CN108092719B - 一种基于信号附加相位的多灯珠可见光通信方法 - Google Patents

一种基于信号附加相位的多灯珠可见光通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了光通信领域内的一种基于信号附加相位的多灯珠可见光通信方法，包括以下步骤：步骤1）建立多灯珠、多用户组成的MIMO系统，将M个LED灯珠密集排列，M≥2；步骤2）按照一定顺序给每个灯珠添加不同的相位，相位依次为：
Figure 917309DEST_PATH_IMAGE002

Description

一种基于信号附加相位的多灯珠可见光通信方法
技术领域
本发明涉及一种通信方法，特别涉及一种可见光通信方法。
背景技术
如今，MIMO技术已经广泛的应用到了可见光通信系统中，因其能够带来复用增益，提高系统的信道容量。在以往的可见光MIMO通信系统中，不同的发送端需要相隔较远的距离，才能使不同发送端对同一个接收端具有不同的信道系数，从而降低信道相关性。而某些实际场景要求信号光源处在相对集中的位置，限制了传统可见光MIMO系统的使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于信号附加相位的多灯珠可见光通信方法，解决现有技术中相邻灯珠距离较近时信道相关性很高的问题，使得其支持多用户同时收发信号。
本发明的目的是这样实现的：一种基于信号附加相位的多灯珠可见光通信方法，包括以下步骤：
步骤1)建立多灯珠、多用户组成的MIMO系统，将M个LED灯珠密集排列，M≥2；
步骤2)按照一定顺序给每个灯珠添加不同的相位，相位依次为：
Figure BDA0001532777750000011
步骤3)发送端将基带复信号调制为带通实信号后添加直流偏置，经LED灯珠以信号光的形式发出；
步骤4)接收端将将接收到的信号光先减去直流偏置，再进行解调，得到数据信号。
作为本发明的进一步限定，步骤1)的具体方法为：设MIMO系统有M个灯珠，N个用户，其中M个灯珠以线性阵列方式排列，且第i个灯珠到第一个灯珠的距离为di,i＝1,2,…,M。第一个灯珠到第k个用户的距离为rk，角度为θk；调制载波的频率为fc，波长为λc；所述MIMO的信道模型为：
y＝Hx+w
其中，y＝[y1,y2,…,yN]T为N个用户接收到的信号，x＝[x1,x2,…,xM]T为M个灯珠发送的信号，w～CN(0,N0I)为信道噪声，符合高斯分布，H为信道系数矩阵。
作为本发明的进一步限定，其中M个灯珠对N个用户的信道系数矩阵为：
Figure BDA0001532777750000021
M个灯珠对第k个用户的信道系数向量表示为：
Figure BDA0001532777750000022
作为本发明的进一步限定，步骤3)中发送端实际发出的信号为：
Figure BDA0001532777750000023
其中，t表示时间，Re[·]表示取实部运算，c为常向量。
作为本发明的进一步限定，步骤4)中接收端实际接收的信号为：
Figure BDA0001532777750000024
解调前应先将探测到的信号去除直流部分，得到
Figure BDA0001532777750000031
再将
Figure BDA0001532777750000032
解调、滤波变为基带信号，即得接收信号y。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明减小了多灯珠系统信道的相关性，通过合理的设计信号附加相位，使得信道系数矩阵H满秩，从而使得系统可以同时进行min(M，N)路信号传输。本发明可用于光信号传输中。
具体实施方式
一种基于信号附加相位的多灯珠可见光通信方法，包括以下步骤：
步骤1)建立多灯珠、多用户组成的MIMO系统，将M个LED灯珠密集排列，M≥2，具体方法为：设MIMO系统有M个灯珠，N个用户，其中M个灯珠以密集方式排列，且第i个灯珠到第一个灯珠的距离为di,i＝1,2,…,M。第一个灯珠到第k个用户的距离为rk，角度为θk；调制载波的频率为fc，波长为λc；所述MIMO的信道模型为：
y＝Hx+w
其中，y＝[y1,y2,…,yN]T为N个用户接收到的信号，x＝[x1,x2,…,xM]T为M个灯珠发送的信号，w～CN(0,N0I)为信道噪声，H为信道系数矩阵，其中M个灯珠对N个用户的信道系数矩阵为：
Figure BDA0001532777750000033
M个灯珠对第k个用户的信道系数向量表示为：
Figure BDA0001532777750000041
步骤2)按照一定顺序给每个灯珠添加不同的相位，相位依次为：
Figure BDA0001532777750000042
步骤3)发送端将基带信号调制后添加直流偏置，经LED灯珠以信号光的形式发出，发送端实际发出的信号为：
Figure BDA0001532777750000043
其中，t表示时间，Re[·]表示取实部运算，c为常向量；
步骤4)接收端将将接收到的信号光先减去直流偏置，再进行解调，得到数据信号，接收端实际接收的信号为：
Figure BDA0001532777750000044
解调前应先将探测到的信号去除直流部分，得到
Figure BDA0001532777750000045
将
Figure BDA0001532777750000046
解调、滤波变为基带信号，即得接收信号y。
下面结合本发明的原理对本发明做进一步说明。
使用多灯珠、多用户组成的MIMO系统，在灯珠排列密集的情况下仍能多路信号同时传输。
设系统有M个灯珠，N个用户，其中M个灯珠密集排列。设第一个灯珠到第k个用户的距离为rk，角度为θk；第i个灯珠到第一个灯珠的距离为di,i＝1,2,…,M，显然d1＝0；调制载波的频率为fc，波长为λc；该系统信道模型为
y＝Hx+w
其中，y＝[y1,y2,…,yN]T为N个用户接收到的信号，x＝[x1,x2,…,xM]T为M个灯珠发送的信号，w～CN(0,N0I)为信道噪声，H为信道系数矩阵。
第i个灯珠到第k个用户的信道系数为
Figure BDA0001532777750000051
其中a为信号通过这条路径的衰减系数，我们可以假设每条路径的衰减系数相同；τki为第i个灯珠到第k个用户路径上信号的时延，它包含由灯珠到用户的距离所产生的时延，和对发送前信号的时移。令第i个灯珠上发送的信号增加
Figure BDA0001532777750000052
的时延，其中，
Figure BDA0001532777750000053
为单位附加相位，则信号时延可表示为
Figure BDA0001532777750000054
其中，lki为第i个灯珠到第k个用户的距离，设线性灯珠阵列与第k个用户的夹角为θk，则距离表示为
lki＝rk+dicosθk
从而，第i个灯珠到第k个用户的信道系数为
Figure BDA0001532777750000055
由于LED灯珠的调制带宽约为200MHz，因此为了尽可能提高信道容量，载波频率fc的取值应在(80,120)MHz范围内，此时载波波长λc约为3米。这种情况下，由于灯珠密集排列使得间距di很小，可将
Figure BDA0001532777750000056
忽略。即
Figure BDA0001532777750000057
M个灯珠对第k个用户的信道系数向量可表示为
Figure BDA0001532777750000058
因此，M个灯珠对N个用户的信道系数矩阵为
Figure BDA0001532777750000061
在发送端信号调制后，由于可见光系统要求发送的信号为正数，因此要给每一个要发送的信号加上直流偏置，即各路信号均加上一个常数c，且c>0，得到几乎所有信号均为非负的实际发送信号
Figure BDA0001532777750000062
其中，t表示时间，Re[·]表示取实部运算，c为常量。
在接收端解调前应先将探测到的信号去除直流成分，得到
Figure BDA0001532777750000063
最后将
Figure BDA0001532777750000064
解调、滤波变为基带信号，即得接收信号y。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于信号附加相位的多灯珠可见光通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)建立多灯珠、多用户组成的MIMO系统，将M个LED灯珠密集排列，M≥2，具体方法为：设MIMO系统有M个灯珠，N个用户，其中M个灯珠密集排列，且第i个灯珠到第一个灯珠的距离为di，i＝1，2，…，M；第一个灯珠到第k个用户的距离为rk，角度为θk；调制载波的频率为fc，波长为λc；所述MIMO的信道模型为：
y＝Hx+w
其中，y＝[y1，y2，...，yN]T为N个用户接收到的信号，x＝[x1，x2，...，xM]T为M个灯珠发送的信号，w～CN(0，N0I)为信道噪声，符合高斯分布，CN为高斯分布，N0为平均噪声功率，I为单位矩阵，H为信道系数矩阵，其中M个灯珠对N个用户的信道系数矩阵为：
Figure FDA0002413977360000011
M个灯珠对第k个用户的信道系数向量表示为：
Figure FDA0002413977360000012
步骤2)按照一定顺序给每个灯珠添加不同的相位，相位依次为：
Figure FDA0002413977360000013
步骤3)发送端将基带复信号调制为带通实信号后添加直流偏置，经LED 灯珠以信号光的形式发出，发送端实际发出的信号为：
Figure FDA0002413977360000021
其中，t表示时间，Re[·]表示取实部运算，c为常向量；
步骤4)接收端将接收到的信号光先减去直流偏置，再进行解调，得到数据信号，接收端实际接收的信号为：
Figure FDA0002413977360000022
解调前应先将探测到的信号去除直流部分，得到
Figure FDA0002413977360000023
再将
Figure FDA0002413977360000024
解调、滤波变为基带信号，即得接收信号y。
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