结合空间调制与空间复用技术的室内可见光mimo传输方案的制作方法
【专利摘要】本发明属于室内可见光通信领域，具体涉及一种结合空间调制与空间复用技术的室内可见光MIMO传输方案，记室内可见光通信MIMO系统的LED灯数目为N，光电检测器的数目为M，该传输方法包括下列步骤：（1）将LED灯分组；（2）进行信道训练；（3）设置发送方案；（4）设置接收检测方案。本发明是一种结合空间调制和空间复用技术的MIMO传输方案，相比传统方法具有如下优点：通过LED灯分组使组内LED灯间距足够大，组内LED灯之间的相关性相对较小，可以采用SMP技术，提高空间复用增益；组间采用SM技术，单一时隙仅有一个LED灯组发送信息，避免了相关性较强的LED灯产生相互干扰。
【专利说明】结合空间调制与空间复用技术的室内可见光ΜI MO传输方 案
【技术领域】
[0001] 本发明属于室内可见光通信领域，具体涉及一种结合空间调制（SM)与空间复用 (SMP)技术的室内可见光ΜΜ0传输方案。
【背景技术】
[0002] 可见光通信（VLC)作为一种新兴的能够实现室内高速数据传输的技术，越来越引 起国内外的广泛关注。它采用可见光波段的光作为信息传播的载体，利用白光发光二极管 (LED)发出的肉眼观察不到的高速调制光波信号来对信息调制和传输，然后利用光电二极 管（PD)等光电转换器件接收光载波信号并获得信息。与传统的射频通信和其他光无线通 信相比，VLC具有发射功率高、无电磁干扰、绿色环保等优点，因而具有极大的发展前景。室 内VLC的目标是实现高速率数据传输，但现有白光LED灯的调制带宽较低，仅有约20M，严重 制约了通信速率的提高。将ΜΜ0技术应用于室内VLC，可以潜在地增加链路作用范围，克服 通信链路被室内人员走动、家具的阴影而打断的问题，提高链路的可靠性；同时可以在不增 加系统带宽及发射功率的条件下提高频谱利用率，从而提高数据传输速率。且室内照明需 要多个白光LED灯，这为室内VLC提供了丰富的空间资源。
[0003] 但室内VLC ΜΜ0主要考虑直射链路，信道相对比较确定，且室内VLC采用强度调 制（頂）与直接检测（DD)，缺少频率与相位分量，各子信道间干扰比较严重，造成信道具有 较强的相关性。尤其当LED灯间距很小时，信道相关性很强，空间复用技术不可用，导致无 法获取空间复用增益，限制室内VLCMM0系统通信速率的提高。目前针对室内VLC ΜΜ0 信道强相关性导致无法获取空间复用增益的问题的解决方法主要有两种：一种是成像式 ΜΜ0系统，一种是空间调制（SM)MMO系统。成像式接收机由多个像元构成，通过将不同LED 灯发来的信息投射到不同的像元上，消除信道间干扰；成像式接收机结构较为简单，易于实 现，但对位置信息较为敏感，在某些位置不同光源投射到相同像元上，将无法解调出各发射 信息，无法满足移动性和无缝覆盖的要求。空间调制ΜΜ0系统单一时隙只有1个LED灯 发送信息，避免了信道间干扰，同时每个发送信息的LED灯携带有空间位置信息，可以实现 l〇g2(Nt)的空间复用增益；但接收端通过最大似然（ML)检测出发送LED灯的位置信息，需 要大量训练开销，且空间复用增益较低。如何在信道具有较强的相关性下更好地解决ΜΙΜΟ 系统空间复用低的问题，有效利用室内VLC丰富的空间资源，获取空间复用增益，仍是当前 室内VLC ΜΜ0研究的一个热点问题。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术存在室内VLC ΜΜ0信道相关性强导致空间复用低的问题，提 出一种结合空间调制与空间复用技术的ΜΜ0传输方案。
[0005] 本发明的技术方案是：一种结合空间调制与空间复用技术的室内可见光ΜΙΜΟ传 输方案，记室内可见光通信ΜΙΜΟ系统的LED灯数目为Ν，光电检测器的数目为Μ，该传输方 法包括下列步骤：
[0006] (1)将 LED 灯分组；
[0007] (2)进行信道训练；
[0008] (3)设置发送方案；
[0009] (4)设置接收检测方案。
[0010] 所述的结合空间调制与空间复用技术的室内可见光ΜΜ0传输方案，所述将LED分 组为记分组数目为Ng，每组包含Nt个LED灯，则Nt = N/Ng ;组内的LED灯的最小灯距满足 空间复用技术的需求，且Nt < M。
[0011] 所述的结合空间调制与空间复用技术的室内可见光ΜΜ0传输方案，所述进行信 道训练为每个LED灯组分别发送训练序列，接收端获得接收每个LED灯组单独发送信息时 的符号，作为最大似然（ML)检测时的符号集；同时估计出各组LED灯分别发送时的信道状 态信息，接收端估计出发送LED灯组后，利用相应的信道状态信息求解出组内复用信息。
[0012] 所述的结合空间调制与空间复用技术的室内可见光ΜΜ0传输方案，所述设置发 送方案为发送端将输入的串行比特信息流进行串并转换，每个时隙发送l〇g 2Ng+Nt比特信 息，前l〇g2Ng比特确定发送信息的LED灯组，实现组间空间调制，通过选定LED灯组的位置 信息传输；后N t比特先经过符号映射，然后在选取的LED灯组内并行传输，实现组内空间复 用。
[0013] 所述的结合空间调制与空间复用技术的室内可见光ΜΜ0传输方案，所述设置接 收检测方案为接收端利用信道训练得到的符号集对接收信号进行最大似然检测，确定发送 信息的LED灯组，获取组间空间调制携带的log 2Ng比特位置信息，然后根据信道估算得到的 对应LED灯组的信道状态信息，采用空间解复用算法，求解出组内的N t比特空间复用信息， 再经过并串转换恢复出原始比特信息流。
[0014] 本发明的有益效果是：本发明是一种结合空间调制和空间复用技术的ΜΜ0传输 方案，相比传统方法具有如下优点：a.通过LED灯分组使组内LED灯间距足够大，组内LED 灯之间的相关性相对较小，可以采用SMP技术，提高空间复用增益；b.组间采用SM技术，单 一时隙仅有一个LED灯组发送信息，避免了相关性较强的LED灯产生相互干扰；c.本发明 LED灯组间采用SM技术，组内采用SMP技术，可以实现log2Ng+Nt的空间复用增益，高于单一 采用SMP或SM技术。同时发送端与接收端也不需要增加特定的器件，易于实现，成本低廉。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本发明的LED灯分组方案；
[0016] 图2是本发明的发送方案；
[0017] 图3是本发明的接收方案；
【权利要求】
1. 一种结合空间调制与空间复用技术的室内可见光MMO传输方案，其特征在于：记室 内可见光通信ΜΙΜΟ系统的LED灯数目为Ν,光电检测器的数目为Μ,该传输方法包括下列步 骤： (1) 将LED灯分组； (2) 进行信道训练； (3) 设置发送方案； (4) 设置接收检测方案。
2. 根据权利要求1所述的结合空间调制与空间复用技术的室内可见光MM0传输方案， 其特征在于：所述将LED分组为记分组数目为N g，每组包含Nt个LED灯，则Nt = N/Ng ;组内 的LED灯的最小灯距满足空间复用技术的需求，且Nt < Μ。
3. 根据权利要求1所述的结合空间调制与空间复用技术的室内可见光ΜΜ0传输方案， 其特征在于：所述进行信道训练为每个LED灯组分别发送训练序列，接收端获得接收每个 LED灯组单独发送信息时的符号，作为最大似然检测时的符号集；同时估计出各组LED灯分 别发送时的信道状态信息，接收端估计出发送LED灯组后，利用相应的信道状态信息求解 出组内复用信息。
4. 根据权利要求1所述的结合空间调制与空间复用技术的室内可见光MM0传输方案， 其特征在于：所述设置发送方案为发送端将输入的串行比特信息流进行串并转换，每个时 隙发送l〇g 2Ng+Nt比特信息，前log2Ng比特确定发送信息的LED灯组，实现组间空间调制，通 过选定LED灯组的位置信息传输；后N t比特先经过符号映射，然后在选取的LED灯组内并 行传输，实现组内空间复用。
5. 根据权利要求1所述的结合空间调制与空间复用技术的室内可见光MM0传输方案， 其特征在于：所述设置接收检测方案为接收端利用信道训练得到的符号集对接收信号进行 最大似然检测，确定发送信息的LED灯组，获取组间空间调制携带的log 2Ng比特位置信息， 然后根据信道估计得到的对应LED灯组的信道状态信息，采用空间解复用算法，求解出组 内的N t比特空间复用信息，再经过并串转换恢复出原始比特信息流。
【文档编号】H04B10/116GK104092518SQ201410249388
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】肖帅芳, 黄开枝, 钟州, 赵华, 周磊, 季新生, 彭建华, 白慧卿, 陆庆峰, 郑浩天, 杨静, 杨梅樾 申请人:中国人民解放军信息工程大学