[发明专利]室内可见光通信系统中的动态多用户接入方法

说明书

本发明公开了一种室内可见光通信系统中的动态多用户接入超帧结构和接入方法，主要解决现有多用户接入中碰撞概率大，信道资源利用率低的问题。本发明的超帧结构定义了多用户竞争接入阶段和动态信道时隙分配阶段，同步时段和用户工作时段构成动态信道时隙分配阶段；多用户接入方法包括有：在接入阶段针对多用户竞争引入冲突避免；在动态信道时隙分配阶段，基于优先级的时隙分配算法对用户时隙分配；引入空闲时隙竞争机制，充分利用用户空闲时隙，将用户不进行传输数据的时隙分配给其他用户竞争使用。本发明减少了多用户接入时的碰撞概率，提高了吞吐量，减少了信道带宽资源的浪费，可以用于室内可见光通信领域，也可延伸至无线光通信领域。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及室内可见光通信的接入技术，具体是一种室内可见光通信系统中的动态多用户接入超帧结构和接入方法，用于多用户的室内可见光通信系统中多用户接入。

背景技术

室内可见光通信(Visible light communication,VLC)是近年来迅速发展的一种新型无线通信方式，它将照明与通信相结合，在LED照明设施上增加数据传输功能，通过LED光源高速明暗闪烁来传递信息。相比射频无线通信而言，室内可见光通信具有可利用带宽大且不用授权、不会产生电磁辐射、安全性高等特点，可以应用于医院、加油站、机舱等要求电磁干扰小，安全性要求高的场所，而且能够有效缓解当前射频频带紧张问题，成为一种全新的室内无线通信网络的宽带接入方式。

由于发光二极管(light emitting diode，LED)具有许多优点，如节约能源和保护环境、良好的照明效果、可持续利用时间长等，使它成为未来的主要照明方式。LED所发出的光线是自然光，不易伤害到人类的双眼。随着白光LED技术日趋成熟，未来的照明装置将更多的采用LED阵列布局，会使得照明的能耗大幅度降低。

因此，将基于LED照明光源的VLC技术应用于下一代无线通信中具有可行性基础，是构建室内无线通信系统的一个备用选择，具有很大的工程应用前景。

在室内VLC系统中，存在移动多用户接入情况，由于LED终端上可集成的光探测器数目有限，而且在可见光通信网络中波长资源有限，多个使用相同波长的用户同时请求接入时会产生碰撞，降低网络的通信效率。因此，如何避免碰撞，有效的完成用户接入，是室内VLC系统急需解决的问题。在无线通信中存在的多址接入协议有固定多址接入协议(如TDMA、FDMA、CDMA等)、随机多址接入协议(如CSMA/CD、CSMA/CA等)。由于光载波不能监听信道状态，所以在无线通信中传统的多址接入方法不能简单地，直接用于室内可见光通信系统中。

解决多用户接入问题是室内可见光通信发展的关键技术之一。目前，针对这方面的研究相对较少。下面是几种解决方法：

IEEE 802.15.7提供了一种使用时隙CSMA/CA来避免碰撞的思想，但是它没有介绍多用户接入系统的详细步骤和具体方案。

J.Liu等人在“Experiment on Space and Time Division Multiple AccessScheme over Free Space Optical Communication”中提出一种空分/时分多址接入技术(SD/TDMA)，但是当用户移动时旋转反射镜的角度很难去定义，所以这个方法不适合移动网络。

Ratna Kalos Zakiah Sahbudin and Mazlin Kamarulzaman等人在“Performanceof SAC OCDMA-FSO communication systems”中提出使用光码分多址接入技术 (OpticalCDMA)作为无线光通信的接入技术，但是当用户增多时，直接序列扩频很难保持完全正交，多址干扰将会变得严重。

综上，在室内可见光通信系统中，现有的多用户接入技术主要存在承担的接入用户数量有限，多用户接入时碰撞概率大，信道资源利用率低等问题。

发明内容