方式方案来提高可见光无线通信系统的网络容量以及通信速率。此外，可见光蜂窝通信网络中的小区和移动通信中的蜂窝小区类似。一般来说一个LED灯可以覆盖的面积大约是直径2-3米的圆形区域，当用户持终端移动时，很快就会从一个LED灯的覆盖区域到另一个LED灯的覆盖区域，为了维持室内通信的质量，一个准确、快速、稳定的切换方案是必需的基于上述情况，我们提出了一种可见光蜂窝通信网络中基于RGB-LED的接入方案，以实现频谱资源的高效利用，以及一种基于RGB-LED的越区切换方案，以实现稳定的越区切换。
技术实现思路
本专利技术提出了一种可见光蜂窝通信网络中基于RGB三色LED的接入方案，以实现频谱资源的高效利用。本专利技术提出了一种可见光蜂窝通信网络中基于RGB三色LED的越区切换方案，以实现室内场景中准确、快速、稳定的越区切换。本专利技术提供了一种可见光蜂窝通信网络，其主要部分包括发送端电路以及RGB-LED，接收端电路以及光电二极管(PD)，其中发送端电路分别调制三路颜色的信号，实现小区频谱资源是使用普通LED灯时的3倍。本专利技术提供了一种LED排布方案，利用可见光的视距性，实现了蜂窝区域的无缝覆盖，同时又节约了RGB-LED资源。基于上述网络以及RGB-LED排布，我们提出了一种接入机制以实现频谱资源的高效利用。其具体步骤为：(1)判断处于同一小区内终端的数量，当处于同一小区内的终端数量较少时，终端可根据接收到的三种颜色光的信号强度，选择信号强度较强的载波接入；(2)当处于同一小区内的终端数量较多时，判断具体的某一终端是处于①主副载波都有效覆盖的区域，还是②主载波有效覆盖，副颜色光载波无效覆盖区；(3)第一种情况中，终端优先接入二种副颜色光载波，为处于小区边缘，只能通过接入主颜色光载波接入进行通信的终端预留出频谱资源；(4)第二种情况中，终端只能接入主颜色光载波；基于上述网络以及RGB-LED排布，我们提出了一种切换机制以实现切换的快速、稳定、准确。其具体步骤为：(1)协调器实时监控终端位置；(2)当终端可以接受到来自两个不同小区的主颜色载波信号时，通知协调器准备进行切换；(3)满足切换条件时，进行切换操作。具体到步骤(1)当有切换的需求时，终端必然处于小区的副载波无法覆盖到的区域内，所以通过终端接收到的各颜色光功率，大致判断其位置即可，不需要终端的具体位置信息。具体到步骤(2)，由(1)可知，当终端接收到来自两个不同小区的主颜色载波信号时，其位置是处于两个小区覆盖重叠的区域，切换操作发生在这个区域内。此时协调器将下行信息同时在原小区和相邻小区内进行广播，并准备好切换过程所需要的资源，同时协调器还将通知终端开始进行接收信号功率的比较以判断是否进行切换。具体到步骤(3)当终端接收到的当前小区信号强度小于越区切换的阈值功率时，终端通知协调器开始进行链路的切换，首先将终端的上行业务由原小区切换到目标小区，然后目标小区接收到终端发来的信息后发送信令信息给终端，当终端收到目标小区的信令信息后终止与原小区的通信，但是原小区不会终止发送信息，而是等终端彻底脱离原小区覆盖区域后才终止发送信息。本专利技术的优势如下所述。在保证通信质量的前提下，不同的小区之间尽量采取不同频率的载波，但是不同频率的载波衰减是不同的，高频衰减会比低频衰减大，这就会导致终端在比较不同小区发来的信号的功率时会出现偏差，为了避免这一问题，我们提出了使用不同颜色的光作为载波。因为不同颜色光的频响特性曲线是大致相同的，所以相邻小区采用相同频率的不同颜色的光作为载波，只要终端通过滤光片加以区分，就可以同时保证通信互不干扰以及切换的准确。同时，在同一小区内，用将三种颜色光以主载波、副载波加以区分，通过一定的接入策略，可以实现同一小区内频谱资源的高效利用。附图说明图1为小区内部功率分布示意图图2为干扰存在区域示意图图3为越区切换示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可见光蜂窝通信网络中基于RGB‑LED的资源分配以及切换方案，其特征在于具体的资源分配以及切换规则：1)只使用两种颜色作为接入通信用光即可满足相邻小区LED覆盖重叠的范围没有干扰，所以可以将蓝光作为定位用光，红、绿光作为通信用光；2)相邻小区采用不同颜色的光作为主载波，如红色作为主载波，绿色作为副载波，则其相邻小区采用绿色作为主载波，红色作为副载波。主载波功率大于副载波3)各小区均使用蓝光用于定位，蓝光直接向下广播位置码，终端可以通过接受到的蓝光中所含的位置码定位出是处于哪个LED阵列的覆盖范围内4)当只有少数终端处于同一小区时，为保证通信的质量，终端优先选择该小区内信号强的一路进行接入；5)当位于同一小区的终端数量较多时，根据其接收到的主载波与副载波的功率从而大致判断所处位置，有两种情况：①处于主载波与副载波都可以有效覆盖的区域②处于该小区主载波可覆盖，而副载波不可覆盖区域6)当处于情况①时，终端优先选择副载波进行接入，当处于情况②时，则接入主载波。这样的频谱资源分配可以保证更多终端的有效接入，并且在相邻小区覆盖重叠的区域内，可以保证只有两个小区的主载波可以进行过有效的接入，干扰较小，进行切换时只需考虑比较这两个小区的主载波信号即可；7)当终端处于两个小区覆盖重叠的区域时，根于接收到两个小区主载波的功率判断是否进行切换。...

【技术特征摘要】
1.一种可见光蜂窝通信网络中基于RGB-LED的资源分配以及切换方案，其特征在于具体的资源分配以及切换规则：1)只使用两种颜色作为接入通信用光即可满足相邻小区LED覆盖重叠的范围没有干扰，所以可以将蓝光作为定位用光，红、绿光作为通信用光；2)相邻小区采用不同颜色的光作为主载波，如红色作为主载波，绿色作为副载波，则其相邻小区采用绿色作为主载波，红色作为副载波。主载波功率大于副载波3)各小区均使用蓝光用于定位，蓝光直接向下广播位置码，终端可以通过接受到的蓝光中所含的位置码定位出是处于哪个LED阵列的覆盖范围内4)当只有少数终端处于同一小区时，为保证通信的质量，终端优先选择该小区内信号强的一路进行接入；5)当位于同一小区的终端数量较多时，根据其接收到的主载波与副载波的功率从而大致判断所处位置，有两种情况：①处于主载波与副载波都可以有效覆盖的区域②处于该小区主载波可覆盖，而副载波不可覆盖区域6)当处于情况①时，终端优先选择副载波进行接入，当处于情况②时，则接入主载波。这样的频谱资源分配可以保证更多终端的有效接入，并且在相邻小区覆盖重叠的区域内，可以保证只有两个小区的主载波可以进行过有效的接入，干扰较小，进行切换时只需考虑比较这两个小区的主载波信号即可；7)当终端处于两个小区覆盖重叠的区域时，根于接收到两个小区主载波的功率判断是否进行切换。2.根据权利1所述可见光蜂窝通信网络中基于RGB-LED的资源分配以及切换方案，其特征在于步骤6)中实现资源高效分配...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄治同，时鑫宇，纪越峰，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11