[发明专利]高速可见光多入多出系统及其通信方法

说明书

技术领域

本发明属于自由空间光通信领域，是一种集成化实现的室内可见光发送设备和终端设备之间高速、多路通信的解决方案，具体的说是一种高速可见光多入多出系统及其通信方法。

背景技术

目前，可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。利用这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接，因而具有广泛的前景。

与目前使用的无线局域网(无线LAN)相比，“可见光通信”系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆。利用专用的、能够收发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要在室内灯光照到的地方，就可以长时间下载和上传数据。对比通常基于电磁波的无线传输，该系统还具有安全性高的特点。用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，室内信息安全性高，可以应用于军事或其他要求保密性强的通信方式。同时使用多台电脑也不会影响通信速度。由于不使用无线电波通信，对电磁信号敏感的医院等部门可以自由使用该系统。

多入多出(MIMO，Multiple Input-Multiple Output)是指在通信链路的发送端与接收端均使用多个传输元的传输系统,它能够将传统通信系统中存在的多径因素变成对用户通信性能有利的因素,从而成倍地提高业务传输速率。多入多出系统在无线电频率(射频)领域中已经得到广泛应用，多入多出技术对提高频谱资源利用率具有重要的意义。以无线本地局域网(WLAN)为例，最新应用的802.11(n)标准在每个接收端采用了4个接收天线以增加容量。

可见光多入多出系统具有多入多出通信系统的一些基本特征。例如采用多个发射端和多个接收端，可以用信道相关矩阵来描述每个发射机和接收机之间的的连接强度，从信道相关矩阵可以分析信道间串扰。利用信道相关矩阵的逆矩阵乘以接收信号强度即恢复出发送信号。

可见光通信以及可见光多入多出系统近年来发展迅速，出现了以下关键技术和系统设想，他们从不同角度证明了可见光通信及其多入多出系统可行性。

在论文“Multi-Input Multi-Output(MIMO)indoor optical wireless communications”中，作者将H矩阵分析法应用于可见光多入多出系统。

专利200710047554.7“可见光空分多址”提出了利用透镜成像法分离接收信道实现多址通信的方法。专利中提出的光学成像法需要通过CCD接收，CCD性能限制对通信速度影响极大，无法达到实用的高速通信。同时，光学透镜成像需要考虑到焦距等参数，不一定能理想成像，没有解决成像产生的串扰问题。本专利与其相比，采用数字空分复用技术，避免光学成像的不确定因素，大大提高了处理速度和处理精度。同时也可以与其光学空分复用技术结合，明显提高其后期处理速度，增强链路稳定性。

专利：200980150016.8“可见光通信系统和方法”提出了一种利用三色LED波分复用的多路通信系统。光通信波分复用技术是可见光多路通信的另一重点，但是由于其多波长对用户舒适性的影响并不适用于室内通信，还需要进一步研究合适的特定波长的通信技术。专利中提出用信道矩阵来描述信道间串扰并用于恢复信号具有重要意义。

相对于无线电磁波通信，可见光具有保密性好、定向性高、理论速度高、信道容量丰富，是下一代高速短距通信的重要实现方式。本专利提出一种实用性高速可见光多入多出通信方法。

发明内容

本发明是利用数字空分复用技术实现了高速可见光通信多入多出通信。空分复用核心技术是消除多个信道间串扰以达到分离信道的目的。为此，我们引入矩阵分析法。我们将信道相关性用矩阵描述，发送端让接收端探测当前的信道相关参数，通过逆矩阵运算分离多路信道，建立通信链路。为了使得系统能够在运动过程中(即信道参数发生变化)保持通信链路畅通，在有效数据传输过程中，我们设计一种动态更新方法，从通信链路有效数据中提取信道相关参数。

本发明的技术方案是：

一种高速可见光多入多出系统，它包括发送设备和接收设备，所述的发送设备包括控制模块、与控制模块信号输出端相连的N个驱动电路以及分别与N个驱动电路信号输出端连接的N个LED灯，所述的接收设备包括依次串接的光电转换模块、运算放大器，A/D转换模块和信号恢复模块；

发送设备中，