[发明专利]基于选择调光和预编码的多用户MIMO可见光通信方法

说明书

本发明在MU‑MIMO技术的基础上，充分挖掘LED灯光源、预编码技术、空间调光等各方面的特性，设计了一种基于LED选择调光（Selective Dimming，SD）和波形调节BD预编码（Waveform‑Adapted BD Precoding，WA‑BDP）的新型MU‑MIMO‑VLC室内通信方法。该方法能在不同的调光要求下，尽可能地充分利用LED光源的动态范围进行信息传输，从而可在室内大部分区域内大幅提升MU‑MIMO‑VLC系统的性能。

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，更具体地，涉及一种基于LED选择调光和块对角化预编码设计的多用户多输入多输出可见光通信方法。

背景技术

随着时代发展和日常生活中发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)灯具的广泛应用，基于LED灯的可见光通信(Visible Light Communication，VLC)技术逐渐受到各国研究者的青睐并对其展开了研究。VLC技术主要基于强度调制(Intensity Modulation，IM)和直接检测(Direct Detection，DD)，它利用人眼无法识别的强度快速变化的明暗信号进行信息的传输。传统无线通信中广泛应用的多天线传输技术(Multiple-input Multiple-output，MIMO)也凭借其在系统扩容等方面的优势在VLC中获得应用，它能有效同时利用多个LED灯实现高速数据传输，提高VLC系统的传输速率。因此，MIMO技术与VLC技术相结合也逐渐成为当前室内VLC通信系统的研究热点。

普通MIMO-VLC系统中所有光检测器(Photodetector，PD)均属于同一个用户终端，也即单用户系统。而在更为实际的VLC场景中，利用覆盖室内的可见光信号进行广播通信是未来的发展趋势，因此可以同时支持多个用户终端进行通信的多用户(Multiuser，MU)VLC系统也逐渐引起了研究者的关注。MU-VLC系统通过特定的干扰消除算法来消除用户间干扰(Multi-User Interference，MUI)，使得多个用户终端可以利用相同的LED灯阵列互不干扰地进行通信。

尽管在传统无线通信领域中已对多用户系统进行了广泛研究，但目前对于室内多用户VLC领域的研究还相对较少。由于室内场景下VLC信道的特性与VLC系统特有的发射和接收结构，使得室内MU-VLC系统的设计需要进一步深入考虑VLC信道的实际特性，以便设计出更符合实际的MU-VLC系统。目前已有一些文献对每个用户只有一个PD的多用户多输入单输出(Multi-Input Single-Output，MISO)系统从一些方面展开研究，如根据最小化最大均方误差(Mean Squared Errors，MSE)准则设计的MU-MISO可见光通信收发机，根据最大速率准则设计的基于迫零(Zero-Force，ZF)的多用户MISO可见光通信系统等。针对每个用户终端有多个PD的情况，即多用户MIMO系统，可采用基于块对角化(Block Diagonalization，BD)的MU-MIMO系统，有选择性地结合VLC系统特性对实现最大速率优化。MU-MIMO技术作为传统MIMO技术的进一步拓展和应用，有着广阔的研究应用前景，目前已有的研究一般仅针对MU-MIMO可见光通信系统的某个方面进行探索。而针对室内VLC系统的其它不同特性进行系统设计，仍存在很多潜在的技术结合点和创新点值得挖掘。

通常而言，在更为实际的VLC系统中，由于VLC系统需要同时兼顾室内照明和通信的需求，有时需要在不同的光照覆盖需求下完成通信。因此如何进一步结合LED灯动态范围限制和不同的调光需求对多用户MIMO-VLC系统结构进行完整设计，从而使系统在室内大部分环境下能获得更好的性能则显得尤为重要，是一个极具现实意义和挑战性的问题。寻找该问题的解决方案，对于室内VLC技术走向成熟乃至实用具有重要作用。

发明内容