阅读说明：本技术 用于车辆对车辆通信的稳健的可见光通信 (Robust visible light communication for vehicle-to-vehicle communication ) 是由 格兰特·英斯基普 大卫·迈克尔·赫尔曼 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本公开提供了“用于车辆对车辆通信的稳健的可见光通信”。公开了用于车辆对车辆通信的稳健的可见光通信的方法和设备。示例性车辆包括可见光通信(VLC)发射器、VLC通信接收器,以及VLC模块。所述VLC模块使用第一纠错级别来发送第一握手消息,所述第一握手消息包括所述VLC发射器和所述VLC接收器的特性。所述VLC模块还基于所接收的第二握手消息而调整传输参数。另外,所述VLC模块使用第二纠错级别来传输数据。(The present disclosure provides "robust visible light communication for vehicle-to-vehicle communication. Methods and apparatus for robust visible light communication of vehicle-to-vehicle communication are disclosed. An exemplary vehicle includes a Visible Light Communication (VLC) transmitter, a VLC communication receiver, and a VLC module. The VLC module sends a first handshake message using a first error correction level, the first handshake message including characteristics of the VLC transmitter and the VLC receiver. The VLC module also adjusts transmission parameters based on the received second handshake message. In addition, the VLC module transmits data using a second error correction level.)

用于车辆对车辆通信的稳健的可见光通信

技术领域

本公开大体上涉及车辆通信系统，且更具体地，涉及用于车辆对车辆通信的稳健的可见光通信。

背景技术

车辆越来越多地使用车辆对车辆通信来交换安全信息和坐标移动。可见光通信(VLC)是车辆可以用来通信的一种技术。VLC发射器使用发光二极管(LED)以通过调制LED来传输数据包。VLC接收器可以使用具有卷帘快门机构的CMOS传感器。这导致时间混叠，其中图像中的像素列或行在图像捕获期间捕获快速移动的物体的假影或光照水平的快速变化。用这种方式，VLC接收器将来自LED的光解码为二进制数据。

发明内容

所附权利要求书限定本申请。本公开概括实施例的各方面，并且不应用来限制权利要求书。如本领域普通技术人员在审查以下附图和详细描述后将了解的，根据本文中描述的技术设想其他实现方式，并且这些实现方式意图在本申请的范围内。

公开了用于车辆对车辆通信的稳健的可见光通信的示例性实施例。示例性车辆包括可见光通信(VLC)发射器、VLC通***，以及VLC模块。VLC模块使用第一纠错级别来发送第一握手消息，所述第一握手消息包括VLC发射器和VLC接收器的特性。VLC模块还基于所接收的第二握手消息而调整传输参数。另外，VLC模块使用第二纠错级别来传输数据。

示例性方法包括经由VLC发射器使用第一纠错级别来发送第一握手消息，所述第一握手消息包括VLC发射器和VLC接收器的特性。所述方法还包括通过VLC模块基于所接收的第二握手消息而调整传输参数。另外，示例性方法包括经由VLC发射器使用第二纠错级别来传输数据。

附图说明

为了更好地理解本发明，可以参考以下附图中所示的实施例。附图中的部件不一定按比例绘制并且相关元件可以省略，或者在一些情况下，可能放大了比例，以便强调和清晰地示出本文中描述的新颖特征。另外，如本领域中已知的，可以不同的方式布置系统部件。此外，在附图中，相同的附图标记贯穿若干视图表示对应的部分。

图1示出了根据本公开的教导操作的传输车辆和接收车辆。

图2示出了在图1的传输车辆与接收车辆之间传送的握手消息。

图3是传输车辆的电子部件和接收车辆的电子部件的框图。

图4是建立稳健通信以用于进行可见光通信的方法的流程图，所述方法可以由图3的电子部件实现。

具体实施方式

虽然本发明可以各种形式体现，但是在附图中示出并且在下文中将描述一些示例性和非限制性实施例，应理解本公开被认为是本发明的范例而不意图将本发明限于所示出的特定实施例。

实现车辆对车辆通信的车辆可以使用可见光通信(VLC)来实现车辆对车辆通信。VLC使用由光源(诸如LED)传输的光的变化(例如，开/关、光颜色，和/或光强度等)来传输数据包。VLC发射器调制光。VLC接收器使用图像传感器，诸如具有CMOS传感器或光电二极管和卷帘快门的相机来将调制后的光信号解码为可以由电路进一步处理的二进制数的序列串。然而，用来捕获VLC数据的相机具有不同属性，包括帧间时间间隙、动态范围，和颜色灵敏度。

帧间时间间隙可能导致大量数据丢失。帧是在复位和传送帧数据之前CMOS传感器可以描绘的若干像素。例如，CMOS传感器可以具有256个像素的宽度。在这个示例中，当捕获值256个像素的数据时(当使用颜色和强度调制时，所述数据可用以传输多于256位的数据)，处理图像并将帧复位。帧间时间间隙是正被填充的一个帧与准备捕获数据的下一帧之间的时间。例如，一个相机可以具有25毫秒(ms)的帧间时间间隙，并且另一相机可以具有50ms的帧间时间间隙。在帧间时间间隙期间，CMOS传感器不能捕获数据，这意味着由VLC发射器发送的数据丢失了。传统上，为了防止这种丢失，发射器将每个帧传输多次(例如，三次)。另外，帧可以包括检错码(诸如循环冗余校验(CRC))，所述检错码用来检测数据何时丢失并用来重构丢失的数据(有时称作纠错)。这对数据传输率具有重大影响。

作为另一示例，CMOS传感器具有不同的颜色灵敏度和动态范围，其可以影响能够(例如，经由强度调制、颜色调制等)对额外数据编码以进行传输的发射器。因此，VLC系统可能需要支持具有不同的颜色检测保真度的多个相机系统，所述颜色检测保真度限制由发射器编码的最大颜色通道/强度。

如下文所描述，传输车辆和接收车辆的VLC系统以两个阶段进行通信。在第一阶段中，传输车辆和接收车辆使用第一纠错级别交换握手消息。在握手消息中，车辆将属***换到其相应的发射器和接收器。第一纠错级别包括冗余检错码并使用不同的技术(例如，多次发送帧、交织汉明编码、恒定功率4-PAM、随机线性编码等)来促进握手消息的容错传送。在交换握手消息之后，传输车辆和接收车辆根据共享规则集合基于发送车辆和接收车辆VLC系统的属性以及光照环境的属性来改变操作参数。这些规则使得将传输车辆的VLC系统配置为容忍接收VLC系统的属性。例如，规则可以使VLC系统两者都使用VLC系统的具有最长帧间时间间隙的帧间时间间隙。在第二阶段中，传输车辆和接收车辆使用第二纠错级别来交换数据(例如，安全消息、坐标巡航控制消息等)。第二纠错级别使用带宽密集程度小于第一纠错级别的技术。例如，第一纠错级别可以使用CRC码并且第二纠错级别可以使用奇偶校验位。作为另一示例，第一纠错级别可以使用交织汉明编码方案以对数据编码来传输数据的三个副本，并且第二纠错级别可以在没有任何纠错编码的情况下传输数据的两个副本。

图1示出了根据本公开的教导操作的第一车辆100和第二车辆102。如本文中所使用，车辆100和102中的一者在其正使用可见光通信(VLC)广播状态消息(例如，安全消息、协调消息等)时称作传输车辆(例如，在另一车辆前方的车辆)，并且车辆100和102中的一者在其为捕获广播消息的车辆时称作接收车辆(例如，在传输车辆100后方的车辆)。车辆100和102两者都可以具有传输和接收的能力，并且取决于其与其他车辆的关系其角色可以不同。例如，在一个车辆对中，某一车辆可以是传输车辆，而在另一车辆对中，同一车辆可以是接收车辆。在一些示例中，车辆参与双向通信，并且出于一些目的为传输车辆而出于一些目的为接收车辆。车辆100和102可以是标准汽油动力车辆、混合动力车辆、电动车辆、燃料电池车辆和/或任何其他移动性实现类型的车辆。车辆100和102包括与移动性相关的零件，诸如具有发动机、变速器、悬架、驱动轴和/或车轮等的动力传动系统。车辆100和102可以是非自主的、半自主的(例如，一些常规运动功能由车辆100和102控制)或自主的(例如，运动功能由车辆100和102控制，而无直接的驾驶员输入)。在所示示例中，车辆100和102包括传感器104、电子控制单元(ECU)106、VLC发射器108a和108b、VLC接收器110a和110b，以及VLC模块112。

传感器104可以任何合适的方式布置在相应的车辆100和102中和周围。可以安装传感器104以测量车辆100和102外部周围的属性。另外，一些传感器104可以安装在车辆100和102的车厢内部或车辆100和102的车身(诸如发动机舱、轮室等)中以测量车辆100和102内部的属性。例如，这类传感器104可以包括加速度计、里程表、转速计、俯仰和横摆传感器、车轮速度传感器、麦克风、轮胎压力传感器和生物识别传感器等。传感器104通信地联接到ECU 106。来自传感器104的测量结果用来确定车辆100和102的状态(例如，位置、定向、速度等)并且将所述测量结果传送到其他车辆以促进合作性驾驶自主或半自主特征(例如，盲点检测、车道辅助、自适应巡航控制、自适应牵引力控制等)和/或交通编组(例如，合作性自适应巡航控制、自动驾驶、较少交通信号的交通管理等)。

ECU 106监视和控制车辆100和102的子系统。ECU 106经由车辆数据总线传送和交换信息。另外，ECU 106可以向其他ECU传送属性(诸如，ECU 106的状态、传感器读数、控制状态、错误和诊断代码等)和/或从其他ECU接收请求。一些车辆100和102可以具有七十个或更多个ECU 106，所述ECU 106位于车辆100和102周围的各个位置，通过车辆数据总线通信地联接。ECU 106是电子器件的离散集合，所述电子器件包括其自己的电路(诸如集成电路、微处理器、存储器、存储装置等)和固件、传感器、执行器和/或安装硬件。例如，ECU 106可以包括动力传动系统控制单元、车身控制单元、远程信息处理单元和/或转向控制单元等。ECU106处理来自传感器104的测量结果。例如，ECU可以基于来自车轮速度传感器的测量结果确定车辆100和102的速度。在另一示例中，ECU可以基于来自车轮速度传感器的测量结果和来自超声波传感器的测量结果等确定路况。

VLC发射器108a和108b是光源，诸如发光二极管(LED)。在一些示例中，VLC发射器108a和108b并入到车辆100的灯(例如，前灯、刹车灯等)中。如下文所描述，VLC模块112调制VLC发射器108a和108b以将数据作为一系列与时间相关的开和关信号连续地进行传输。在一些示例中，VLC模块112还调制VLC发射器108a和108b的强度和/或颜色。一般来说，VLC发射器108a和108b调制LED的速率对于人眼来说是察觉不到的。

VLC接收器110a和110b是捕获VLC发射器108a和108b对光的调制的光电二极管或图像传感器。光电二极管具有可以影响VLC接收的各种性能属性(诸如上升/下降时间)。在一些示例中，VLC接收器110a和110b是使用基于卷帘快门的CMOS图像传感器的相机。VLC接收器110a和110b被配置为使得进入VLC接收器110a和110b的光在图像传感器的面上均匀地分布。在一些示例中，VLC接收器110a和110b并入到执行图像获取(例如，作为后视相机的一部分)和VLC接收器的功能的双重模式相机中。2018年8月31日提交的申请第16/118,735号(代理人档案号：84058377(026780.9177))“Dual Mode Vehicle Camera for VisualLight Communication,”中描述了示例性双重模式相机，所述申请在此以全文引用的方式并入。

VLC模块112调制VLC发射器108a和108b以传输数据并分析由VLC接收器110a和110b捕获的图像以对所接收的消息解码。在一些示例中，VLC模块112并入到车辆对车辆(V2V)通信模块中或通信地联接到V2V通信模块，所述V2V通信模块建构数据有效负载(例如，安全消息)以进行广播并且剖析所接收的消息的数据有效负载。在这类示例中,VLC模块112(a)从V2V通信模块接收数据有效负载并建构消息以进行广播并且(b)将数据有效负载与从其他车辆接收的消息分离。使用有效负载，VLC模块112基于VLC发射器108a和108b和VLC接收器110a和110b的参数以及纠错级别来建构消息。

VLC模块112管理VLC发射器108a和108b以及VLC接收器110a和110b的各自的传输参数和接收参数。这些特性包括例如VLC接收器的图像传感器的帧间时间间隙、卷帘快门行曝光时间、帧速率、高光溢出百分比或因子、镜头虚光百分比或因子，和/或颜色百分比或因子等。

为了发起与另一车辆的通信，VLC模块112传输握手消息。图2示出了握手消息200的示例。在图2中，握手消息200包括有效负载202。有效负载202包括VLC发射器108a和108b以及VLC接收器110a和110b的参数数据。在所示示例中，有效负载202包括VLC接收器的图像传感器的帧间时间间隙、高光溢出百分比或因子、镜头虚光百分比或因子和颜色百分比或因子。另外，在所示示例中，有效负载202包括循环冗余校验(CRC)值。为了建构握手消息200以进行传输，VLC模块112使用第一纠错级别。第一纠错级别包括冗余检错码并使用不同的技术(例如，多次发送帧、交织汉明编码、恒定功率4-PAM、随机线性编码等)来促进握手消息的容错传送。在图2所示的示例中，握手消息200包括两个子包204，每个子包具有有效负载202的副本。每个子包204还包括开始帧位和异步位。在一些示例中，子包204还可以包括CRC值。可以任何适当的方式建构握手消息200，使得其包括多种冗余容错技术。在一些示例中，VLC模块112传输握手消息200，直到从另一车辆接收到确认(ACK)消息为止。

响应于从另一车辆接收到握手消息200，VLC模块112发送ACK消息并分析所接收的有效负载202以确定所述另一车辆的VLC发射器108a和108b以及VLC接收器110a和110b的参数。基于两个车辆的VLC发射器108a和108b以及VLC接收器110a和110b的参数，修改其传输特性。VLC模块存储规则集合，所述规则集合使其配置其传输和接收参数以容忍车辆的VLC系统中的每一者的能力最小者。例如，VLC模块112可以调整传输数据帧之间的时间间隙以与另一车辆的VLC接收器110a和110b的帧间时间间隙匹配。作为另一示例，VLC模块112可以调整VLC发射器108a和108b的LED的亮度以考虑另一车辆的VLC接收器110a和110b的高光溢出。作为另一示例，VLC模块112可以激活、停用或修改传输到另一车辆的VLC接收器110a和110b的VLC发射器108a和108b编码方案。

在调整传输和/或接收特性之后，VLC模块112使用第二纠错级别来传输消息。第二纠错级别使用比第一纠错级别少的冗余技术，使得由第二纠错级别引起的开销(例如，位数)小于由第一纠错级别引起的开销。例如，第一纠错级别可以使用CRC值并且第二纠错级别可以使用奇偶校验位。作为另一示例，第一纠错级别可以使用交织汉明编码方案以对数据编码来传输数据的三个副本，并且第二纠错级别可以在没有任何纠错编码的情况下传输数据的两个副本。

图3是传输车辆100的电子部件300和接收车辆102的电子部件302的框图。电子部件300和302包括VLC接收器110a和110b、VLC发射器108a和108b，以及VLC模块112。

VLC模块可包括处理器或控制器304和存储器306。处理器或控制器304可以是任何合适的处理装置或处理装置集合，诸如但不限于：微处理器、基于微控制器的平台、合适的集成电路、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)和/或一个或多个专用集成电路(ASIC)。存储器306可以是易失性存储器(例如，RAM，其可以包括非易失性RAM、磁性RAM、铁电RAM和任何其他合适的形式)；非易失性存储器(例如，磁盘存储器、快闪存储器、EPROM、EEPROM、非易失性固态存储器等)、不可更改的存储器(例如，EPROM)、只读存储器和/或高容量存储装置(例如，硬盘驱动器、固态驱动器等)。在一些示例中，存储器306包括多个种类的存储器，特别是易失性存储器和非易失性存储器。在所示示例中，VLC发射器108a和108b以及VLC接收器110a和110b的特性308存储在存储器306中。

存储器306是计算机可读介质，其上可以嵌入一个或多个指令集，诸如用于操作本公开的方法的软件。指令可以体现如本文中描述的方法或逻辑中的一个或多个。在特定实施例中，指令可以在指令的执行期间完全地或至少部分地驻留在存储器306、计算机可读介质中的任何一个或多个内和/或处理器304内。

术语“非暂时性计算机可读介质”和“有形计算机可读介质”应该被理解为包括单个介质或多个介质，诸如集中式数据库或分布式数据库，和/或存储一个或多个指令集的相关联的高速缓存和服务器。术语“非暂时性计算机可读介质”和“有形计算机可读介质”还包括能够存储、编码或携带指令集的任何有形介质，所述指令集用于供处理器执行，或使得系统执行本文中公开的方法或操作中的任何一个或多个。如本文中所使用的，术语“有形计算机可读介质”被明确地限定为包括任何类型的计算机可读存储装置和/或存储盘并排除传播信号。

在操作中，传输车辆100广播握手消息200，握手消息200包括存储在存储器306中的特性308的至少一部分(A)。接收车辆102接收握手消息200并传输ACK消息(B)。接收车辆102广播握手消息200，握手消息200包括存储在存储器306中的特性308的至少一部分(C)。传输车辆100接收握手消息200并传输ACK消息(D)。传输车辆100和接收车辆102调整其相应的VLC模块112的传输和接收参数。传输车辆100接着开始向接收车辆传输数据(例如，安全消息等)(E)。

图4是建立稳健通信以用于进行可见光通信的方法的流程图，所述方法可以由图3的电子部件300和302实现。最初，在方框402处，VLC模块112经由VLC接收器110a和110b监视来自最近的车辆的VLC通信。在方框404处，VLC模块112确定是否已经检测到VLC传输。当已经检测到VLC传输时，方法在方框406处继续。否则，当尚未检测到VLC传输时，方法返回到方框402。在方框406处，VLC模块112将纠错设置为第一级别。在方框408处，VLC模块112使用第一纠错级别发送握手消息200。在方框410处，VLC模块确定是否已经接收到ACK消息。当已经接收到ACK消息时，方法在方框412处继续。否则，当尚未接收到ACK消息时，方法返回到方框408。

在方框412处，VLC模块112监视握手消息200。在方框414处，当已经接收到握手消息时，方法在方框416处继续。否则，当尚未接收到握手消息时，方法返回到方框412。在方框416处，VLC模块112基于(a)所接收的握手消息中的传输和接收特性以及(b)其自己的传输和接收特性而确定传输参数和接收参数。在方框418处，VLC模块112基于所确定的传输参数和接收参数而配置VLC发射器108a和108b和/或VLC接收器110a和110b。在方框420处，VLC模块112将纠错设置为第二级别，第二级别具有小于第一级别的开销。在方框422处，VLC模块112发送和/或接收数据。

图4的流程图代表存储在存储器(诸如图3的存储器306)中的机器可读指令，所述指令包括一个或多个程序，当由处理器(诸如图3的处理器304)执行时，所述程序使得车辆100实现图1和图3的示例性VLC模块112。此外，虽然参考图4所示的流程图描述了一个或多个示例性程序，但可以替代地使用实现示例性VLC模块112的许多其他方法。例如，可以改变方框的执行顺序，和/或可以改变、消除或组合所描述的方框中的一些。

在本申请中，转折连词的使用意图包括连接意义。定冠词或不定冠词的使用并非意图指示基数。具体地，对“所述”对象或“一个”和“一种”对象的引用也意图表示可能的多个此类对象中的一个。此外，连接词“或”可用于表达同时存在的特征而非相互排斥的替代方案。换句话说，连词“或”应理解为包括“和/或”。如本文所使用，术语“模块”和“单元”是指具有通常与传感器结合地提供通信、控制和/或监视能力的电路的硬件。“模块”和“单元”还可以包括在电路上执行的固件。术语“包含”是包含性的，并且具有与“包括”相同的范围。

上述实施例，并且特别是任何“优选的”实施例是实现方式的可能示例，并且仅仅是为了清楚地理解本发明的原理而提出的。在基本上不脱离本文中描述的技术的精神和原理的情况下，可以对上述实施例做出许多变化和修改。本文中所有修改都意图包括在本公开的范围内并且由以下权利要求保护。

根据本发明，提供一种车辆，所述车辆具有：可见光通信(VLC)发射器；VLC接收器；以及VLC模块，所述VLC模块用以：使用第一纠错级别来发送第一握手消息，所述第一握手消息包括所述VLC发射器和所述VLC接收器的特性；基于所接收的第二握手消息而调整传输参数；使用第二纠错级别来传输数据。

根据实施例，所述第二纠错级别具有小于所述第一纠错级别的开销。

根据实施例，所述VLC模块包括存储器以存储所述VLC发射器和所述VLC接收器的所述特性。

根据实施例，所述特性包括所述VLC接收器的帧间间隙。

根据实施例，调整所述传输参数包括调整所述VLC发射器的帧间时间间隙以与所述第二握手消息中包括的帧间时间间隙特性匹配。

根据实施例，所述特性包括帧间时间间隙、高光溢出因子、镜头虚光因子和颜色因子。

根据实施例，所述第一纠错级别使所述VLC发射器连续多次传输数据帧。

根据实施例，所述第二纠错级别使所述VLC发射器以少于所述第一纠错级别的次数传输所述数据帧。

根据本发明，一种方法包括：经由可见光通信(VLC)发射器使用第一纠错级别来发送第一握手消息，所述第一握手消息包括所述VLC发射器和VLC接收器的特性；通过具有处理器的VLC模块基于所接收的第二握手消息而调整传输参数；经由所述VLC发射器使用第二纠错级别来传输数据。

根据实施例，所述第二纠错级别具有小于所述第一纠错级别的开销。

根据实施例，所述VLC模块包括存储器以存储所述VLC发射器和所述VLC接收器的所述特性。

根据实施例，所述特性包括所述VLC接收器的帧间间隙。

根据实施例，调整所述传输参数包括调整所述VLC发射器的帧间时间间隙以与所述第二握手消息中包括的帧间时间间隙特性匹配。

根据实施例，所述特性包括帧间时间间隙、高光溢出因子、镜头虚光因子和颜色因子。

根据实施例，所述第一纠错级别使所述VLC发射器连续多次传输数据帧。

根据实施例，所述第二纠错级别使所述VLC发射器以少于所述第一纠错级别的次数传输所述数据帧。