本實(shí)用新型涉及一種采用多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端的多用戶可見(jiàn)光通信裝置，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當(dāng)下最為流行的短距離無(wú)線通信如室內(nèi)無(wú)線通信是Wi-Fi。然而，Wi-Fi屬于電磁波通信，即使最新版的802.11ac，其頻率也僅為5Ghz，這就意味著通信帶寬有限，進(jìn)而限制通信速率的提高。Li-Fi由于屬于光波通信，可達(dá)到10Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，突破了Wi-Fi 7Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率上限。如果光源采用激光器，而不是LED，數(shù)據(jù)傳輸速率能夠很容易超出100Gb/s。

Li-Fi通信裝置的核心部分包括置頂端和用戶端，置頂端由入戶光纖與外網(wǎng)連接，用戶端由用戶光纖與用戶設(shè)備如電腦連接。置頂端、用戶端均由光源及其驅(qū)動(dòng)芯片以及光敏接收器組成。以信號(hào)下行傳輸為例，在置頂端驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)出的驅(qū)動(dòng)電信號(hào)的控制下，光源如LED高速閃爍發(fā)光，肉眼覺(jué)察不到這種高速閃爍，按明、暗交替變化的形式將通信信號(hào)加載到光波上而形成二進(jìn)制編碼，快速傳輸后由用戶端光敏接收器接收，經(jīng)過(guò)解碼將由光波傳輸?shù)男盘?hào)經(jīng)用戶光纖傳送給用戶設(shè)備，完成一個(gè)方向的無(wú)線通信。

然而，Li-Fi無(wú)線通信其先天不足在于，光波載波直線傳播，當(dāng)在置頂端和用戶端之間存在障礙物時(shí)，光波載波被遮擋，Li-Fi無(wú)線通信被阻斷。當(dāng)用戶設(shè)備在室內(nèi)變換位置，或者有多個(gè)用戶設(shè)備同時(shí)與單一置頂端通信時(shí)，出現(xiàn)障礙物遮擋的情況就會(huì)出現(xiàn)，無(wú)線通信的可靠性因此而受到影響。這是Li-Fi無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域面臨的技術(shù)難題，在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域圍繞該技術(shù)難題出現(xiàn)了一些解決方案。

申請(qǐng)?zhí)枮?01410401349.6的一件中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一項(xiàng)名稱為“兼顧照明和通信可靠性的室內(nèi)LED燈陣列的布置方法”的方案，該方法利用室內(nèi)空間參數(shù)建立三維空間模型，通過(guò)求解待優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)來(lái)優(yōu)化LED燈陣列在天花板平面上的布局，確保LED燈陣列中的每個(gè)LED燈彼此間同步工作，最終解決Li-Fi無(wú)線通信的障礙物遮擋問(wèn)題。然而，LED燈陣列中不同LED燈發(fā)出的信號(hào)會(huì)相互干擾；再有，若要獲得更好的效果，需要在室內(nèi)布置更多的LED燈，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。

申請(qǐng)?zhí)枮?01410555565.6的一件中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一項(xiàng)名稱為“電力線和可見(jiàn)光融合的通信方法及系統(tǒng)”的方案，該方案采用在室內(nèi)布置多個(gè)LED通信終端(置頂端)的形式解決光通信的遮擋問(wèn)題，其創(chuàng)新點(diǎn)在于每個(gè)LED燈之間采用電力通信技術(shù)連接，即信號(hào)加載到電力線上傳輸，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)LED通信終端同步工作。然而，不同LED通信終端發(fā)出的信號(hào)也會(huì)相互干擾；并且，目前電力線通信的最大帶寬僅為100M，這一環(huán)節(jié)會(huì)成為該室內(nèi)無(wú)線通信的瓶頸。

申請(qǐng)?zhí)枮?01510163596.1的一件中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一項(xiàng)名稱為“基于可轉(zhuǎn)動(dòng)的LED發(fā)射端的室內(nèi)三維定位系統(tǒng)及方法”的方案，該方案通過(guò)計(jì)算接收的功率之間的差值提取定位信息，依據(jù)定位信息轉(zhuǎn)動(dòng)單一LED光通信終端的光束角度來(lái)解決光通信的遮擋問(wèn)題。然而，該方案在實(shí)際應(yīng)用中若僅采用單一通信終端轉(zhuǎn)動(dòng)的方式，總會(huì)存在通信盲區(qū)。

所述各項(xiàng)已知技術(shù)用戶端為一個(gè)，也就是在一個(gè)室內(nèi)空間只有一個(gè)用戶端，不論哪項(xiàng)方案只為一個(gè)用戶端服務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在提供一種室內(nèi)可見(jiàn)光通信方案，在實(shí)現(xiàn)高速率可見(jiàn)光通信并解決障礙物遮擋問(wèn)題的前提下，避免不同LED燈發(fā)出的信號(hào)相互干擾，在一個(gè)室內(nèi)空間允許多個(gè)用戶端同時(shí)使用，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不會(huì)因此而變得復(fù)雜，為此，我們發(fā)明了一種采用多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端的多用戶可見(jiàn)光通信裝置。

本實(shí)用新型之采用多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端的多用戶可見(jiàn)光通信裝置包括可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端和用戶端，其特征在于，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端和用戶端均有多個(gè)；多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端分別由光纖與光纖交換及系統(tǒng)綜合控制器連接，光纖交換及系統(tǒng)綜合控制器由入戶光纖與外網(wǎng)連接；用戶端連接有用戶光纖；所述可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端上還安裝有攝像頭。

本實(shí)用新型之采用多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端的多用戶可見(jiàn)光通信裝置其工作過(guò)程如下所述。在可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端和用戶端之間雙向無(wú)線通信，在同一室內(nèi)，參與通信的可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端和用戶端均有多個(gè)；可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端上的攝像頭始終處于工作狀態(tài)；當(dāng)用戶設(shè)備與某一用戶端的用戶光纖相連時(shí)，用戶端光源發(fā)光，被多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端上的攝像頭同時(shí)攝錄后獲得黑白圖像，這些黑白圖像被分別通過(guò)光纖傳輸給光纖交換及系統(tǒng)綜合控制器，此時(shí)光纖交換及系統(tǒng)綜合控制器向各個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)送控制信號(hào)使可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端轉(zhuǎn)動(dòng)，直到來(lái)自各個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端上的攝像頭的黑白圖像灰度值都達(dá)到最小值，此時(shí)，再由光纖交換及系統(tǒng)綜合控制器在這些灰度已達(dá)到最小值的黑白圖像中進(jìn)一步確定最小灰度值黑白圖像，指令獲得該最小灰度值黑白圖像的可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端與該用戶端通信；如果再有用戶設(shè)備與某一用戶端的用戶光纖相連時(shí)，按上述過(guò)程在剩余可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端中確定一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端與該用戶端通信。

可見(jiàn)，本實(shí)用新型具有如下技術(shù)效果。由于本實(shí)用新型在同一室內(nèi)采用多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端，實(shí)現(xiàn)空間全覆蓋，通信無(wú)死角，即使在某一可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端與某一用戶端之間存在障礙物，也不會(huì)妨礙可見(jiàn)光無(wú)線通信。雖然采用多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端，但是，最終是一對(duì)一通信，也就是一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端與一個(gè)用戶端通信，而且是在優(yōu)化后以最佳角度、在最短通信距離內(nèi)通信，將不同可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端以及不同用戶端之間的干擾降到最低，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)室內(nèi)空間多個(gè)用戶端同時(shí)以可見(jiàn)光無(wú)線方式通信，在這一前提下，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜。

每個(gè)用戶端獨(dú)享帶寬，因此，并不會(huì)因多個(gè)用戶端同時(shí)以可見(jiàn)光無(wú)線方式通信而導(dǎo)致通信速率的下降。例如，當(dāng)設(shè)置5個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端時(shí)，可容納的最大用戶端為5個(gè)，若單路可見(jiàn)光無(wú)線通信的帶寬均為100M，則在同一室內(nèi)每個(gè)用戶端均可獨(dú)自占有100M的通信帶寬，彼此之間沒(méi)有干擾。

只要用戶端數(shù)小于等于可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端數(shù)，所有用戶端即可正常通信，而不必配置過(guò)多的置頂端。本實(shí)用新型采用全光纖連接，信號(hào)傳輸速率遠(yuǎn)大于電力線，可完全發(fā)揮可見(jiàn)光通信的速率優(yōu)勢(shì)，沒(méi)有電力線通信存在的速率瓶頸。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型之采用多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端的多用戶可見(jiàn)光通信裝置總體結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)示意圖，該圖同時(shí)作為摘要附圖。圖2是本實(shí)用新型之采用多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端的多用戶可見(jiàn)光通信裝置中的可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)示意圖。圖3是本實(shí)用新型之采用多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端的多用戶可見(jiàn)光通信裝置中的光纖交換及系統(tǒng)綜合控制器結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型之采用多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端的多用戶可見(jiàn)光通信裝置包括可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端1和用戶端2，如圖1所示，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端1和用戶端2均有多個(gè)，例如5個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端1，2個(gè)用戶端2。多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端1分別由光纖3與光纖交換及系統(tǒng)綜合控制器4連接，光纖交換及系統(tǒng)綜合控制器4由入戶光纖5與外網(wǎng)連接。用戶端2連接有用戶光纖6。所述可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端1上還安裝有攝像頭7，如圖2所示。

在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端1中，如圖2所示，由方位轉(zhuǎn)臺(tái)8、底座9上、俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)10構(gòu)成可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端1的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，方位轉(zhuǎn)臺(tái)8安裝在底座9上，俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)10安裝在方位轉(zhuǎn)臺(tái)8上；攝像頭7、光源11、光敏接收器12安裝在俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)10上。光源11由1～4個(gè)LED及其驅(qū)動(dòng)芯片擔(dān)當(dāng)；所述LED為藍(lán)光LED，以確保具有足夠高的調(diào)制速率，或者是由多種顏色的LED組成波分復(fù)用陣列，以進(jìn)一步提升通信帶寬。光源11的照射扇面與攝像頭7的成像視場(chǎng)相重合，以最大限度增加可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端1的跟蹤對(duì)準(zhǔn)精度，提高通信穩(wěn)定性。

在所述光纖交換及系統(tǒng)綜合控制器4中，如圖3所示，光纖3接入GTX/GTP通信單元，GTX/GTP通信單元分別與最優(yōu)算法控制單元、均衡電路、控制電路、數(shù)據(jù)處理電路電連接；最優(yōu)算法控制單元還分別與圖像處理單元、校正電路電連接；圖像處理單元還分別與數(shù)據(jù)處理電路、校正電路、均衡電路電連接；控制電路還分別與數(shù)據(jù)處理電路、校正電路電連接；入戶光纖5接入數(shù)據(jù)處理電路。

所述光纖交換及系統(tǒng)綜合控制器4的工作過(guò)程如下所述，如圖3所示，光纖3將來(lái)自可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端1的通信數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)傳輸給GTX/GTP通信單元；為不同用戶端2服務(wù)的可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端1由最優(yōu)算法控制單元、控制電路分配，使各個(gè)用戶端2均有最優(yōu)的可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端與其匹配；GTX/GTP通信單元將來(lái)自不同可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端1的圖像數(shù)據(jù)分別送到均衡電路、控制電路和數(shù)據(jù)處理電路；均衡電路對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后傳入圖像處理單元，由圖像處理單元根據(jù)圖像灰度提取用戶端2與可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端1之間的距離信息，根據(jù)用戶端2在攝像頭7視場(chǎng)中的位置提取用戶端2在室內(nèi)空間的位置信息，將所得距離信息和位置信息傳輸給最優(yōu)算法控制單元進(jìn)行最優(yōu)選擇；校正電路根據(jù)圖像處理單元和控制電路反饋的信息對(duì)最優(yōu)算法控制單元的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行校正與補(bǔ)償；控制電路根據(jù)來(lái)自GTX/GTP通信單元的圖像信息對(duì)校正電路和數(shù)據(jù)處理電路進(jìn)行控制；數(shù)據(jù)處理電路根據(jù)圖像處理單元輸出的反饋信息和控制電路的控制指令分別對(duì)入戶光纖5和來(lái)自GTX/GTP通信單元的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，匹配當(dāng)前傳輸協(xié)議。

最優(yōu)算法控制單元做出最優(yōu)選擇的過(guò)程如下所述，建立最優(yōu)分配規(guī)則控制函數(shù)，函數(shù)由可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端1的攝像頭7攝錄的用戶端2的距離信息和位置信息加權(quán)組成；在最優(yōu)判別中，將不同可轉(zhuǎn)動(dòng)置頂端1中的攝像頭7攝錄的不同用戶端2的距離信息和位置信息分別帶入到所述最優(yōu)分配規(guī)則控制函數(shù)中，若用戶端2數(shù)不唯一，則需要將每個(gè)用戶端2的距離信息和位置信息帶入，計(jì)算不同組合情況下的最優(yōu)分配規(guī)則控制函數(shù)值，選取函數(shù)值最大的組合作為最優(yōu)選擇；通過(guò)更改距離信息和位置信息的權(quán)重系數(shù)，以及用戶端2的權(quán)重系數(shù)來(lái)設(shè)定不同用戶端2的優(yōu)先級(jí)。