技术领域
[0001] 本
发明涉及汽车通信技术领域，具体涉及一种基于紫外光二极管的汽车通信设备及通信方法。
背景技术
[0002] 汽车通信设备是汽车
电子的重要组成部分，主要用于汽车与汽车之间的通信，是汽车智能化的一个重要方面。当汽车与汽车之间通过通信设备建立无线连接时，可以将每一车辆的
位置、速度、方向等数据对外共享，同时获取其他车辆的类似信息，以此对潜在的交通威胁进行预警。
[0003] 公开号为CN104485993A的中国发明
专利申请公开了“一种车载可见光无线数字语音通信系统”，并具体公开了应用可见光实现车与车之间的语音通信。可见光通信技术是在
发光二极管迅猛发展下兴起的一种新型无线光通信技术，通过发光二极管高速的
开关变化发送信息，与
微波无线通信相比较，具有无
电磁干扰、通信速率高等优点。然而，由于
太阳辐射主要分布在可见光区，可见光辐射
能量占太阳辐射总能量的约50％，因此太阳辐射会对现有的可见光通信造成很强的干扰，直接影响通信
质量。在实际应用中，为了避免太阳辐射的强噪声，可见光通信只能适用于室内短距离通信或者夜晚通信，大大限制了使用范围。
[0004] 存在的一个客观事实是，紫外区的太阳辐射能很少，只占总量的约7％，此外，由于瑞利散射的原因，紫外光比其他
波长的光更容易散射到各个方向，上述两点使得应用紫外光通信成为一种更优的选择。
[0005] 此外，
现有技术中用于车与车之间通信的接收设备，多采用一般的光电探测器完成光电转换，将获取的电
信号经过解调和译码后获取有用信号，没有对接收机本身存在的噪声和背景光的噪声进行有效过滤，因此使得最终获取的信号
信噪比较低，从而使得车与车之间的通信质量较差。
发明内容
[0006] 本发明提供了一种基于紫外光二极管的汽车通信设备及通信方法，以解决现有技术中存在的应用于车与车之间的可见光通信使用范围小且通信质量差的问题。
[0007] 本发明为了实现上述目的，采用的技术方案为：
[0008] 一种基于紫外光二极管的汽车通信设备，包括发射机和接收机，[0009] 所述发射机包括依次连接的信源、信道编码单元、高速开关、LED驱动
电路及紫外光二极管；所述信道编码单元用于对信源的信号进行信道编码；所述高速开关和LED驱动电路用于控制紫外光二极管发光；
[0010] 所述接收机包括依次连接的
光电倍增管、放大滤波电路、自适应
门限检测电路、信道解码单元及显示单元；所述光电倍增管用于接收
光信号，将光信号转换为模拟
电信号后发送至放大滤波电路；所述放大滤波电路用于将接收到的模拟电信号进行放大滤波后转换为脉冲串发送至自适应门限检测电路；所述自适应门限检测电路用于从接收到的脉冲串中识别出信号并完成
模数转换；所述信道解码单元用于对接收到的
数字信号进行解码并发送至显示单元进行显示。
[0011] 进一步的，所述紫外光二极管的发射
角度设计为120°以上。
[0012] 进一步的，所述紫外光二极管的发射功率设计为1W以上。
[0013] 一种应用如上所述的基于紫外光二极管的汽车通信设备进行通信的方法，包括以下步骤：
[0014] S1.发射机将信源的信号经过信道编码单元进行信道编码，通过高速开关和LED驱动电路控制紫外光二极管发出光载波信号，并将经过信道编码的信号调制到紫外光二极管发出的光载波信号上后向空间辐射；
[0015] S2.接收机采用光电倍增管接收光信号，将光信号转换为模拟电信号后发送至放大滤波电路，放大滤波电路对模拟电信号进行放大滤波后生成电脉冲串并发送至自适应门限检测电路，自适应门限检测电路对放大滤波电路输出的电脉冲串进行自适应门限判决并转换为数字信号后发送至信道解码单元，信道解码单元对接收到的数字信号进行解码并发送至显示单元进行显示。
[0016] 进一步的，所述自适应门限检测电路对放大滤波电路输出的电脉冲串进行自适应门限判决并转换为数字信号，具体为：
[0017] 接收机对周围环境的紫外光进行探测，得到背景紫外光噪声和接收机噪声对应的
光子数，作为自适应判决门限；
[0018] 自适应门限检测电路采用光子计数法对放大滤波电路输出的电脉冲串进行光子数统计，当输出的电脉冲对应的光子数超过自适应判决门限时，判定为接收到信号“1”，否则，判定为接收到信号“0”，从而实现模数转换。
[0019] 更进一步的，所述自适应门限检测电路采用光子计数法对放大滤波电路输出的电脉冲串进行光子数统计，具体为：
[0020] 每个电脉冲信号对应的光子数＝每个电脉冲信号的能量/单个光子的能量。
[0021] 本发明的有益技术效果为：本发明采用紫外光实现汽车之间的通信，利用紫外光二极管高速闪烁的发光响应特性将信息加载到紫外光高速率光载波信号，充分利用紫外光的抗干扰、高散射特性，大大提高了汽车通信设备的使用范围；此外，采用光子计数方法对光电倍增管接收的光子数以及接收机和背景光噪声的光子数进行统计，并将接收机和背景光噪声的光子数生成自适应判决门限，有效提高了接收信号的信噪比，从而大大提高了通信质量。
附图说明
[0022] 图1是本发明提供的一种基于紫外光二极管的汽车通信设备的结构示意图。
具体实施方式
[0023] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及
实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，不能理解为对本发明具体保护范围的限定。
[0024] 如图1所示，本发明实施例提供的一种基于紫外光二极管的汽车通信设备，包括发射机和接收机两个模
块，所述发射机包括依次连接的信源、信道编码单元、高速开关、LED驱动电路及紫外光二极管；所述信道编码单元用于对信源的信号进行信道编码；所述高速开关和LED驱动电路用于控制紫外光二极管发光；
[0025] 所述接收机包括依次连接的光电倍增管、放大滤波电路、自适应门限检测电路、信道解码单元及显示单元；所述光电倍增管用于接收光信号，将光信号转换为模拟电信号后发送至放大滤波电路；所述放大滤波电路用于将接收到的模拟电信号进行放大滤波后转换为脉冲串发送至自适应门限检测电路；所述自适应门限检测电路用于从接收到的脉冲串中识别出信号并完成模数转换；所述信道解码单元用于对接收到的数字信号进行解码并发送至显示单元进行显示。
[0026] 本实施例中，两套汽车通信设备分别配置在两辆汽车上，进行相互之间的位置信息交互，并将对方车辆的位置显示出来。所述信源为GPS(全球
定位系统)信源，发射机对GPS信源输出的串行数字信号在信道编码单元进行信道编码，根据数字信号的“0”或者“1”，控制高速开关和LED驱动电路，实现光强度调制，再利用紫外光二极管转换成光信号发送出去。对方接收机利用光电倍增管接收紫外光信号，将光信号转换成电信号，通过放大滤波电路进行预处理，采用光子计数方法进行统计，经过自适应门限检测电路的判决，获得数字信号，采用匹配接收技术，恢复通信信息，从而得到信源车辆的位置信息。这里的GPS信源采用了第三方的GPS接收机，其输出为串口输出的车辆位置数字信号。
[0027] 由于汽车运动的环境比较复杂，发射的光信号到达接收机存在不同的路径，产生多径效应，不利于信号接收。因此，在实施例中，采用了编码调制技术，实施例采用了通信中常用的伪随机编码调制方式，避免了多径效应引起的码间干扰。
[0028] 在本实施例中，基于紫外光二极管的汽车通信设备的发射机，接收GPS信源的数字信号，控制高速开关的通断，并采用紫外光二极管驱动电路进行功率放大，控制大功率紫外光二极管的高速闪烁，基于光强度调制，将数字信号调制到光信号。为了保证发射的光信号
覆盖足够角度范围，要求紫外光二极管的发射角度达到120°(含以上)范围，同时，紫外光二极管的发射功率设计为1W以上，保证光信号到达对方车辆的接收机具有足够的强度。
[0029] 基于紫外光二极管的汽车通信设备的接收机的主要任务是以最小的附加噪声及失真，恢复出经由光信道传输的光载波所携带的信息。为了提高光电探测的灵敏度，接收机采用了光电倍增管。此外，在接收机中采用了紫外滤波镜片，紫外滤波镜片配置在光电倍增管的接收光路的前段，用于滤除空间中其它波长的光信号。
[0030] 应用本实施例所述的基于紫外光二极管的汽车通信设备进行通信的方法，包括以下过程：
[0031] 发射机将GPS信源的信号经过信道编码单元进行信道编码，通过高速开关和LED驱动电路控制紫外光二极管发出光载波信号，并将经过信道编码的信号调制到紫外光二极管发出的光载波信号上，然后向空间辐射；
[0032] 本实施例中，基于紫外光二极管的汽车通信设备的接收机采用了光子计数法作为微弱紫外光信号检测的技术，其典型方式是以光电倍增管作为接收器，将光信号以电子形式来检测。当光子入射到光电倍增管上时，光电倍增管的
阴极释放的电子在管内
电场作用下运动至
阳极，在阳极的负载
电阻上出现模拟电脉冲信号。弱辐射信号是时间上离散的光子流，因而光电倍增管输出的是自然离散化的模拟电脉冲信号，采用脉冲放大、脉冲甄别和计数技术可以有效提高弱光探测的灵敏度。本实施例中，将光电倍增管输出模拟电脉冲信号发送至放大滤波电路进行预处理，先对模拟电脉冲信号进行滤波放大，再通过
电压比较器抑制噪声形成电脉冲串，最后将电压比较器输出的电脉冲串发送至自适应门限检测电路。本实施例中的电压比较器是放大滤波电路的组成部分。
[0033] 接收机对周围环境的紫外光进行探测，得到背景紫外光噪声和接收机噪声对应的光子数，作为自适应判决门限；自适应门限检测电路采用光子计数法对放大滤波电路输出的电脉冲串进行光子数统计，具体为：每个电脉冲信号对应的光子数＝每个电脉冲信号的能量/单个光子的能量；当输出的电脉冲对应的光子数超过自适应判决门限时，判定为接收到信号“1”，否则，判定为接收到信号“0”，从而实现信号的识别和模数转换。
[0034] 采用光子计数方法具有以下优势：(1)信噪比和测量
精度高。在极弱辐射测量时，比电荷积分法高5～10倍，可以区分信号强度的微小差别，因此可以探测极低的辐射信号；(2)动态范围宽，可达1000000；(3)
稳定性好，可以抑制
放大器的零点漂移、暗
电流漂移、
漏电流等影响。
[0035] 本实施例中，将两套基于紫外光二极管的汽车通信设备分别安装在两辆汽车上，选择GPS设备作为信源，进行车辆之间的位置信息交互。实验结果表明，基于紫外光二极管-6的汽车通信设备工作稳定，在200米的范围内，传输速率达到2Mbps以上，误码率低于10 ，具有良好的传输性能，可以实现车辆之间以及车辆与交通
基础设施之间的数字、语音等信号的交互。该实施例显示基于紫外光二极管的汽车通信设备具有抗电磁干扰、信噪比高、环境适应性好等优点，且适用于复杂的道路交通环境。
[0036] 本发明不局限于本文公开的确切的实施例。本领域的技术人员将会认识到在不脱离本发明构思的情况下可以进行改变和
修改。例如发射机的信源可以为GPS、无线通信设备、语音通话设备等，接收机根据信源的类型，选择相应的接收电路模块，该信源和接收电路模块均能够从第三方供应商获取，但是可能需要根据一些用户需要，通过定制化设计与本文所述的实施例兼容。
[0037] 上述具体实施方式仅用于解释和说明本发明的
权利要求，并不能构成对权利要求的限定。本领域技术人员应当清楚，在本发明的技术方案的基础上进行的任何简单的修改
变形或者替换，而得到的新的技术方案，均将落入本发明的保护范围之内。
