[發明專利]基于選擇調光和預編碼的多用戶MIMO可見光通信方法

有效

• 申請號: 201810408874.9
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108809382B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 江明;蔡鯤翼
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04B7/0452
• 分類號: H04B7/0452;H04B7/0456;H04B10/116
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明在MU?MIMO技術的基礎上，充分挖掘LED燈光源、預編碼技術、空間調光等各方面的特性，設計了一種基于LED選擇調光（Selective Dimming，SD）和波形調節BD預編碼（Waveform?Adapted BD Precoding，WA?BDP）的新型MU?MIMO?VLC室內通信方法。該方法能在不同的調光要求下，盡可能地充分利用LED光源的動態范圍進行信息傳輸，從而可在室內大部分區域內大幅提升MU?MIMO?VLC系統的性能。

技術領域

本發明涉及可見光通信技術領域，更具體地，涉及一種基于LED選擇調光和塊對角化預編碼設計的多用戶多輸入多輸出可見光通信方法。

背景技術

隨著時代發展和日常生活中發光二極管(Light-Emitting Diode，LED)燈具的廣泛應用，基于LED燈的可見光通信(Visible Light Communication，VLC)技術逐漸受到各國研究者的青睞并對其展開了研究。VLC技術主要基于強度調制(Intensity Modulation，IM)和直接檢測(Direct Detection，DD)，它利用人眼無法識別的強度快速變化的明暗信號進行信息的傳輸。傳統無線通信中廣泛應用的多天線傳輸技術(Multiple-input Multiple-output，MIMO)也憑借其在系統擴容等方面的優勢在VLC中獲得應用，它能有效同時利用多個LED燈實現高速數據傳輸，提高VLC系統的傳輸速率。因此，MIMO技術與VLC技術相結合也逐漸成為當前室內VLC通信系統的研究熱點。

普通MIMO-VLC系統中所有光檢測器(Photodetector，PD)均屬于同一個用戶終端，也即單用戶系統。而在更為實際的VLC場景中，利用覆蓋室內的可見光信號進行廣播通信是未來的發展趨勢，因此可以同時支持多個用戶終端進行通信的多用戶(Multiuser，MU)VLC系統也逐漸引起了研究者的關注。MU-VLC系統通過特定的干擾消除算法來消除用戶間干擾(Multi-User Interference，MUI)，使得多個用戶終端可以利用相同的LED燈陣列互不干擾地進行通信。

盡管在傳統無線通信領域中已對多用戶系統進行了廣泛研究，但目前對于室內多用戶VLC領域的研究還相對較少。由于室內場景下VLC信道的特性與VLC系統特有的發射和接收結構，使得室內MU-VLC系統的設計需要進一步深入考慮VLC信道的實際特性，以便設計出更符合實際的MU-VLC系統。目前已有一些文獻對每個用戶只有一個PD的多用戶多輸入單輸出(Multi-Input Single-Output，MISO)系統從一些方面展開研究，如根據最小化最大均方誤差(Mean Squared Errors，MSE)準則設計的MU-MISO可見光通信收發機，根據最大速率準則設計的基于迫零(Zero-Force，ZF)的多用戶MISO可見光通信系統等。針對每個用戶終端有多個PD的情況，即多用戶MIMO系統，可采用基于塊對角化(Block Diagonalization，BD)的MU-MIMO系統，有選擇性地結合VLC系統特性對實現最大速率優化。MU-MIMO技術作為傳統MIMO技術的進一步拓展和應用，有著廣闊的研究應用前景，目前已有的研究一般僅針對MU-MIMO可見光通信系統的某個方面進行探索。而針對室內VLC系統的其它不同特性進行系統設計，仍存在很多潛在的技術結合點和創新點值得挖掘。

通常而言，在更為實際的VLC系統中，由于VLC系統需要同時兼顧室內照明和通信的需求，有時需要在不同的光照覆蓋需求下完成通信。因此如何進一步結合LED燈動態范圍限制和不同的調光需求對多用戶MIMO-VLC系統結構進行完整設計，從而使系統在室內大部分環境下能獲得更好的性能則顯得尤為重要，是一個極具現實意義和挑戰性的問題。尋找該問題的解決方案，對于室內VLC技術走向成熟乃至實用具有重要作用。

發明內容