【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学成像通信，具体涉及一种光学成像通信中的广义数据调制方法。
技术介绍
1、作为可见光通信的一个分支，光学成像通信(下称occ)的接收端采用包含图像传感器的摄像机作为光电转换器件，在光源的照射下持续将感应电流和电压进一步转换为图像序列的颜色和亮度信息后输出，再根据图像序列解调出发射的比特。相对于基于光电探测器的可见光通信而言，occ具有更好的空间和波长分辨能力，在过滤干扰和噪声方面具有独特优势。
2、occ系统一般采用强度调制和直接检测的体制传输数据。occ的发射端根据待传输比特的状态控制led光源的强度产生规律变化。在接收端，光源发出的光经光学透镜汇聚后被图像传感器接收。图像传感器中的每个像素将入射光强转换为感应电流和电压信号，再经过模数转换器转换为数字量(即像素值)后存储在图像中输出occ解调器根据输出图像的像素值判断光源的状态，进而确定发送的信息比特，实现数据通信。由于图像传感器以图像帧序列的形式记录光源的状态，因此根据接收端的图像传感器输出图像帧的速率(即帧率)与发射端的符号调制速率之间的相对关系，可以将现有的occ数据调制方式分为过采样调制和欠采样调制两大类。其中，欠采样调制方案以upsook和ufsook为代表，利用图像传感器输出的图像序列中像素值的相对变化调制符号，因而传输效率极低。但是，欠采样调制对于光源光斑的尺寸需求却是最小的，理论上输出图像中只需要包含1个像素的光斑，即可实现通信。因此，已有的欠采样调制方案多适用于长距离通信。与欠采样调制方案不同，过采样调制方案利用卷帘快门的曝光机制
3、在已有技术方案中，通常使用“过采样”或“欠采样”这样的标签对具体的occ调制方案进行分类，并由此将过采样调制和欠采样调制看作是两类不同的调制方式，具有一定局限性。实际上，无论是过采样调制或是欠采样调制，二者之间没有本质区别，它们仅仅是同一种调制方式在利用像素空间自由度时更偏重于复用还是更偏重于分集的两种不同的策略而已。此外，由于通信距离是决定光源在输出图像中投射光斑的尺寸的关键因素，通信距离是影响occ数据调制方案性能的重要因素。已有的技术方案通常根据光斑尺寸的需求笼统的决定在何种距离下采用何种数据调制方式，既不能选定特定的通信距离传输，也不能保证在该距离下的系统的有效性和可靠性同时达到最优，即传统的调制技术方案，不能在指定通信距离下，保证系统的传输性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种光学成像通信中的广义数据调制方法，通过控制数据调制参数进行调制解调，在指定通信距离下，保证系统的传输性能。
2、本专利技术所采用的技术方案是，光学成像通信中的广义数据调制方法，包括数据调制方法和数据解调方法两个部分：
3、(一)数据调制方法，包括以下步骤：
4、步骤1：确定数据调制参数；
5、步骤2：根据步骤1得到的数据调制参数确定数据帧结构；
6、步骤3：根据步骤2确定的数据帧结构组成数据帧；
7、步骤4：对步骤3生成的数据帧进行游程编码，并用发送设备发送给接收设备；
8、(二)数据解调方法，包括以下步骤：
9、步骤1：对接收设备图像传感器输出的图像进行预处理；
10、步骤2：游程编码解码；
11、步骤3：数据解帧；
12、步骤4：去除重复包；
13、步骤5：输出接收数据比特流。
14、本专利技术的特征还在于，
15、数据调制方法中的步骤1具体为：
16、步骤1.1：对数据包送达率pdr进行数值仿真，得到pdr变化曲线图；
17、采用数值仿真的方法，对pdr进行数值仿真，给定一组由0、1组成的数据流，该数据流由两部分组成，前一部分是由一串特定0或1序列构成的标记符号序列，后一部分由多个数据包组成，每个数据包包含的符号个数为nf，且每一个数据包的数据包包重复次数为m；对此数据流进行采样，统计数据包的个数，将采样得到的数据包的个数与发送的总数据包个数相比，得到pdr的数值，根据不同的距离，从0到1的范围内选取不同的等效间隔时间占比ρ，依次在不同等效间隔时间占比ρ的取值下，改变数据包包长占比η及数据包包重复次数m的值得到pdr在不同数据调制参数下的变化曲线图；
18、步骤1.2：对etr进行数值仿真，得到etr变化曲线图；
19、首先，等效传输速率etr定义为发送端每个数据帧发送有效净荷的占比，单位是比特/帧，如式(3)所示:
20、etr＝nq/(m×nf×t0) (3)
21、式中，nq为有效数据符号个数，m为数据包包重复次数，nf为一个数据包包含的符号数，t0为帧持续时间；
22、然后，采用数值仿真的方法，利用公式(3)，给出不同数据包包长占比η、不同数据包包重复次数m的值对etr进行数值仿真，得到不同数据调制参数下的etr的数值变化；
23、步骤1.3：根据pdr和etr变化曲线图选定数据调制参数
24、根据步骤1.1、步骤1.2得到的曲线图，确定数据调制参数；根据用户对通信距离以及对occ可靠性或有效性的需求，查找步骤1.2产生的相应等效间隔时间占比ρ下的pdr曲线图，将该图与步骤1.3产生的etr曲线图做出对比，若用户对occ的可靠性pdr的值有特定要求，从etr曲线图中找到在保证pdr值满足用户需求下，etr的值最高时，所对应的一组η,m的值，若用户对occ的有效性etr的值有特定要求，从pdr曲线图中找到在保证etr值满足用户需求下的情况下，pdr最高时所对应的一组η，m的值。
25、数据调制方法中的步骤2具体为：
26、步骤2.1：构造数据包结构；
27、一个数据包是由包头、有效数据符号净荷和包尾组成三部分；其中，数据包最开始是包头部分，用于实现同步，包头由nh个连续符号‘1’组成；接着是有效数据符号有效数据净荷部分，包含nq个有效数据符号，其中前nb个符号表示数据包包号，用于接收端去除收到的重复包；为了与包头部分区分，有效数据净荷部分采用每隔nh-2个比特插入1个反向控制比特的方式防止出现连续的‘1’；包尾部分则由nt个‘0’组成，表示数据包的结束；
28、步骤2.2：构造数据帧结构。
29、数据帧是由n个独立的数据包分别重复m次后依次拼接而成；在不同的业务场景下，采用不同的最大帧长nmax,将最大帧长定义为一个数据帧所包含的数据包的最大个数；用最大帧长确定组成一帧的独立数据包个本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.光学成像通信中的广义数据调制方法，其特征在于，包括数据调制方法和数据解调方法两个部分：
2.根据权利要求1所述的光学成像通信中的广义数据调制方法，其特征在于，数据调制方法中的步骤1具体为：
3.根据权利要求2所述的光学成像通信中的广义数据调制方法，其特征在于，数据调制方法中的步骤2具体为：
4.根据权利要求3所述的光学成像通信中的广义数据调制方法，其特征在于，数据调制方法中的步骤3具体为：
5.根据权利要求4所述的光学成像通信中的广义数据调制方法，其特征在于，数据调制方法中的步骤4具体为：
6.根据权利要求5所述的光学成像通信中的广义数据调制方法，其特征在于，数据解调方法中的步骤1具体为：
7.根据权利要求6所述的光学成像通信中的广义数据调制方法，其特征在于，数据解调方法中的步骤2具体为：
8.根据权利要求7所述的光学成像通信中的广义数据调制方法，其特征在于，数据解调方法中的步骤2具体为：
9.根据权利要求8所述的光学成像通信中的广义数据调制方法，其特征在于，数据解调方法中的步骤3
10.根据权利要求9所述的光学成像通信中的广义数据调制方法，其特征在于，数据解调方法中的步骤4具体为：
...【技术特征摘要】
1.光学成像通信中的广义数据调制方法，其特征在于，包括数据调制方法和数据解调方法两个部分：
2.根据权利要求1所述的光学成像通信中的广义数据调制方法，其特征在于，数据调制方法中的步骤1具体为：
3.根据权利要求2所述的光学成像通信中的广义数据调制方法，其特征在于，数据调制方法中的步骤2具体为：
4.根据权利要求3所述的光学成像通信中的广义数据调制方法，其特征在于，数据调制方法中的步骤3具体为：
5.根据权利要求4所述的光学成像通信中的广义数据调制方法，其特征在于，数据调制方法中的步骤4具体为：
...
【专利技术属性】
技术研发人员：董可，孔苗苗，苏为强，王明军，祝敏，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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