[發明專利]組合光波束的多輸入多輸出可見光通信發射裝置

有效

• 申請號: 201911089496.3
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN110808785B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 丁舉鵬;陳習鋒;禹寶山;賴惠成
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50;H04B10/516;H04B10/116;H04B7/0413
• 代理公司: 烏魯木齊合縱專利商標事務所 65105
• 代理人: 周星瑩;湯建武

本發明涉及可見光通信信技術領域，是一種組合光波束的多輸入多輸出可見光通信發射裝置，包括串并行數據轉換模塊和多個可見光通信發射器，每個可見光通信發射器均包括中間數據處理單元和LED光源陣列，各個LED光源陣列的光波束空間特性彼此互異；串并行數據轉換模塊，將待傳輸的原始串行數據流轉換為并行數據流；中間數據處理單元，將調制后數據加載至LED光源陣列；LED光源陣列，發出光束，將接收調制后的數據通過光束發射出去。本發明利用LED光源陣列光波束空間特性的多樣性，消除傳統技術方案對用戶接收位置的限制因素，在不改變常規照明設計尺寸及現有光源排布方式的前提下，提升不同接收位置通信表現的穩定性，且兼容現有接收端。

技術領域

本發明涉及可見光通信信技術領域，是一種組合光波束的多輸入多輸出可見光通信發射裝置。

背景技術

可見光通信是將數據電信號通過驅動電路加載到基于LED的照明基礎設施上，被驅動點亮的LED光源所發出的光信號就攜帶了信息，進而為光源所照射到的區域提供了無線信號覆蓋。

為了保證給照明區域提供足夠的功率，傳統LED光源基礎設施一般采用同類朗伯光波束的LED燈組成光源陣列，雖然該方法在保持整體發射光功率不變的前提下較之于可見光通信單輸入技術可以成倍的增加系統的傳輸容量，但在不同光源陣列投影之間的中心處以及其他不同光源投影中間軸線的位置上，光源陣列與多輸出可接受其中不同光電探測器會形成對稱的信道關系，因而造成信道矩陣的降秩，無法滿足信道不相關的條件，相關過程如下所示：

傳統的2×2MIMO技術中使用的是兩個相同的朗伯光源，由于兩個朗伯光源光波束的對稱性。兩個光源的發射角φ大致相等，兩個接收端入射角也相等。式(1)為信道直流增益公式，i表示第i個LED光源，j表示第j個接收器。接收器與不同光源陣列之間形成了對稱的空間幾何關系，對稱信道直流增益也是基本相等的。

式(1)中，為第j個接收器接收范圍，d_ij為第i個LED光源與第j個接收器間距離，m為朗伯系數，為接收視場角。

因對稱信道直流增益相等即h₁₁＝h₂₁、h₁₂＝h₂₂，從而接收端構成的信道矩陣H不能滿足滿秩條件。

進而接收端無法得到信道矩陣的正確逆矩陣H^-1，接收信號陣列R與逆矩陣相乘無法正常完成。逆矩陣H^-1的獲取可先在發送端發送測試信號序列，并且接收端也獲取到測試信號序列。當接收端得到接收信號時，接收端已知發射信號和接收信號通過矩陣的逆運算可計算出信道矩陣的逆矩陣H^-1。當接收端已知信道矩陣的逆矩陣H^-1時，接收端下次接收信號則使用測試獲得的逆矩陣H^-1。因為R的主要影響因素為信道矩陣，信道矩陣錯誤會造成接收端解調錯誤。

R＝γP_LED(H·S)+N (3)

式(3)中，S＝(S₁,S₂)^T為LED光源發送信號，P_LED為LED發射平均概率，γ為探測響應概率，N為平均噪聲。

T＝H^-1·R (4)

式(4)中，T＝(T₁,T₂)為接收端解調出的發射信號。

因此，傳統的2×2MIMO技術存在光源投影的軸線位置上信道對稱造成并行通信劣化問題，傳統的2×2MIMO技術推廣到傳統的4×4MIMO技術也存在相同問題，信道矩陣H為4×4矩陣。