CN111600653A - 一种差分光空移键控调制系统及调制方法 - Google Patents

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CN111600653A CN202010408572.9A CN202010408572A CN111600653A CN 111600653 A CN111600653 A CN 111600653A CN 202010408572 A CN202010408572 A CN 202010408572A CN 111600653 A CN111600653 A CN 111600653A
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李睿
毛一聪
曹明华
吕佳芸
侯文斌
杨丽荣
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Abstract

一种差分光空移键控调制系统及调制方法，包括发射端的差分空移键控调制模块、LED驱动电路、LED和接收端的光电检测电路、信号处理电路和信号解调模块。串行数据流首先经过差分空移键控调制模块后生成对应的映射矩阵。通过将当前时刻的映射矩阵与前一时刻的传输矩阵做克罗内克乘积来实现差分运算，并得到当前时刻的传输矩阵。当前符号周期的传输矩阵信号经驱动放大电路放大后，由LED完成发送。在接收端，利用光电转换电路和信号处理电路将大气信道中的光信号转换为可以处理的并行电信号，并送入FPGA内部的信号解调模块。解调模块利用根据当前符号周期的传输矩阵和前一符号周期的映射矩阵实现差分信号的解调，最终恢复出原始数据流。

Description

一种差分光空移键控调制系统及调制方法
技术领域
本发明涉及一种差分光空移键控调制系统及调制方法，属于无线光通信技术领域。
背景技术
伴随着物联网、大数据、人工智能技术的到来，无线通信承载的数据量呈爆发式增长。 然而已有的频谱资源和技术难以满足这种爆发式增长的数据需求，这就迫切要求我们寻找拥 有更大容量、更高速率以及更低时延的技术来解决该问题。近年来，可见光通信(Visible Light Communication,VLC)逐渐走入了研究人员的视野，它为传输海量数据提供了一种有效方法。 VLC是一种以LED半导体照明为光源、以可见光为载体、不借助光纤等有线介质进行音频、 视频等数据传输的新型通信方式，具有信息容量大、传输速率高、保密性好及灵活部署等特 点。但是，可见光信号在复杂的信道中传输时，会受到衰减、发射与接收角差、以及LED 非线性等因素的影响，造成可见光通信系统有效性和可靠性的降低，使得实际系统的传输速 率相对较低，难以满足更高速率的要求。因此，针对可见光通信中存在的问题，研究者不断 的探索并寻找解决该问题的有效方法。
近些年来，随着光空间调制(OSM)技术的应运而生，为解决上述问题提供了新思路。 空间调制技术是在传统二维调制的基础中，扩展空间维，即将一部分数据信息通过LED索 引号来传递，从而将调制维度扩展为三维及其以上的多维。OSM通过LED的索引号额外传递信息，在改善通信质量的同时有效的提升了通信系统的速率。
但是到目前为止，所有光空间调制系统的研究都是假设在收发两端可以获得精确的信道 状态信息(CSI)，而且信道是一个非时变的慢衰落信道，即信道变化相较于符号传输速率 缓慢的假设。但实际的通信系统由于信道的时变性和复杂性，使得信道估计尤其困难。即使 可以获得精确的信道状态信息，原始的比特信息在快衰落信道下也未必能完全恢复。在传统 的MIMO系统中，差分方案是解决信道估计问题的一种有效方案，差分处理可有效避免信 道估计的需要，因此，将差分技术引入到OSM系统具有现实而重要意义。
发明内容
本发明的目的是提出一种差分光空移键控调制系统及调制方法。
本发明是一种差分光空移键控调制系统及调制方法，本发明的差分光空移键控调制系统， 包括基于FPGA设计的差分空移键控调制模块(1-1)、LED驱动电路(1-2)、LED(1-3)和 接收端的光电检测电路(2-1)、信号处理电路(2-2)和基于FPGA设计的信号解调模块(2-3)；在发送端，串行数据流进入信号调制模块(1-1)后被调制成传输矩阵信号，该信号经驱动放大电路(1-2)放大后，直接由LED(1-3)发出；在接收端，光电转换电路(2-1) 捕获大气信道中的光信号并将其转换为电信号。该信号再经信号处理电路(2-2)之后，以并 行方式进入信号解调模块(2-3)；解调模块(2-3)完成信号的解调及解映射后即可恢复出原始数据流。
本发明的差分光空移键控调制系统的调制方法，其步骤为：
(1)终端发出的信号以串行数据流的形式进入发射端FPGA信号调制模块进行调制，调制 完成后输出三路调制信号；
(2)三路调制信号经过LED驱动电路进行功率放大，并直接驱动LED发光；
(3)经过大气信道传输的光信号由探测器接收并转换成电信号，同时完成信号的放大和 滤波。
(4)采用信号处理电路识别输入信号的LED序号，并生成三路并行信号送入接收端FPGA 解调模块。
(5)三路并行信号经接收端FPGA解调模块的解调以及解映射后，以串行数据流的形式输 出给接收终端。
本发明将差分技术、OSM和VLC技术相结合，提出了一种差分光空移键控调制系统，并采用FPGA技术进行了实现。系统主要包括发射端的差分空移键控调制模块、LED驱动电路、LED和接收端的光电检测电路、信号处理电路和信号解调模块。串行数据流首先经过差分空移键控调制模块后生成对应的映射矩阵。该映射矩阵是一个正交空时弥散矩阵，即矩阵 中每一行每一列中均只有一个非零元素。通过将当前时刻的映射矩阵与前一时刻的传输矩阵 做克罗内克乘积来实现差分运算，并得到当前时刻的传输矩阵。当前符号周期的传输矩阵信 号经驱动放大电路放大后，由LED完成发送。在接收端，利用光电转换电路和信号处理电路 将大气信道中的光信号转换为可以处理的并行电信号，并送入FPGA内部的信号解调模块。 解调模块利用根据当前符号周期的传输矩阵和前一符号周期的映射矩阵实现差分信号的解 调，最终恢复出原始数据流。该系统有效克服了传统OMIMO系统中同步困难以及收发复杂 度较高的问题，实现了系统传输速率、能量效率与计算复杂度之间的有效折中。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图，图2为本发明调制模块结构图，图3为本发明解调模块 结构图，图4为本发明调制模块流程图，图5为本发明解调模块流程图，图6为映射矩阵具体索引方式。
具体实施方式
如图1～图6所示，本发明是一种差分光空移键控调制系统及调制方法，本发明的差分 光空移键控调制系统，该系统包括基于FPGA设计的差分空移键控调制模块(1-1)、LED驱 动电路(1-2)、LED(1-3)和接收端的光电检测电路(2-1)、信号处理电路(2-2)和基于FPGA 设计的信号解调模块(2-3)；在发送端，串行数据流进入信号调制模块(1-1)后被调制成传 输矩阵信号，该信号经驱动放大电路(1-2)放大后，直接由LED(1-3)发出；在接收端，光电转换电路(2-1)捕获大气信道中的光信号并将其转换为电信号。该信号再经信号处理电 路(2-2)之后，以并行方式进入信号解调模块(2-3)；解调模块(2-3)完成信号的解调及解映 射后即可恢复出原始数据流。
以上所述的差分光空移键控调制系统，其特征在于基于FPGA设计的差分空移键控调制模块 (1-1)包括串/并转换器(1-1-1)、矩阵索引器(1-1-2)、矩阵缓存器(1-1-3)、矩阵乘法器 (1-1-4)和信号输出器(1-1-5)，其中，串/并转换器(1-1-1)将输入的串行数据转换为2位并 行数据；矩阵索引器(1-1-2)将并行数据转换为映射矩阵；矩阵缓存器(1-1-3)用于保存前 一符号周期的传输矩阵Xt-1；矩阵乘法器(1-1-4)用于实现当前符号周期的映射矩阵St与前 一符号周期的传输矩阵Xt-1的乘法运算，其输出结果为当前符号周期的传输矩阵Xt；信号 输出器(1-1-5)输出当前符号周期的传输矩阵并直接驱动LED发光。
以上所述的差分光空移键控调制系统，其特征在于基于FPGA设计的信号解调模块(2-3)包括 矩阵检测器(2-3-1)、矩阵缓存器(2-3-2)、矩阵求逆器(2-3-3)、矩阵乘法器(2-3-4)、矩阵 恢复器(2-3-5)和并/串转换器(2-3-6)；利用矩阵检测器(2-3-1)直接检测并识别外部输入的 信号；矩阵缓存器(2-3-2)用于保存前一符号周期接收到的传输矩阵，同时将矩阵送入矩阵 求逆器(2-3-3)进行矩阵的求逆运算；矩阵乘法器(2-3-4)将当前符号周期的传输矩阵和矩阵 求逆器(2-3-3)的输出相乘产生映射矩阵信号；矩阵恢复器(2-3-5)能够恢复出2位并行信号， 并/串转换器(2-3-6)实现数据流的并/串转换。
本发明的差分光空移键控调制系统的调制方法，其步骤为：
(1)终端发出的信号以串行数据流的形式进入发射端FPGA信号调制模块进行调制，调制 完成后输出三路调制信号；
(2)三路调制信号经过LED驱动电路进行功率放大，并直接驱动LED发光；
(3)经过大气信道传输的光信号由探测器接收并转换成电信号，同时完成信号的放大和 滤波。
(4)采用信号处理电路识别输入信号的LED序号，并生成三路并行信号送入接收端FPGA 解调模块。
(5)三路并行信号经接收端FPGA解调模块的解调以及解映射后，以串行数据流的形式输 出给接收终端。
以上所述信号的差分光空移键控调制系统的调制方法，其调制步骤为：
(1)信号以串行数据流的形式进入发射端的FPGA信号调制模块，利用串/并转换器(1-1-1)将串行数据生成多个两位并行信号；
(2)两位并行数据由矩阵索引器(1-1-2)生成一个3×3的映射矩阵。具体映射方式为：
当调制信号为00时，映射矩阵为
Figure BDA0002492257490000041
当调制信号为01时，映射矩阵为
Figure BDA0002492257490000042
当调制信号为10时，映射矩阵为
Figure BDA0002492257490000043
当调制信号为11时，映射矩阵为
Figure BDA0002492257490000044
(3)矩阵乘法器(1-1-4)将待调制映射矩阵与矩阵缓存器(1-1-3)的输出相乘产生传 输矩阵。其中，矩阵缓存器中有预先存储的初始传输矩阵C0；
(4)传输矩阵通过信号输出器(1-1-5)后直接驱动三路LED发光。同时，将该传输矩阵 存入矩阵缓存器(1-1-3)中保存。
以上所述信号的差分光空移键控调制系统的调制方法，第t个符号周期的传输矩阵信号 为差分空移键控信号Xt＝Xt-1St；其中，St为第t个符号周期产生的正交空移弥散映射矩阵； Xt-1为第t-1个符号周期的传输矩阵。
以上所述信号的差分光空移键控调制系统的调制方法，其解调步骤为：
(1)经信号处理电路处理的传输矩阵信号首先由矩阵检测器(2-3-1)识别检测；
(2)被检测出当前符号周期的传输矩阵信号一路被送入矩阵乘法器(2-3-4)，并和矩阵 求逆器(2-3-3)的输出进行相乘，获得当前符号周期的映射矩阵。另一路被送入矩阵缓存器 (2-3-2)中保存，在被延迟一个符号周期后输入矩阵求逆器(2-3-3)进行求逆运算；
(3)利用矩阵恢复器(2-3-5)将映射矩阵恢复成两位并行信号；
(4)待所有矩阵解调完成后，利用并/串转换器(2-3-6)即可恢复出发送端原始数据流。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发 明进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明通过如下技术措施来达到：
对于一个有3个LED和3个光电探测器的DOSSK系统而言，其系统组成如图1所示。由图1可见，该系统由差分空移键控调制模块(1-1)、LED驱动电路(1-2)、LED(1-3)、 光电检测电路(2-1)、信号处理电路(2-2)和信号解调模块(2-3)等组成。其工作原理为： 在发送端，串行数据流进入信号调制模块(1-1)后输出三路传输矩阵信号，该信号经LED驱 动电路(1-2)放大后，直接由LED(1-3)发出。在接收端，光电转换电路(2-1)捕获大 气信道中的光信号并将其转换为电信号。该信号再经信号处理电路检测识别(2-2)之后， 以并行方式进入信号解调模块(2-3)。解调模块(2-3)完成信号的解调及解映射后即可恢 复出原始数据流。
1发射机的设计原理及硬件电路
该调制系统的发射机主要由差分空移键控调制模块(1-1)、LED驱动电路(1-2)、LED (1-3)组成。
调制模块(1-1)的设计：在该发射机中，正交空移弥散传输矩阵块的设计是实现差分 过程的关键。在空间域映射中，将b比特映射成由激活LED构成的正交空移弥散映射矩阵
Figure RE-GDA0002593088340000051
其中，si(i＝1,2,...,nt)是仅含一个非零元素的nt×1维向量，可 表示为
Figure RE-GDA0002593088340000052
非零元素的位置aj表示当前符号周期激活LED的序号， 1≤j≤nt。矩阵S具有正交性，能够保证映射过程中每符号周期内仅有一个LED被激活， 并且在连续的Nt个符号周期内每个LED仅被激活一次。也就是说，S的每一行每一列中均 只有一个非零元素。在获得了映射矩阵S之后，可通过将当前符号周期映射的正交空移弥散 矩阵与前一符号周期的传输矩阵做克罗内克乘积来实现差分运算，即将当前符号周期映射的 正交空移弥散编码块St与前一符号周期产生的传输矩阵块Xt-1进行差分运算，其结果为当 前符号周期发送的传输矩阵Xt：
Xt＝Xt-1St (1)
依据公式(1)，本发明采用型号为EP4CE115F29C7的FPGA来设计差分空移键控调制模块。设计的调制模块如图2所示，其主要包括串/并转换器(1-1-1)、矩阵索引器(1-1-2)、矩阵缓存器(1-1-3)、矩阵乘法器(1-1-4)、信号输出器(1-1-5)。其中，串/并转换器 (1-1-1)用于将输入的串行数据转换为2位并行数据，矩阵索引器(1-1-2)将并行数据生 成映射矩阵。矩阵缓存器(1-1-3)用于保存前一符号周期发送的传输矩阵信号，矩阵乘法 器(1-1-4)用于实现映射矩阵和缓存矩阵的乘法运算，其结果为新的传输矩阵，该信号通 过信号输出器(1-1-5)直接驱动LED发光。
串/并转换器(1-1-1)的设计：串/并转换器包含一个两位寄存器和一个计数器，计数器 值即为寄存器地址。输入待发送信号之后，转换器开始接收串行数据，每接收一位数据，计 数器加1。每当计数器达到最大值时，计数器清零，两位寄存器重置，并向外输出两位并行 数据。
基于FPGA的矩阵设计：由于FPGA内部不能创建矩阵，因此利用多维数组构建所需要 的矩阵，例如，3阶矩阵即为一个深度为3的三维数组。通过这种方法构造的矩阵被应用于此 次设计的数据矩阵、缓存矩阵以及传输矩阵中。
矩阵索引器(1-1-2)的设计：矩阵索引器包括一个3阶矩阵和一个查找表。待调制的两 位并行信号共有四种可能，即00、01、10、11，利用查找表可以找到具体的索引方式并生成 对应矩阵。
缓存矩阵器(1-1-3)的设计：矩阵缓存器包括两个3阶矩阵B和B1，利用两个缓存矩阵 可以解决数据存储和数据计算中时序上存在的问题。其中，矩阵B用于缓存传输矩阵中的 数据，在初始状态下存储着初始传输矩阵；矩阵B1用于乘法器中数据的计算。当传输矩阵 生成后，符号周期的第一个时隙用于信号的驱动，第二个时隙将已发送的传输矩阵存入缓存 矩阵B，第三个时隙将缓存矩阵B中的数据存入B1，并与映射矩阵做乘法运算，其结果即 为新的传输矩阵。
矩阵乘法器(1-1-4)的设计：矩阵乘法器包括一个3阶矩阵和多个1位寄存器。本系统的映射矩阵、缓存矩阵、传输矩阵中的元素可能为0或1，均可以用一个1位寄存器表示。利用矩阵的乘法规则，对所有元素对应的寄存器做乘法和加法运算。得出所有元素结果后，对矩阵重新赋值，即可得到所需矩阵。
矩阵输出器(1-1-5)的设计：矩阵输出器包括两个3阶矩阵C、C1以及一个波形生成器， 利用两个输出矩阵可以解决数据计算和信号驱动中时序上存在的问题。其中，矩阵C为缓 存矩阵和映射矩阵乘积的结果，在符号周期的第一个时隙将矩阵C放入矩阵C1，完成信号 的输出和电路驱动。
波形生成器包括一个计数器、三个比较器和一个功能控制器。其中，计数器用于实现循 环计数，三路比较器分别用于三路信号波形的控制，功能控制器用于波形发生器工作的使能 开关。一路信号在一个符号周期中仅输出一次，即在矩阵对应的时隙中生成一个脉冲信号。 利用这一方法可以使三路信号在一个符号周期中产生一个正交矩阵信号，最终驱动硬件电路 完成信号的调制。
LED驱动放大电路(1-2)的设计：驱动电路采用SS8050和2SD882三极管。其中，SS8050 用于信号的控制，2SD882用于功率输出。基于这两个三极管设计的驱动电路可以满足1MHz 信号的稳定输出。
选用日常生活中常用的LED白色灯珠，LED(1-3)具体参数如下：
名称 白光LED
正向电 3.0V-3.5V
额定电流 600mA
功率 3W
灯光颜色 白光
胶体颜色 透明无色
产品规格 直径8mm，有边圆头
产品亮度 3000-5000mcd，光通量：260-280lm
色温 8000K
发光角度 散射型，100-180度
2接收机的设计原理及硬件电路
该接收机主要由光电检测电路(2-1)、信号处理电路(2-2)和信号解调模块(2-3)组 成。
光电检测电路(2-1)的设计：光电探测器具体型号为PDB-C142，其最大传输速率为1MHz。基于该光电探测器设计的电路可以将发送端的光信号转为可以处理的电信号，同时完成信号的放大和滤波，进而满足后续解调电路的需求。
信号处理电路(2-2)的设计：信号处理电路主要利用多窗口比较器实现LED序号的识 别，窗口比较器芯片为TLV3052，这是一款响应时间为4.5ns、轨对轨的推挽输出比较器。基于该芯片设计的放大电路可以识别LED的序号，最终输出三路信号以满足解调模块的需求。
信号解调模块(2-3)的设计：信号解调模块如图4所示，包括矩阵检测器(2-3-1)、矩 阵缓存器(2-3-2)、矩阵求逆器(2-3-3)、矩阵乘法器(2-3-4)、数据恢复器(2-3-5)和并/串转换器(2-3-6)。利用矩阵检测器(2-3-1)直接检测并识别外部输入的信号，并将前一符号周期接收到的传输矩阵存入矩阵缓存器(2-3-2)。利用矩阵求逆器(2-3-3)实现矩阵的求逆计算，并将求逆结果和当前符号周期接收到的传输矩阵在矩阵乘法器(2-3-4)中做乘法运算，其结果即为映射矩阵。该信号可以利用矩阵恢复器(2-3-5)恢复出2位并行信号， 最终通过并/串转换器(2-3-6)实现数据流的输出。
矩阵检测器(2-3-1)的设计：矩阵检测器包括三段式状态机和一个3阶矩阵。对于外 部输入的检测信号，利用三段式状态机可以实现对数据帧头和矩阵的检测。其中，第一段利 用组合逻辑判断输入信号并描述状态转移条件、第二段利用同步时序描述当前状态转移变量、 第三段用于描述状态输出情况。当外部输入信号在某一时刻下满足状态转移条件时，状态转 移变量加一，直至状态转移变量满足状态机全部要求时，即可向外输出标志信号；当任一状 态不满足状态转移条件时，状态转移变量置零。矩阵检测器以矩阵的形式向外输出信号，该 矩阵即为传输矩阵。
矩阵求逆器(2-3-3)的设计：矩阵求逆器包括一个3阶矩阵和多个1位寄存器。与矩阵的乘法器原理类似，利用多个寄存器表示缓存矩阵B中每一个元素，并根据正交矩阵的求逆规则，以元素为单位对矩阵做求逆运算，其结果就是矩阵B的逆矩阵B-1。
数据恢复器(2-3-5)的设计：矩阵恢复器包括五个寄存器和一个查找表。映射矩阵的3 个行和3个列具有不同的权重，将矩阵元素按不同权重进行相加可以得到一个具体的数值。 利用该具体数值即可在查找表中恢复出对应的两位并行信号，并将两位信号存入两位寄存器 中用于之后的数据转换。
并/串转换器(2-3-6)的设计：与发端的串/并转换器相类似，并/串转换器也包含一个寄 存器和一个计数器，在收到信号后转换器开始处理并行数据并向外发送串行数据。
3信号的调制与解调过程
信号调制模块流程如图4所示，其具体步骤为：
(1)信号以串行数据流的形式进入发射端的FPGA信号调制模块，调制模块利用内部 设计的串/并转换器(1-1-1)将串行数据流生成多个两位并行信号。
(2)两位并行数据由矩阵索引器(1-1-2)生成一个3×3的映射矩阵。具体映射方式为：当调制信号为00时，映射矩阵为
Figure BDA0002492257490000081
当调制信号为01时，映射矩阵为
Figure BDA0002492257490000082
当调制信号为10时，映射矩阵为
Figure BDA0002492257490000083
当调制信号为11时，映射矩阵为
Figure BDA0002492257490000091
(3)矩阵乘法器(1-1-4)将映射矩阵与矩阵缓存器(1-1-3)的输出相乘产生传输矩阵， 其中，矩阵缓存器中有预先存储的初始传输矩阵C0。在完成信号发送后，将传输矩阵中的 数据放入缓存矩阵中，并在延时一个符号周期之后与映射矩阵做乘法运算，其结果为新的传 输矩阵。
(4)传输矩阵通过信号输出器(1-1-5)实现3阶矩阵到并行信号的转换，并控制三路输 出在一个符号周期内输出矩阵信号，并直接驱动三路LED发光。
解调模块流程如图5所示，其具体步骤为：
(1)经信号处理电路检测和识别的传输矩阵信号被首先被送入矩阵检测器(2-3-1)中， 矩阵检测器可以将外部输入的并行信号转换为一个3阶矩阵。
(2)被检测和识别的当前符号周期传输矩阵信号一路被送入矩阵乘法器(2-3-4)和矩阵 求逆器(2-3-3)的输出进行相乘，获得当前符号周期的映射矩阵。另一路被送入矩阵缓存器 (2-3-2)中保存，在被延迟一个符号周期后输入矩阵求逆器(2-3-3)进行求逆运算。
(3)3阶映射矩阵与调制模块类似，唯一对应一个两位并行信号。利用矩阵恢复器(2-3-5) 内部的查找表，可以将映射矩阵恢复成两位并行信号。
(4)在所有映射矩阵被恢复成两位并行信号之后，利用并/串转换器(2-3-6)可以将多个 两位并行信号恢复成发送端原始数据流，并送入接收端终端。

Claims (7)

1.一种差分光空移键控调制系统，其特征在于，该系统包括基于FPGA设计的差分空移键控调制模块(1-1)、LED驱动电路(1-2)、LED(1-3)和接收端的光电检测电路(2-1)、信号处理电路(2-2)和基于FPGA设计的信号解调模块(2-3)；在发送端，串行数据流进入信号调制模块(1-1)后被调制成传输矩阵信号，该信号经驱动放大电路(1-2)放大后，直接由LED(1-3)发出；在接收端，光电转换电路(2-1)捕获大气信道中的光信号并将其转换为电信号。该信号再经信号处理电路(2-2)之后，以并行方式进入信号解调模块(2-3)；解调模块(2-3)完成信号的解调及解映射后即可恢复出原始数据流。
2.根据权利要求1所述的差分光空移键控调制系统，其特征在于基于FPGA设计的差分空移键控调制模块(1-1)包括串/并转换器(1-1-1)、矩阵索引器(1-1-2)、矩阵缓存器(1-1-3)、矩阵乘法器(1-1-4)和信号输出器(1-1-5)，其中，串/并转换器(1-1-1)将输入的串行数据转换为2位并行数据；矩阵索引器(1-1-2)将并行数据转换为映射矩阵；矩阵缓存器(1-1-3)用于保存前一符号周期的传输矩阵Xt-1；矩阵乘法器(1-1-4)用于实现当前符号周期的映射矩阵St与前一符号周期的传输矩阵Xt-1的乘法运算，其输出结果为当前符号周期的传输矩阵Xt；信号输出器(1-1-5)输出当前符号周期的传输矩阵并直接驱动LED发光。
3.根据权利要求1所述的差分光空移键控调制系统，其特征在于基于FPGA设计的信号解调模块(2-3)包括矩阵检测器(2-3-1)、矩阵缓存器(2-3-2)、矩阵求逆器(2-3-3)、矩阵乘法器(2-3-4)、矩阵恢复器(2-3-5)和并/串转换器(2-3-6)；利用矩阵检测器(2-3-1)直接检测并识别外部输入的信号；矩阵缓存器(2-3-2)用于保存前一符号周期接收到的传输矩阵，同时将矩阵送入矩阵求逆器(2-3-3)进行矩阵的求逆运算；矩阵乘法器(2-3-4)将当前符号周期的传输矩阵和矩阵求逆器(2-3-3)的输出相乘产生映射矩阵信号；矩阵恢复器(2-3-5)能够恢复出2位并行信号，并/串转换器(2-3-6)实现数据流的并/串转换。
4.差分光空移键控调制系统的调制方法，其特征在于，其步骤为：
(1)终端发出的信号以串行数据流的形式进入发射端FPGA信号调制模块进行调制，调制完成后输出三路调制信号；
(2)三路调制信号经过LED驱动电路进行功率放大，并直接驱动LED发光；
(3)经过大气信道传输的光信号由探测器接收并转换成电信号，同时完成信号的放大和滤波。
(4)采用信号处理电路识别输入信号的LED序号，并生成三路并行信号送入接收端FPGA解调模块。
(5)三路并行信号经接收端FPGA解调模块的解调以及解映射后，以串行数据流的形式输出给接收终端。
5.根据权利要求4所述信号的差分光空移键控调制系统的调制方法，其特征在于，其调制步骤为：
(1)信号以串行数据流的形式进入发射端的FPGA信号调制模块，利用串/并转换器(1-1-1)将串行数据生成多个两位并行信号；
(2)两位并行数据由矩阵索引器(1-1-2)生成一个3×3的映射矩阵。具体映射方式为：
当调制信号为00时，映射矩阵为
Figure FDA0002492257480000021
当调制信号为01时，映射矩阵为
Figure FDA0002492257480000022
当调制信号为10时，映射矩阵为
Figure FDA0002492257480000023
当调制信号为11时，映射矩阵为
Figure FDA0002492257480000024
(3)矩阵乘法器(1-1-4)将待调制映射矩阵与矩阵缓存器(1-1-3)的输出相乘产生传输矩阵。其中，矩阵缓存器中有预先存储的初始传输矩阵C0；
(4)传输矩阵通过信号输出器(1-1-5)后直接驱动三路LED发光。同时，将该传输矩阵存入矩阵缓存器(1-1-3)中保存。
6.根据权利要求4所述信号的差分光空移键控调制系统的调制方法，其特征在于第t个符号周期的传输矩阵信号为差分空移键控信号Xt＝Xt-1St；其中，St为第t个符号周期产生的正交空移弥散映射矩阵；Xt-1为第t-1个符号周期的传输矩阵。
7.根据权利要求4所述信号的差分光空移键控调制系统的调制方法，其特征在于,其解调步骤为：
(1)经信号处理电路处理的传输矩阵信号首先由矩阵检测器(2-3-1)识别检测；
(2)被检测出当前符号周期的传输矩阵信号一路被送入矩阵乘法器(2-3-4)，并和矩阵求逆器(2-3-3)的输出进行相乘，获得当前符号周期的映射矩阵。另一路被送入矩阵缓存器(2-3-2)中保存，在被延迟一个符号周期后输入矩阵求逆器(2-3-3)进行求逆运算；
(3)利用矩阵恢复器(2-3-5)将映射矩阵恢复成两位并行信号；
(4)待所有矩阵解调完成后，利用并/串转换器(2-3-6)即可恢复出发送端原始数据流。
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