一种兼容MIMO和SISO通信模式的可见光通信发射机与发射方法

摘要

一种兼容MIMO和SISO通信模式的可见光通信发射机与发射方法，发射端采用由M×N个灯珠组成的照明LED，每个灯珠单独调制，并行传输的信号的每一帧用M×N的矩阵来表示，将所要发射的信息分为可以被SISO接收机和MIMO接受机接收的主要信息P，以及只能被MIMO接收机接收的次要信息S，在发射端将信息流进行串并转换使得所述主要信息P占据多路并行信号的一路，次要信息S占据其他多路，构造成M×N的规模，主要信息P放置在每一帧的M×N矩阵A的左上角位置，并对其进行反余弦变换构造成新的M×N矩阵B，将M×N矩阵B作为发射信息，逐个对应调制到M×N个LED灯珠上，即实现了可以兼容MIMO和SISO的发射机。

说明书

技术领域

本发明属于可见光通信技术领域，特别涉及一种兼容MIMO和SISO通信 模式的可见光通信发射机与发射方法。

背景技术

照明用LED具有转化效率高、节能省电、寿命长等优点；同时LED作 为半导体器件具有高速调制特性，其发光强度能够随着输入电流的变化而高 速变化，可以作为光通信的发射机。在频谱资源日益紧张、移动通信需求愈 发强烈的当下，基于照明LED的可见光通信成为补充传统无线通信的有效手 段之一。

现有用于照明的LED灯具通常使用多个灯珠组成，以实现更高的发光强 度，一种示意图见图1，A、B、C、D分别表示四个LED灯珠。这种多灯珠 的LED灯具恰好为MIMO可见光通信提供了发射机——每个灯珠独立调制 和驱动，一个LED灯具可以实现多路并行传输。在接收端通常使用成像系统 和光电接受阵列来精确区分每一路信号，以保证MIMO传输中子信道不会混 叠，一种4×4的MIMO可见光通信系统示意图如图2所示。

可以发现，MIMO可见光通信系统充分利用了照明LED多光源的特点， 复用空间维度，获得了更大的系统容量。但是，要注意照明LED各个灯珠发 出的光在空间有明显的混叠，若要实现接收端各个子信道之间无混叠，须要 使用成像系统和光电接受器阵列。这一定程度上增加了系统接收端的复杂性 和成本。另一方面，SISO系统无需采用成像系统和光电接受阵列，SISO接 收机检测整体光强，在各个灯珠发出的光混叠在一起的条件下，无法分别每 个灯珠之间的区别，因此通常情况下各个灯珠整体调制，发射同样的信号。 由于MIMO可见光通信系统和SISO可见光通信系统各自特点分明，接收机 接收原理和关键部件明显不同，通常两套系统不能兼容。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种兼容MIMO和 SISO通信模式的可见光通信发射机与发射方法，使得传统MIMO接收机和SISO 接收机均可以接受该发射机发射的信号，MIMO接收机可以并行接受多路信号， SISO接收机可以接收单路信号。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种兼容MIMO和SISO通信模式的可见光通信发射机，发射端采用由 M×N个灯珠组成的照明LED，每个灯珠单独调制，并行传输的信号的每一 帧用M×N的矩阵来表示，将所要发射的信息分为可以被SISO接收机和 MIMO接受机接收的主要信息P，以及只能被MIMO接收机接收的次要信息 S，在发射端将信息流进行串并转换使得所述主要信息P占据多路并行信号 的一路，次要信息S占据其他多路，构造成M×N的规模，主要信息P放置 在每一帧的M×N矩阵A的左上角位置，并对其进行反余弦变换构造成新的 M×N矩阵B，将M×N矩阵B作为发射信息，逐个对应调制到M×N个LED 灯珠上，即实现了可以兼容MIMO和SISO的发射机。

本发明兼容MIMO和SISO通信模式的可见光通信发射方法，在发射端 采用由M×N个灯珠组成的照明LED，每个灯珠单独调制，并行传输的信号 的每一帧用M×N的矩阵来表示，将所要发射的信息分为可以被SISO接收 机和MIMO接受机接收的主要信息P，以及只能被MIMO接收机接收的次要 信息S，在发射端将信息流进行串并转换使得所述主要信息P占据多路并行 信号的一路，次要信息S占据其他多路，构造成M×N的规模，主要信息P 放置在每一帧的M×N矩阵A的左上角位置，并对其进行反余弦变换构造成 新的M×N矩阵B，将M×N矩阵B作为发射信息，逐个对应调制到M×N 个LED灯珠上。

在接收端，SISO接收机检测到矩阵B中各个元素之和，即所有灯珠的 光强之和，矩阵B中各个元素的平均值等于主要信息P，由此即可以恢复出 主要信息P。MIMO接收机通过成像系统获得没有相互混叠的子信道，从而 检测出矩阵B中的各个元素，再对检测到的矩阵B做余弦变换即可以恢复出 原始数据矩阵A，实现接收到主要信息P和各路次要信息S。

与现有技术相比，本发明通过对接收端发送的信息进行变换，实现了可以 兼容SISO接收机和MIMO接收机的功能。通过这种兼容模式，使得系统组成 方案更加灵活多样，低成本的SISO接收机能接收到主要信息，高成本的MIMO 接收机能够通过空间复用接收到多路信息。

附图说明

图1是由4个灯珠组成的LED灯具示意图。

图2是一种4×4的MIMO可见光通信系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明针对多个灯珠组成的照明LED实现，每个灯珠单独调制。假设需 要传输的信息分成两类，一类是主要信息（用P表示），这类信息可以被SISO 接收机和MIMO接受机接收；另一类是次要信息（用S表示），这类信息只 能被MIMO接收机接收。假设LED灯由M×N个灯珠构成，并行传输的信 号的每一帧可以用M×N的矩阵来表示。

在发射端，将信息流进行串并转换，其中主要信息占据多路并行信号的 一路，次要信息占据其他多路，并构造成M×N的规模。将每一帧的M×N 矩阵用A来表示，主要信息放置在A的左上角位置，如下式所示：

在发射端对A进行反余弦变换（IDFT），构造成新的M×N矩阵B，即 B=IDFT(A)，如下式所示。

将M×N大小的矩阵B作为发射信息，逐个对应的调制到M×N个LED灯 珠上，即实现了可以兼容MIMO和SISO的发射机方案。由于各个LED灯珠发 出的光有明显混叠，对于不使用成像系统的SISO接收机，会检测到所有灯珠的 光强之和，也就是矩阵B中各个元素之和。由于B=IDFT(A)，由反余弦变换的 性质得：B中各个元素的平均值等于P（矩阵A的左上角元素），因此SISO接 收机检测到的信息就是P，即可以恢复出主要信息。对于配备成像系统的MIMO 接收机，它能够通过成像系统获得没有相互混叠的子信道，从而精确的检测出 矩阵B中的各个元素。在接下来它只需要在后续数字处理中对检测到的矩阵B 做余弦变换（DFT）即可以恢复出原始数据矩阵A，实现接收到主要信息和各路 次要信息的功能。