一种基于偏振方向域正交的光通信装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于偏振方向域正交的光通信装置及方法，所述光通信装置至少包括第一类调制器和第二类调制器，所述第一类调制器和第二类调制器配置为以彼此之间的偏振装置的角度差为第一阈值的方式构建偏振方向域的正交基从而独立传输两路光信号。或者所述第一类调制器和第二类调制器配置为以彼此之间发射和/或反射光信号的偏振方向的角度差为第一阈值的方式构建偏振方向域的正交基从而独立传输两路光信号。通过该设置方式，能够在偏振方向域45

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏振方向域正交的光通信装置及方法


[0001]本专利技术属于通信
，涉及一种调制方法及装置，尤其涉及一种基于偏振方向域正交的光通信装置，同时涉及采用偏振
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正交幅度调制的通信装置及方法，以及其他调制方法与偏振
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正交幅度调制方法结合的复合调制方法及装置，还涉及用于解调上述调制方法的解调方法及装置。采用基于偏振方向域正交的光通信调制方法及装置应用于物联网
的装置和方法，例如门禁装置及方法、移动支付装置及方法、车联网装置及方法、停车场管理装置及方法、定位装置及方法、自动驾驶装置及方法等。

技术介绍

[0002]随着物联网(Internet Of Things，IoT)迅速发展，预计不久的将来数十亿甚至数万亿个环境对象将获得Internet访问，从而使日常生活受益。但是，如此大规模的扩展给现实世界物联网部署中的能源管理带来了巨大挑战。当今的物联网无线通信技术(例如BLE，Wi
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Fi，Zig
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Bee，Lora和NB
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IoT)通常需要数百毫瓦的功率，这与长期(例如，超过六个月)无需更换电池的部署方案相矛盾。因此，需要低于毫瓦级功率的无线通信解决方案来真正大规模实现IoT愿景。
[0003]由于基于无线电信号的反向散射，在大规模部署时会引起严重的干扰问题，同时在下行链路和上行链路中干扰正常用户的业务，并加剧“频谱紧缩”问题。因此需要寻找另一种不同的传播介质。可见光通信技术已经被证明了是室内物联网应用的实际解决方案。可见光通信技术(Visible Light Communication，VLC)是指利用可见光波段的光作为信息载体，不使用光纤等有线信道的传输介质，而在空气中直接传输光信号的通信方式。可见光通信技术相比Wi
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Fi、蓝牙、蜂窝网络等基于无线电信号的通信技术来说，具有信号干扰少、防窃听、可用带宽大等天然的优势。最常见的可见光通信技术基于发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的快速开关调制作为信号源的基本单元，通过配备在室内外大型显示屏、照明设备、信号灯和汽车前尾灯来增加信号源的强度和多样性，最后利用光电二极管等光电转换器件接收和解调光信号中承载的信息。基于以上特性和工作原理，可见光通信在基于物联网技术的应用中可以发挥重大作用，尤其是在自动驾驶中的车灯和基础设施(路障，路牌等)之间、室内顶灯、门禁、光支付以及停车场管理等物联网设备之间的场景实现主被动式双向通信。但是，想要实现长期(例如，超过六个月)无需更换电池、低于毫瓦级功率的无线通信解决方案来真正大规模实现IoT愿景，还需要对VLC进行进一步地改进。
[0004]例如，可以采用逆反射通信的方式来进一步改进VLC，从而降低通信装置的功耗。逆反射通信是一种被动双向通信方式，其采用逆反射材料来反射发送方发射的光信号。本质上是通过反射光信号而不是主动发射光信号来抑制能源的消耗，进而接收方一侧不需要部署光通信的所需要的光源，只需要对逆反射的光信号进行调制就能实现双方的通信。而且，逆反射能够使得光信号沿原路返回至发射光信号的光源，因此不需要其他额外设置就能够实现通信双方的精确对准。更重要的是，逆反射通信系统仅需要微瓦级别的功率，适用于现有趋势的通信解决方案。
[0005]例如，公开号为CN104715272B的中国专利文献公开了以光为介质的后向反射调制标签及读写器系统，包括标签和读写器，所述标签包含一块从读写器所述发射的光和环境光中获取能量的薄膜太阳能电池板、用于后向反射的后向反射薄膜、用于对光的反射进行调制的液晶光阀、液晶光阀调制电路、用于接收读写器信号的第一光敏二级管，在所述后向反射薄膜上粘贴液晶光阀。所述读写器包含一个用于发射可见光或红外光的LED，LED驱动电路和调制电路、微控制器、第二光敏二极管。该专利技术利用反向可见光通信技术，即后向反射薄膜对光的后向反射，使得光线的出射方向与光线的入射角无关，仅为沿原光路原路返回，因此用户无需将标签垂直于光的入射方向即可进行通信。
[0006]例如，文献[1]Xieyang Xu，Yang Shen，Junrui Yang，Chenren Xu，Guobin Shen，Guo jun Chen，and Yunzhe Ni.Passivevlc：Enabling practical visible light backscatter communication for battery
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free iot applications.In ACM MobiCom，2017.公开了一种反向反射可见光通信系统(Visible Light Backscatter Communication，VLBC)，利用反射织物将反射光指向请求通信的车载读写器，并切换LCD的开/关状态，通过开/关键控(OOK)的调制方式调节反射光。VLBC系统由高功率读写器和低功率的光标签组成。它的工作原理如下：读写器中的LED以很高的频率打开和关闭，将LED发出的光转变为信息的载体，即将数据信息通过打开和关闭的方式调制到载波(光)上。光信号被光标签上的光传感器接收并解码。对于上行链路(光标签到车载读写器的通信链路)，通过反射同一载波来进行传输。光标签将反射光通过OOK调制后发送，这种调制方式是通过反射织物上的一个由单片机控制的驱动器来实现的。然后，在车载读写器上的光电二极管接收或调制反射光载波，并进一步解调和解码。文献[1]和上述专利文献证明了VLBC技术在短距离内应用于车联网、物联网通信的可行性，解决了通信设备的移动性、可扩展性问题，并且成本低(无源工作)、能够阶段性部署。
[0007]但是，调制器件本身的特性限制了通信系统的数据传输速度。例如，国际可见光通信标准IEEE802.15.7为可见光通信提供了三种调制方式，分别是开关调制(OOK)、变脉冲位置调制(VPPM)、色移键控(CSK)。OOK调制通过控制LCD或LED的亮或灭两种状态分别对应二进制信息“1”或者“0”，按照在每位数据结束后电平是否归零可以将OOK调制分为归零开关键控或者非归零开关键控两种，其中，非归零开关键控在每位数据技结束后电平不回到0；归零开关键控，在每位数据结束后电平都回到0，因此归零开关键控的每个比特位都需要两个时钟来控制。在调制时钟频率相同的条件下，不归零开关监控需要的时钟数少一半，时间也少一半，故其速率是归零开关键控的两倍，调制效率更高，但这两种OOK调制方法也受到调制开关的调制速度限制。
[0008]变脉冲位置调制(VPPM)通过控制高低电平在一个开关周期中起始或者结束为止来区分“1”和“0”。若高电平出现在一个周期的起始部分，则表示“0”，若高电平出现在一个周期的结束部分，则表示“1”。这种调制方式仅根据高电平出现在一个开关周期的位置来辨别数据，而与高电平在整个开关周期所占据的时间无关，因此可以通过控制高电平在一个开关周期的宽度来实现调光功能。但是这种调制方式的数据传输速率也受到LCD或者LED本身开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振方向域正交的光通信装置，其特征在于，包括第一类调制器(21)和第二类调制器(22)，其中，所述第一类调制器(21)和第二类调制器(22)配置为以彼此之间的第一类偏振装置(3)的角度差为第一阈值的方式构建偏振方向域的正交基从而独立传输两路光信号；或者所述第一类调制器(21)和第二类调制器(22)配置为以彼此之间发射和/或反射光信号的偏振方向的角度差为第一阈值的方式构建偏振方向域的正交基从而独立传输两路光信号。2.根据权利要求1所述的光通信装置，其特征在于，所述第一类调制器(21)包括至少一个第一调制器(211)，所述第二类调制器(22)包括至少一个第二调制器(221)，其中，所述第一类调制器(21)基于所述第一调制器(211)的数量而构建高阶脉冲幅度调制器；所述第二类调制器(22)基于所述第二调制器(221)的数量而构建高阶脉冲幅度调制器。3.根据权利要求1所述的光通信装置，其特征在于，所述光通信装置还设置有用于驱动所述第一类调制器(21)和第二类调制器(22)调制光信号的第一控制模块(1)，其中，所述第一控制模块(1)配置为基于正交振幅调制的方式驱动所述第一类调制器(21)和第二类调制器(22)调制其发射和/或反射的光信号。4.根据权利要求1至3任一所述的光通信装置，其特征在于，第一控制模块(1)配置为叠加和/或交错不同的第一类调制器(21)内的第一调制器(211)和/或第二类调制器(22)内的第二调制器(221)其改变光信号状态最快的第一响应时间内发射的第一符号/第一波形构建第二符号/第二波形；或者第一控制模块(1)配置为叠加和/或交错不同的第一类调制器(21)内的第一调制器(211)和/或第二类调制器(22)内的第二调制器(221)其改变光信号状态最快的第一响应时间对应的第一阶段，并通过开启/关闭所述第一阶段构建第二符号/第二波形；或者第一控制模块(1)配置为在不同的时间间隔开启/关闭不同的第一类调制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：许辰人，王璞瑞，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：