本公開涉及用于同步接收器以解碼使用光通信系統(tǒng)發(fā)射的通信的方法和系統(tǒng)，例如將接收器的時(shí)鐘同步到接收的數(shù)據(jù)輸入流。

背景技術(shù)：

1、光學(xué)或光通信系統(tǒng)(其中光被調(diào)制以編碼光通信節(jié)點(diǎn)之間通信的數(shù)據(jù)或信息)可用于各種應(yīng)用，例如在對等體之間建立自組織網(wǎng)絡(luò)(adhoc?networks)；例如，在一個(gè)車輛應(yīng)用中，這種光通信系統(tǒng)可以用于車輛通信，如美國專利號第11,245,469中所述。然而，這種系統(tǒng)可能涉及或依賴外部同步來使接收器與發(fā)射器同步，以便編碼的數(shù)據(jù)可以被正確解碼。這種外部同步指的是同步過程，該同步過程中，通過使用除了具有待同步的接收器的光通信系統(tǒng)之外(并且不同于該光通信系統(tǒng))的通信來使接收器與發(fā)射器同步。例如，外部同步可能涉及通過使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ枚坛掏ㄐ?dedicated?short?range?communication，dsrc)將待發(fā)射的輸入流的數(shù)據(jù)或時(shí)鐘速率通知接收器。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，需要一種系統(tǒng)和方法，用于實(shí)現(xiàn)自組織光通信網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部同步，即，自組織光通信網(wǎng)絡(luò)的同步，既不依賴于外部通信(例如，使用dsrc或蜂窩通信的通信)，也不依賴于在制造期間向車輛提供配置(例如，通過將光通信節(jié)點(diǎn)的所有時(shí)鐘速率設(shè)置為相同)。

2、美國專利號第11,245,469教導(dǎo)了一種車輛視距光學(xué)通信系統(tǒng)，用于車輛沿道路行駛時(shí)與車輛形成的自組織網(wǎng)絡(luò)。如其中所討論的，車輛對車輛(vehicle-to-vehicle，v2v)和車輛對基礎(chǔ)設(shè)施(vehicle?to?infrastructure，v2i)網(wǎng)絡(luò)通過允許車輛與其他車輛交換信息(例如“變道”、“緊急制動(dòng)”、“冰面”等)，提供了顯著減少車輛碰撞的能力?；谥鲃?dòng)和被動(dòng)傳感器的車輛對象檢測系統(tǒng)，不涉及v2v和v2i通信，依賴于信號的解釋來確定附近車輛和其他對象的行為。信號可能被破壞或干擾，導(dǎo)致錯(cuò)誤的解釋。傳感器也可能出現(xiàn)故障，導(dǎo)致功能喪失。另一方面，v2v網(wǎng)絡(luò)依賴于車輛之間以數(shù)據(jù)包形式交換的明確信息。如果接收無誤，這些數(shù)據(jù)包將提供來自附近車輛的關(guān)于當(dāng)前狀態(tài)(例如位置、速度和方向)和意圖(例如變道、急剎車、右轉(zhuǎn))的清楚的信息。該信息可以與來自現(xiàn)有傳感器(例如，照相機(jī)、雷達(dá)、激光雷達(dá))的信息融合，以改善駕駛。

3、在實(shí)際交通場景中(例如，交通繁忙的主要道路)，車輛數(shù)量、車輛移動(dòng)速度以及彼此之間不斷變化的位置和方向使得實(shí)現(xiàn)低延遲、可靠的v2v和/或v2i網(wǎng)絡(luò)極具挑戰(zhàn)性。

4、依賴于射頻(radio?frequency，rf)通信的v2v網(wǎng)絡(luò)(例如使用dsrc的網(wǎng)絡(luò))被廣泛設(shè)想用于解決該問題。然而，由于rf信號的傳播特性，這些rf網(wǎng)絡(luò)具有固有的缺點(diǎn)。rf信號傾向于以全向且在平面內(nèi)的模式傳播。結(jié)果是，比期望的更多的車輛將接收到從主車輛發(fā)射的rf信號。因此，基于dsrc的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可能需要額外的處理和硬件開銷來確定哪些車輛形成子網(wǎng)，管理到這些子網(wǎng)的正交信道分配(例如，時(shí)間、頻率、譯碼和空間)，然后在子網(wǎng)中的車輛之間路由分組。此外，由于車輛相對于彼此的位置和方向不斷變化，這些網(wǎng)絡(luò)必須能夠非常快速地執(zhí)行這些任務(wù)。

5、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，發(fā)射器(例如一個(gè)或更多個(gè)光源)和接收器的同步可以使用外部通信(例如wi-fitm、藍(lán)牙(bluetoothtm)或其他dsrc)來執(zhí)行。盡管如此，如上所述，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)需要一種系統(tǒng)和方法，用于實(shí)現(xiàn)自組織光通信網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部同步，即，不依賴于外部通信(例如上述那些dsrc中的任何一個(gè))的自組織光通信網(wǎng)絡(luò)的同步，或者通過將系統(tǒng)約束到預(yù)定義的屬性或參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供了一種用于使接收器與發(fā)射器同步以解碼由發(fā)射器發(fā)送并在接收器處接收的數(shù)據(jù)輸入流的方法。該方法包括：在接收器處接收數(shù)據(jù)輸入流，該數(shù)據(jù)輸入流具有基于發(fā)射器時(shí)鐘速率設(shè)置的第一數(shù)據(jù)速率；生成波；獲得數(shù)據(jù)輸入流和所生成的波之間的相位誤差；通過使用相位誤差來調(diào)整被生成波的頻率，以使被生成波的頻率與數(shù)據(jù)輸入流的發(fā)射器時(shí)鐘速率相匹配，從而確定同步時(shí)鐘速率；以及，使用同步時(shí)鐘速率來解碼數(shù)據(jù)輸入流，以獲得在數(shù)據(jù)輸入流中編碼的數(shù)據(jù)。

2、根據(jù)各種實(shí)施例，該方法可進(jìn)一步包括以下特征中的任何一個(gè)或這些特征中的一些或全部的任何技術(shù)上可行的組合：

3、-該方法還包括：將相位誤差輸入到比例積分(proportional?integral，pi)控制器中，其中，pi控制器連接到用于生成被生成波的波生成器；

4、-波生成器包括相位生成器和直接數(shù)字合成器(direct?digital?synthesizer，dds)；

5、-pi控制器輸出相位階躍，該相位階躍輸入到相位生成器，其中，相位生成器在操作上連接到dds；

6、-由dds輸出的被生成波與數(shù)據(jù)輸入流混合或相乘，以產(chǎn)生相位誤差；

7、-同步時(shí)鐘速率基于反饋過程確定，該反饋過程修改被生成波的頻率和/

8、或相位，直到相位誤差低于預(yù)定閾值，在該點(diǎn)處，數(shù)據(jù)輸入流的發(fā)射器時(shí)鐘速率和被生成波的頻率被認(rèn)為匹配；

9、-遞歸或迭代地執(zhí)行獲得相位誤差的步驟，直到數(shù)據(jù)輸入流和被生成波之間的相位誤差低于預(yù)定閾值，在該點(diǎn)處，數(shù)據(jù)輸入流的發(fā)射器時(shí)鐘速率和被生成波的頻率被認(rèn)為匹配；

10、-被生成波是正弦波；

11、-該方法由光通信節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，該光通信節(jié)點(diǎn)具有被配置為執(zhí)行該方法的接收設(shè)備；和/或

12、-初始頻率用于最初生成，其中，初始頻率是預(yù)定的。

13、根據(jù)本公開的另一方面，提供了光通信接收器。該光通信接收器包括：光電探測器和時(shí)鐘提取模塊。光電探測器用于接收數(shù)據(jù)輸入流，時(shí)鐘提取模塊具有相位生成器、直接數(shù)字合成器(dds)以及比例積分(pi)控制器，dds在操作上連接到相位生成器的輸出，pi控制器的輸出在操作上連接到相位生成器。dds的輸出用于獲得輸入到pi控制器的相位誤差。時(shí)鐘提取模塊被配置為執(zhí)行反饋過程，該反饋過程包括基于所獲得的相位誤差來調(diào)整被生成波的頻率，直到相位誤差低于預(yù)定閾值，在該點(diǎn)處，數(shù)據(jù)輸入流的發(fā)射器時(shí)鐘速率和被生成波的頻率被認(rèn)為匹配。光通信接收器被配置為使用基于反饋過程確定的同步時(shí)鐘速率來解碼數(shù)據(jù)輸入流，以獲得數(shù)據(jù)。

14、根據(jù)各種實(shí)施例，該自動(dòng)拓?fù)浯_定系統(tǒng)可進(jìn)一步包括以下特征中的任何一個(gè)或這些特征中的一些或全部的任何技術(shù)上可行的組合：

15、-當(dāng)數(shù)據(jù)輸入流的發(fā)射器時(shí)鐘速率和被生成波的頻率被認(rèn)為匹配時(shí)，基于被生成波的調(diào)整頻率來確定同步時(shí)鐘速率；

16、-pi控制器用于生成作為輸出的相位階躍，該輸出在操作上連接到相位生成器，其中，相位階躍基于相位誤差生成；

17、-通過將數(shù)據(jù)輸入流與被生成波混合或相乘來獲得相位誤差；

18、-同步時(shí)鐘速率本質(zhì)上與數(shù)據(jù)輸入流同步，無需使用外部通信；

19、-時(shí)鐘提取模塊被配置為向有限狀態(tài)機(jī)提供同步時(shí)鐘速率；和/或

20、-有限狀態(tài)機(jī)在操作上連接到處理器，以便向處理器提供數(shù)據(jù)。

技術(shù)特征：

1.一種用于使接收器與發(fā)射器同步以解碼由發(fā)射器發(fā)送并在接收器處接收的數(shù)據(jù)輸入流的方法，所述方法包括：

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法還包括：將所述相位誤差輸入比例積分pi控制器，其中，所述pi控制器連接到用于生成所述被生成波的波生成器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述波生成器包括相位生成器和直接數(shù)字合成器dds。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述pi控制器輸出相位階躍，所述相位階躍輸入到相位生成器，并且其中，所述相位生成器在操作上連接到所述dds。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，由所述dds輸出的被生成波與所述數(shù)據(jù)輸入流混合或相乘，以產(chǎn)生相位誤差。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述同步時(shí)鐘速率基于反饋過程確定，所述反饋過程修改所述被生成波的頻率和/或相位，直到所述相位誤差低于預(yù)定閾值，在該點(diǎn)處，所述數(shù)據(jù)輸入流的發(fā)射器時(shí)鐘速率和所述被生成波的頻率被認(rèn)為匹配。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，遞歸或迭代地執(zhí)行獲得所述相位誤差的步驟，直到所述數(shù)據(jù)輸入流和所述被生成波之間的相位誤差低于預(yù)定閾值，在該點(diǎn)處，所述數(shù)據(jù)輸入流的發(fā)射器時(shí)鐘速率和所述被生成波的頻率被認(rèn)為匹配。

8.權(quán)利要求1的方法，其中，所述被生成波是正弦波。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法由光通信節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，所述光通信節(jié)點(diǎn)具有被配置為執(zhí)行所述方法的接收設(shè)備。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，初始頻率用于最初生成所述波，并且其中，所述初始頻率是預(yù)定的。

11.一種光通信接收器，包括：

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光通信接收器，其中，當(dāng)所述數(shù)據(jù)輸入流的發(fā)射器時(shí)鐘速率和所述被生成波的頻率被認(rèn)為匹配時(shí)，基于所述被生成波的調(diào)整頻率來確定所述同步時(shí)鐘速率。

13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光通信接收器，其中，所述pi控制器用于生成作為輸出的相位階躍，所述輸出在操作上連接到所述相位生成器，并且其中，所述相位階躍基于所述相位誤差生成。

14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光通信接收器，其中，所述相位誤差通過將所述數(shù)據(jù)輸入流與所述被生成波混合或相乘而獲得。

15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光通信接收器，其中，所述同步時(shí)鐘速率本質(zhì)上與所述數(shù)據(jù)輸入流同步，而無需使用外部通信。

16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光通信接收器，其中，所述時(shí)鐘提取模塊被配置為向有限狀態(tài)機(jī)提供所述同步時(shí)鐘速率。

17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光通信接收器，其中，所述有限狀態(tài)機(jī)在操作上連接到處理器，以向所述處理器提供數(shù)據(jù)。

技術(shù)總結(jié)
一種光通信系統(tǒng)、接收器和方法，用于同步接收器和發(fā)射器，以解碼由發(fā)射器發(fā)射并在接收器處接收的數(shù)據(jù)輸入流。該方法包括：在接收器處接收數(shù)據(jù)輸入流，該數(shù)據(jù)輸入流具有基于發(fā)射器時(shí)鐘速率設(shè)置的第一數(shù)據(jù)速率；生成波；獲得數(shù)據(jù)輸入流和被生成波之間的相位誤差；通過使用相位誤差來調(diào)整被生成波的頻率以使被生成波的頻率與數(shù)據(jù)輸入流的發(fā)射器時(shí)鐘速率相匹配，從而確定同步時(shí)鐘速率；以及使用同步時(shí)鐘速率來解碼數(shù)據(jù)輸入流，從而獲得在數(shù)據(jù)輸入流中編碼的數(shù)據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：杰思羅·雷曼,邁克爾·普蒂,斯里達(dá)爾·拉克什馬南
受保護(hù)的技術(shù)使用者：密歇根州立大學(xué)董事會
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19