【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于车联网和光通信技术、智能网联汽车领域，尤其涉及到基于无比率编码和网络编码相结合的车联网通信编解码算法，系统利用车辆头/尾灯构建通感一体化信道，实现相邻车辆的信息交换和状态感知。
技术介绍
1、在车辆数量不断增加的今天，车辆的安全、稳定、高效运行已成为道路运输系统中一个紧迫的问题。因此，许多国家和机构都在积极支持智能交通系统(intelligenttransportation systems , its )的发展，以提高道路安全和增加交通容量。platooning车辆编队是一种its系统的应用，它可以通过车辆车队，使车辆在保持一间距下紧密协调行驶。通过实时测量与前车的距离和通过车-车通信与邻近车辆交换信息，编队能够及早发现潜在的危险情况，避免碰撞。目前，大多数车-车通信网络系统通常依靠无线电通信技术，如专用短距离通信(dsrc)和蜂窝车联网技术(c-v2x)。然而，在车辆密集的情况下，无线电通信相互干扰严重，不能满足车-车通信中严格的服务质量 (quality-of-service-qos)要求。
2、因此，迫切需要一种新的无线通信技术来满足车-车通信。近年来利用红外光(infrared ray, ir)、可见光(visible light, vl)或紫外线 (ultraviolet ray, uv)作为通信介质的光无线通信( optical wireless communication, owc ) 受到了广泛关注，其在车联网领域的应用拥有诸多优势，如可以复用汽车头灯和尾灯作为光通信发射机降低系统部署成
3、因此，本专利技术旨在利用光无线通感一体化技术，利用车上的头灯/尾灯等光收发设备，构建邻近车辆间的通信与感知一体化信道，实现车辆编队间的高效通信与实时环境感知。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于光的无线通信感知一体化技术，利用车辆上的车灯构建相邻车辆间的通信感知信道，实现相邻车辆间低延迟和高可靠的信息交换和状态感知。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的基于光通感一体化的车联网系统，由发射端和接收端两部分组成。发射端主要由信息编码模块、直流平衡编码模块、调制模块和led发射端组成；接收端主要由光电接收器、前置交流耦合调理电路、模数转换器、数字信号处理单元组成。所述的信息编码模块用于对发送信息进行编码，并产生待发送的数据包以对抗传输过程可能存在的数据丢包，一般采用无比率编码与网络编码等相结合的编码方式；所述平衡编码模块用于对待发送数据包进行编码，以保证在数据传输时不产生任何闪烁；所述的调制模块将已编码的数据包进行数据符号映射，并把待发送的数据符号转化为调制信号；所述led发射端接收调制信号并产生调制光，实现数字信号与光信号的转换和信息传输。所述光电接收器用于接收自由空间的光信号并将光信号转换为电信号，一般为光电二极管或光电三极管及其阵列；所述前置交流耦合调理电路用于耦合光电接收器输出的电信号，并对信号进行放大、滤波等调理以驱动后继模数转换器；模数转换器将模拟信号转换为数字信号；所述数字信号处理单元用于处理模数转换器输出的数字信号，并对信号处理，提取信号的强度、相位等信息用于感知车辆的环境状态与通信解调解码，还原被传输信息，同时实现环境感知和数据通信。
3、进一步的是，所述车灯的头灯和尾灯通过轻量化改造，具有光信号收发功能，能够实现全双工通信和状态感知；
4、进一步的是，所述车灯的头灯和尾灯采用不同频率的光作为通感介质，头灯采用白光，尾灯采用红外光或红光；
5、进一步的是，所述信息编码模块，采用无比率编码与网络编码相结合的方式，优选raptor编码与网络编码相结合；
6、进一步的是，采用lt编码，通过异或编码方式，即拆分原数据为原数据和其异或后的数据对；
7、进一步的是，所述光电接收器为单个或多个光敏传感器及其阵列；
8、进一步的是，所述前置交流耦合调理电路为采用交流耦合方式，连接光电接收器和放大或滤波电路；
9、进一步的是，所述模数转换模块优选为微处理器自带模数转换器，或高速模数转换器；
10、进一步的是，所述数字信号处理单元为微控制器（mcu）或数字信号处理器（dsp）或现场可编程阵列（fpga）或专用数字信号处理芯片（asic）；
11、进一步的是，所述发射端和接收端可以单独或多个协同。
12、本专利技术解决其技术问题所采用的基于光通感一体化的车联网系统及实现方法，包括以下步骤：
13、a.待发送信息先经过信息编码模块，并分割原始数据形成可识别码的数据包；数据包再进行平衡编码，数据包内部数据按照拟采用的调制阶数分解为若干数据元组，各数据元组按照异或编码方式，编码原数据元组为原数据元组和其异或编码的配对形式；
14、b.调制模块对编码后的数据进行数据符号映射，并产生相应的调制信号，直接驱动发射端发出调制光；
15、c.接收端中的光电接收器接收自由空间中的光信号并输出电信号，后继前置交流耦合调理电路对信号进行放大、滤波处理，模数转换模块把模拟电信号转换为数字信号处理单元可识别的数字信号；
16、d.数字信号处理单元首先对数字信号进行数字滤波等滤除噪声，提取信号的强度、相位等信息，数字信号处理单元通过对信号强度或相位信息进行处理，获得当前通信信道的状态，从而推测出邻近车辆的距离、是否有被插队等车辆运行环境状态，并根据预先设置号的阈值，发出报警等提示；
17、e.数字信号处理单元通过处理提取到的信号强度、相位等信息结合时序关系，解调接收到的数字信号序列，得到数据符号流，利用平衡编码特性，对数据符号流进行校验；校验后的数据符号被进一步的转换为二进制数据，得到原始数据包；在收到足够数据包后，根据前向编码对应的解码方式，还原被发射的信息。
18、本专利技术的有益效果是为未来车联网和智能网联汽车提供一种实用性强、数据传输速率高、可靠性高的低成本通感一体化解决方案，具体为：（1）通过无比率编码与网络编码相结合的方式，可有效提高车辆编队被插队时的数据中继与转发效率，提高整个车-车联网系统的通信容量，降低传输延迟；（2）头灯和尾灯采用了不同频率的光作为通感介质，消除相互干扰，增强了通信的可靠性；（3）由于采用了直流平衡编解码，可以抑制数据通信对照明功能的影响，并且可以利用直流平衡编码的特性，实现对接收数据的校验，可以降低误码率，提高通信的可靠性；（4）由于充分利用了光通感一体化原理，将通信和感知集成，减少了硬件设施的部署，节约了成本。
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1.一种基于光通感一体化的车联网系统，其特征在于，包括发射端（1）和接收端（2）；所述发射端（1）包括了信息编码模块（10）、平衡编码模块（11）、调制模块（12）和LED发射端（13）；所述接收端（2）包括了光电接收器（20）、前置交流耦合调理电路（21）、模数转换器（22）、数字信号处理单元（23）组成；
2.根据权利要求1所述的一种基于光通感一体化的车联网系统，其特征在于，所述车灯的头灯和尾灯通过轻量化改造，具有光信号收发功能，能够实现全双工通信和状态感知。
3.根据权利要求1所述的一种基于光通感一体化的车联网系统，其特征在于，车灯的头灯和尾灯采用了不同频率的光作为通感介质，头灯采用白光，尾灯采用红外光或红光。
4.根据权利要求1所述的一种基于光通感一体化的车联网系统，其特征在于，在信息编码模块（11）中，采用Raptor编码（100）与网络编码（102）相结合的方式。
5.根据权利要求1所述的一种基于光通感一体化的车联网系统，其特征在于，使用LT编码（101），通过异或编码方式，即拆分原数据为原数据和其异或后的数据对。>
6.根据权利要求1所述的一种基于光通感一体化的车联网系统，其特征在于，前置交流耦合调理电路（21）为采用交流耦合方式，连接光电接收器和放大或滤波电路。
7.根据权利要求1所述的一种基于光通感一体化的车联网系统，其特征在于，数字信号处理单元为微控制器（MCU）或数字信号处理器（DSP）或现场可编程阵列（FPGA）或专用数字信号处理芯片（ASIC）。
8.根据权利要求1所述的一种基于光通感一体化的车联网系统，其特征在于，数字信号处理单元（23）利用光感原理，设计了状态监测算法。
9.根据权利要求1所述的一种基于光通感一体化的车联网系统，其特征在于，所述发射端（1）可以单独或多个协同。
10.一种基于光通感一体化的车联网系统实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于光通感一体化的车联网系统，其特征在于，包括发射端（1）和接收端（2）；所述发射端（1）包括了信息编码模块（10）、平衡编码模块（11）、调制模块（12）和led发射端（13）；所述接收端（2）包括了光电接收器（20）、前置交流耦合调理电路（21）、模数转换器（22）、数字信号处理单元（23）组成；
2.根据权利要求1所述的一种基于光通感一体化的车联网系统，其特征在于，所述车灯的头灯和尾灯通过轻量化改造，具有光信号收发功能，能够实现全双工通信和状态感知。
3.根据权利要求1所述的一种基于光通感一体化的车联网系统，其特征在于，车灯的头灯和尾灯采用了不同频率的光作为通感介质，头灯采用白光，尾灯采用红外光或红光。
4.根据权利要求1所述的一种基于光通感一体化的车联网系统，其特征在于，在信息编码模块（11）中，采用raptor编码（100）与网络编码（102）相结合的方式。
5.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶俊，杨彦兵，莫若燊，宋扬，朱纪霏，白乐，王研博，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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