[发明专利]一种基于室分复用（RDM）的室内可见光通信（VLC）混合组网方案及其切换的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及可见光通信（VLC）领域，尤其涉及一种基于室分复用（RDM）的室内可见光通信（VLC）混合组网方案及其切换的实现方法。

背景技术

过去的几十年中，无线通信，尤其是移动通信取得了巨大的进步，满足了普遍的接入需求，同时我们日常生活的品质也得到了提高。然而，无线通信发展受到微波频段频谱资源紧张的制约，在现有频段上通过技术改进来提高带宽，效果有限，因而近年来陆续出现了毫米波通信和太赫兹通信等研究热点，都是旨在将无线通信所用频段向更高频率方向拓展，以提高传输带宽。而随着白光LED器件的出现，利用频率更高的可见光频段进行无线通信成为可能，不仅理论上可以达到更高的传输速率，同时避开了紧张的无线授权波段。另一方面，白光LED器件被称为下一代绿色固体光源，与荧光光源相比具有更低的功耗、更高的亮度和更小的尺寸，同时其发出的光可以用作载波调制信号，因而实现了绿色照明和节能通信的结合。此外，可见光频段的光波对人体无伤害，可以保证长时间通信下的环保安全。VLC最大的优点是天花板上安装绿色光源LED，同时兼顾照明和通信，高效节能。

传统的VLC网络采用广播方式发送信息，室外电力线得到的用户信息直接发送至所有LED阵列，并以时分复用（TDM）方式广播给用户。但在本文提出的RDM方案中，首先根据用户位置，信息被分为不同组。某房间中的LED阵列以TDM形式，只广播相应用户的信息组。这样每个房间中的光信号仍均匀分布，但是相邻房间的信号自然被墙壁和门分开，无任何干扰，同时大大提高网络的吞吐量。此外，RDM与其他多址和调制（例如TDM，OFDM）方式相容，所以在实际网络中，RDM可以与其他机制共同应用从而提高网络的吞吐量。

此外，上行采用何种机制是VLC网络一直以来待解决的问题，目前已有：可见光上行方案和红外微波上行方案，二者适用于对电磁干扰敏感及安全通信的环境，且可以达到较高的上行传输速度。但是其通信方式需要对硬件进行更新，收发端的系统集成设计是一个巨大的挑战，而且对人眼安全造成威胁，甚至损伤。本文采用的上行机制为传统的射频信道Wi-Fi。这一方案适用于对电磁不敏感的区域，例如卧室，办公室，超市等。由于接入网中上行数据量远少于下行数据量，故Wi-Fi可以承载上行服务。Wi-Fi又是目前无线接入的主流标准，其无线地位已经日益牢固。故使用成熟的Wi-Fi技术的混合VLC网络是非常有前景且值得研究的。

发明内容

本发明提出一种基于室分复用（RDM）多址方式的室内可见光通信（VLC）组网方案及其切换的实现方法，从而解决室内可见光通信（VLC）网络吞吐量以及切换效率低的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

网络采用下行链路基于RDM的VLC、上行链路Wi-Fi的混合网络，这与传统的广播式可见光通信网络不同。目前可见光上行方案和红外微波上行方案，前者会带来一定的硬件更新开销，且散射的上行可见光信号对人眼造成伤害；而而则带来收发端系统集成的复杂开销，同时也会威胁人眼安全。而Wi-Fi不但可以安全有效的承载上行服务，而且是目前无线接入的主流标准，其无线地位已经日益牢固。用户终端安装PD和Wi-Fi传输器，分别用于下行接收和上行传输。

为了实现对混合网络的配置和管理，我们定义了VLC网络调度器，该调度器是VLC网络结构中用于配置和管理的核心设备，包括以下模块：

a)网络控制模块

b)网络管理数据库模块

c)数据缓存模块

d)数字交换矩阵模块

e)室外网络MAC帧读/写模块

f)VLC MAC帧读/写模块

g)用户位置模块

h)用户移动性切换控制模块

VLC网络调度器提供室外与室内通信结构的双向接口：网络控制模块（即协调器）是调度器中的主要部分，该模块已经在IEEE802.15.7标准中有所定义；网络管理数据库模块用于存储用户信息，资源信息和业务信息；数据缓存模块用于协调即将到来的数据帧，以及序列同步；数字交换矩阵模块用于数据分配；用户定位模块用于确定用户的位置；用户移动性切换模块用于对用户在不同房间的切换进行控制。