CN112272050A - 一种基于图像采集的mimo光无线通信系统及其通信处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统及其通信处理方法，包括：信号接收单元、脉冲调制单元、信号处理单元、多径抗干扰单元，所述信号接收单元管理接收无线通讯信号，完成信号的接收到传递的过程；所述脉冲调制单元通过三路的传输对接收的信号进行调整处理，通过输入信号变化调整输出信号，完成脉冲调宽；所述信号处理单元通过前置运算与后置运算的结合对调制后的信号进行终端调制处理，保证输出信号的完整度；所述多径抗干扰单元防止外界干扰信号的介入，保证信号的抗干扰性；本发明通过对信号的处理，脉冲带宽的调制以及多径抗干扰的调整，进一步提高无线信号的响应和干扰信号的屏蔽，消除输入到输出通信信号引起的信号误差。

Description

一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统及其通信处理方法

技术领域

本发明涉及一种光无线通信技术，尤其是一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统及其通信处理方法。

背景技术

随着半导体激光器和光电探测器件的日益完善、光通信技术的发展以及人们对宽带无线的需求，光无线通信技术开始兴起，光无线通信综合光纤通信和通常的无线通信方式，而光无线通信是以大气信道为传输媒介的，因此天气因素对光无线通信系统的通信质量影响很大，光无线通信作为一种新型的通信技术，同时具有光纤通信和移动通信的优势，可实现宽带传输，组网机动灵活，无需频率申请，因此光无线通信的研究受到了广泛的重视。

现有的可见光无线通信系统中使用光能量检测传感器来接收信号，为了解决通信速率受限于LED调制带宽的问题，同时为了在室内的任意位置都能较好地接收信号，带来了多光源协同合作的问题，多光源布局困难和多径延迟产生的码间的干扰；再现有的系统因此难以实用，另外，多光源协作来传输一路信号的机制在一定程度上限制了传输带宽并造成资源及成本的浪费；现有系统中存在的光源布局与同步难及多径干扰问题。

发明内容

发明目的：提供一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统，以解决上述问题。

技术方案：一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统，包括：信号接收单元、脉冲调制单元、信号处理单元、多径抗干扰单元；

信号接收单元，管理接收无线通讯信号，完成信号的接收到传递的整个过程；

脉冲调制单元，通过三路的传输路径对接收的信号进行调整处理，通过输入端的信号变化调整输出端的信号，完成脉冲调宽；

信号处理单元，通过前置运算与后置运算的结合对调制后的信号进行终端调制处理，保证输出信号的完整度；

多径抗干扰单元，防止外界干扰信号的介入，保证信号的抗干扰性。

根据本发明的一个方面，所述信号接收单元包括二极管D3、电容C5、电阻R12、电感L5、三极管Q1、电容C6、电感L6、电容C7、电容C8、电阻R14、电阻R13、电阻R16，其中所述二极管D3正极端与输出信号T1连接；所述二极管D3负极端分别与三极管Q1发射极端、电感L6一端连接；所述三极管Q1基极端分别与电阻R12一端、电容C5负极端连接；所述电容C5正极端分别与电阻R12另一端、电感L5一端、电容C6正极端、电容C7正极端、电容C8正极端、电阻R13一端连接；所述电感L5另一端分别与三极管Q1集电极端、电容C6负极端连接；所述电容C7负极端分别与电感L6另一端、电容C8负极端、地线GND连接；所述电阻R14另一端分别与电阻R16一端、直流电压+15V连接；所述信号接收单元管理接收无线通讯信号，完成信号的接收到传递的整个过程。

根据本发明的一个方面，所述脉冲调制单元包括脉冲产生器U1、电阻R10、电阻R11、电容C4、二极管D4、二极管D6，其中所述脉冲产生器U1引脚8分别与电阻R10一端、电阻R11一端、直流电压+15V连接；所述脉冲产生器U1引脚3分别与电阻R10另一端、二极管D4正极端连接；所述电阻R11另一端分别与电容C4正极端、脉冲产生器U1引脚6和引脚7连接；所述电容C4负极端与地线GND连接；所述脉冲产生器U1引脚5与二极管D6负极端连接；所述脉冲产生器U1引脚2与电阻R13另一端连接；所述脉冲产生器U1引脚1与地线GND连接；所述脉冲调制单元通过三路的传输路径对接收的信号进行调整处理，通过输入端的信号变化调整输出端的信号，完成脉冲调宽。

根据本发明的一个方面，所述信号处理单元包括电容C1、电阻R1、二极管D1、电阻R5、电阻R6、运算放大器U3、二极管D2、运算放大器U4、电阻R4、电阻R3、电阻R2、电阻R15、电感L1，其中所述电容C1一端与地线GND连接；所述电容C1另一端分别与电阻R1一端、二极管D1负极端、运算放大器U3引脚3、电阻R5一端连接；所述电阻R5另一端分别与电阻R2一端、二极管D4负极端连接；所述电阻R1另一端分别与二极管D2正极端、电阻R3一端连接；所述二极管D1正极端分别与运算放大器U3引脚6、二极管D2负极端连接；所述运算放大器U3引脚7分别与运算放大器U4引脚7、电阻R15一端连接；所述电阻R15另一端与电阻R16另一端连接；所述运算放大器U3引脚2与电阻R6一端连接；所述电阻R6另一端与地线GND连接；所述运算放大器U3引脚4与直流电压-9V连接；所述运算放大器U4引脚3与电阻R4一端连接；所述电阻R4另一端与地线GND连接；所述电阻R4另一端与地线GND连接；所述运算放大器U4引脚2分别与电阻R3另一端、电阻R2另一端、电感L1一端、输出信号OUT2连接；所述电感L1另一端分别与运算放大器U4引脚6、输出信号OUT1连接；所述运算放大器U4引脚4与直流电压-9V连接；所述信号处理单元通过前置运算与后置运算的结合对调制后的信号进行终端调制处理，保证输出信号的完整度。

根据本发明的一个方面，所述多径抗干扰单元包括电阻R8、电感L4、电感L2、微调电阻RS、集成芯片U2、电阻R9、电阻R7、电容C3、电感L3、电容C2、二极管D5，其中所述电阻R8一端分别与集成芯片U2引脚6、输入信号IN连接；所述电阻R8另一端分别与电阻R9一端、电阻R7一端连接；所述电阻R9另一端分别与电感L4一端、集成芯片U2引脚7连接；所述电感L4另一端与地线GND连接；所述集成芯片U2引脚8与二极管D5负极端连接；所述二极管D5正极端与电阻R15另一端连接；所述集成芯片U2引脚1分别与电容C3一端、电阻R7另一端连接；所述电容C3另一端与地线GDN连接；所述集成芯片U2引脚2与电感L2一端连接；所述电感L2另一端与微调电阻RS一端连接；所述微调电阻RS另一端与地线GND连接；所述集成芯片U2引脚4和引脚3与地线GND连接；所述集成芯片U2引脚2分别与电容C2一端、电感L3一端、二极管D67正极端连接；所述电感L3另一端分别与电容C2另一端、地线GND连接；所述多径抗干扰单元防止外界干扰信号的介入，保证信号的抗干扰性。

根据本发明的一个方面，所述脉冲产生器U1型号为555，根据脉冲产生器U1与电阻R11、电容C4组成可控单稳态电路，进而使脉冲产生器U1引脚5与多径抗干扰单元二极管D6负极端输出信号连接，通过改变脉冲产生器U1引脚5上的外加控制电压信号，改变脉冲产生器U1的阈值电平，进而随着调制输入信号的变化，改变输出的脉冲宽度发生，进一步产生脉冲调宽的效果。

根据本发明的一个方面，所述运算放大器U3和运算放大器U4通过比较运算，将脉冲调制单元反馈的通信信号进行调整，根据前置运算放大器U3和后置放大器U4的通信通道的结合，从而使接收到的信号在稳定的控制路径下，完成信号调制和进一步的信号输出。

根据本发明的一个方面，所述集成芯片U2型号为LM331，根据需要接入几个外部元件构成变换电路，并且保证通讯信号的转换精度。

根据本发明的一个方面，所述电容C4、所述电容C5、所述电容C6、所述电容C7、所述电容C8型号为电解电容；所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D3、所述二极管D4、所述二极管D5、所述二极管D6型号均为1N4148；所述脉冲产生器U1型号为555；所述集成芯片U2型号为LM331；所述运算放大器U3、所述运算放大器U4型号均为LM224。

根据本发明的一个方面，一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统的通信处理方法，其特征在于，所述信号处理单元通过对通信的输入输出信号进行调整，在光源点亮和熄灭的状态下结合高斯模型的方法时刻观察LED灯亮和灯灭的运行状态下的亮度值分布，并使用近邻分类法来对各个信号码做判别，

步骤1、将光源设置两个高斯模型

和

在灯亮时，I_it服从

而灯灭时，I_it服从

其中I_it表示第i个光源在t时刻采集到的图像的中心位置处的像素灰度值，而

表示灯光照明模式，

表示灯光照明模型；

步骤2、对采集到图像中各个光源中心像素的灰度值，分别计算出灯亮和灯灭状态的概率，进而得出以下方程：

其中P_ion表示灯亮状态概率，P_ioff表示灯灭状态概率，式中i表示对应的光源数，off表示光源熄灭，on表示光源点亮；

步骤3、通过设定阈值来检验灯中心位置处的亮度值是否符合灯亮与灯灭时的亮度分布，进而得出如下方式：

其中2.5σ¹表示设定阈值，S_ti表示t时刻第i个光源的状态，而1表示灯当前的点亮状态，-1表示灯当前的熄灭状态，0表示灯出现未知状态的故障，造成编码出错无法识别的状态；

步骤31、对于误码的纠正，根据当前亮度对与亮灭高斯分布的距离，使用近邻运算来判别灯的状态，进而得出如下方式：

其中S′_tι表示S_ti对应的判别状态，而对于S_ti表示确定为点亮与熄灭状态，进一步得出S′_tι和S_ti结果一致，而在S_ti出现未知状态时，S′_tι和S_ti结果才不相同；

步骤32、为在环境背景光变化的情况下能正常地通信，需要在亮度值匹配不上亮和灭两个高斯模型的情况下，能够正确地更新模型数据，根据步骤31方式得出以下方式：

A_ion＝{(S_tι′S_tι)|S′_tι＝1}

A_ioff＝{(S_tι′S_tι)|S′_tι＝-1}

A_ion表示灯亮的子序列，A_ioff表示熄灭的子序列；

步骤33、根据S′_tι的运算结果选择新的高斯模型，并在对应的A_ion和A_ioff上使用卷积运算来给出新的速率和幅度，表示如下：

其中

是在A_ion和A_ioff上计算得到的，并非在接收到的原始序列上计算得出；

步骤4、根据

的计算结果，在S′_tι＝1与S′_tι＝-1的状态下，修正高斯模型从而保证图像采集多输入多输出光无线通信信号的稳定，对光源的变换进行实时运算，进而获取精准的通信数据。

有益效果：本发明设计一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统及其通信处理方法，通过采用图像采集信号的方式，可根据光亮度来接收和恢复信号，无需使用多个光源的合理布局来保证光能量空间分布的均匀性；图像采集一幅图像中可以同时包含多个光源，而每个光源可以发送不同的信号，进而实现可见光源的MIMO通信通道，实现多道信号传输和接收，提高了光源利用率，再通过可见光通信能够将信号调制到用于日常照明的LED灯上，利用LED灯的明暗闪烁进行数据传输，本发明是多光源接收的可见光通信系统，通过建立空间并行传输通道，在不增加带宽与发射功率的情况下，提高无线通信的质量与数据速率，另外，系统接收端应用图像采集信息，根据光强度来接收和恢复信号，用无线接收方式代替点接收方式。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的图像采集的MIMO光无线通信系统分布图。

图3是本发明的脉冲调制单元电路图。

图4是本发明的多径抗干扰单元电路图。

图5是本发明的t时刻采集图像的灰度分布直方图。

具体实施方式

如图1所示，在该实施例中，一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统，包括：信号接收单元、脉冲调制单元、信号处理单元、多径抗干扰单元；

信号接收单元，管理接收无线通讯信号，完成信号的接收到传递的整个过程；

脉冲调制单元，通过三路的传输路径对接收的信号进行调整处理，通过输入端的信号变化调整输出端的信号，完成脉冲调宽；

信号处理单元，通过前置运算与后置运算的结合对调制后的信号进行终端调制处理，保证输出信号的完整度；

多径抗干扰单元，防止外界干扰信号的介入，保证信号的抗干扰性。

在进一步的实施例中，所述信号接收单元包括二极管D3、电容C5、电阻R12、电感L5、三极管Q1、电容C6、电感L6、电容C7、电容C8、电阻R14、电阻R13、电阻R16。

在更进一步的实施例中，所述信号接收单元中所述二极管D3正极端与输出信号T1连接；所述二极管D3负极端分别与三极管Q1发射极端、电感L6一端连接；所述三极管Q1基极端分别与电阻R12一端、电容C5负极端连接；所述电容C5正极端分别与电阻R12另一端、电感L5一端、电容C6正极端、电容C7正极端、电容C8正极端、电阻R13一端连接；所述电感L5另一端分别与三极管Q1集电极端、电容C6负极端连接；所述电容C7负极端分别与电感L6另一端、电容C8负极端、地线GND连接；所述电阻R14另一端分别与电阻R16一端、直流电压+15V连接。

在进一步的实施例中，如图3所示，所述脉冲调制单元包括脉冲产生器U1、电阻R10、电阻R11、电容C4、二极管D4、二极管D6。

在更进一步的实施例中，所述脉冲调制单元中所述脉冲产生器U1引脚8分别与电阻R10一端、电阻R11一端、直流电压+15V连接；所述脉冲产生器U1引脚3分别与电阻R10另一端、二极管D4正极端连接；所述电阻R11另一端分别与电容C4正极端、脉冲产生器U1引脚6和引脚7连接；所述电容C4负极端与地线GND连接；所述脉冲产生器U1引脚5与二极管D6负极端连接；所述脉冲产生器U1引脚2与电阻R13另一端连接；所述脉冲产生器U1引脚1与地线GND连接。

在进一步的实施例中，所述信号处理单元包括电容C1、电阻R1、二极管D1、电阻R5、电阻R6、运算放大器U3、二极管D2、运算放大器U4、电阻R4、电阻R3、电阻R2、电阻R15、电感L1。

在更进一步的实施例中，所述信号处理单元中所述电容C1一端与地线GND连接；所述电容C1另一端分别与电阻R1一端、二极管D1负极端、运算放大器U3引脚3、电阻R5一端连接；所述电阻R5另一端分别与电阻R2一端、二极管D4负极端连接；所述电阻R1另一端分别与二极管D2正极端、电阻R3一端连接；所述二极管D1正极端分别与运算放大器U3引脚6、二极管D2负极端连接；所述运算放大器U3引脚7分别与运算放大器U4引脚7、电阻R15一端连接；所述电阻R15另一端与电阻R16另一端连接；所述运算放大器U3引脚2与电阻R6一端连接；所述电阻R6另一端与地线GND连接；所述运算放大器U3引脚4与直流电压-9V连接；所述运算放大器U4引脚3与电阻R4一端连接；所述电阻R4另一端与地线GND连接；所述电阻R4另一端与地线GND连接；所述运算放大器U4引脚2分别与电阻R3另一端、电阻R2另一端、电感L1一端、输出信号OUT2连接；所述电感L1另一端分别与运算放大器U4引脚6、输出信号OUT1连接；所述运算放大器U4引脚4与直流电压-9V连接。

在进一步的实施例中，如图4所示，所述多径抗干扰单元包括电阻R8、电感L4、电感L2、微调电阻RS、集成芯片U2、电阻R9、电阻R7、电容C3、电感L3、电容C2、二极管D5。

在更进一步的实施例中，所述多径抗干扰单元中所述电阻R8一端分别与集成芯片U2引脚6、输入信号IN连接；所述电阻R8另一端分别与电阻R9一端、电阻R7一端连接；所述电阻R9另一端分别与电感L4一端、集成芯片U2引脚7连接；所述电感L4另一端与地线GND连接；所述集成芯片U2引脚8与二极管D5负极端连接；所述二极管D5正极端与电阻R15另一端连接；所述集成芯片U2引脚1分别与电容C3一端、电阻R7另一端连接；所述电容C3另一端与地线GDN连接；所述集成芯片U2引脚2与电感L2一端连接；所述电感L2另一端与微调电阻RS一端连接；所述微调电阻RS另一端与地线GND连接；所述集成芯片U2引脚4和引脚3与地线GND连接；所述集成芯片U2引脚2分别与电容C2一端、电感L3一端、二极管D67正极端连接；所述电感L3另一端分别与电容C2另一端、地线GND连接。

在进一步的实施例中，所述脉冲产生器U1型号为555，根据脉冲产生器U1与电阻R11、电容C4组成可控单稳态电路，进而使脉冲产生器U1引脚5与多径抗干扰单元二极管D6负极端输出信号连接，通过改变脉冲产生器U1引脚5上的外加控制电压信号，改变脉冲产生器U1的阈值电平，进而随着调制输入信号的变化，改变输出的脉冲宽度发生，进一步产生脉冲调宽的效果。

在进一步的实施例中，所述运算放大器U3和运算放大器U4通过比较运算，将脉冲调制单元反馈的通信信号进行调整，根据前置运算放大器U3和后置放大器U4的通信通道的结合，从而使接收到的信号在稳定的控制路径下，完成信号调制和进一步的信号输出。

在进一步的实施例中，所述电容C4、所述电容C5、所述电容C6、所述电容C7、所述电容C8型号为电解电容；所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D3、所述二极管D4、所述二极管D5、所述二极管D6型号均为1N4148；所述脉冲产生器U1型号为555；所述集成芯片U2型号为LM331；所述运算放大器U3、所述运算放大器U4型号均为LM224。

在进一步的实施例中，一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统的通信处理方法，其特征在于，所述信号处理单元通过对通信的输入输出信号进行调整，在光源点亮和熄灭的状态下结合高斯模型的方法时刻观察LED灯亮和灯灭的运行状态下的亮度值分布，并使用近邻分类法来对各个信号码做判别，

步骤1、将光源设置两个高斯模型

和

在灯亮时，I_it服从

而灯灭时，I_it服从

其中I_it表示第i个光源在t时刻采集到的图像的中心位置处的像素灰度值，而

表示灯光照明模式，

表示灯光照明模型；

步骤2、对采集到图像中各个光源中心像素的灰度值，分别计算出灯亮和灯灭状态的概率，进而得出以下方程：

其中P_ion表示灯亮状态概率，P_ioff表示灯灭状态概率，式中i表示对应的光源数，off表示光源熄灭，on表示光源点亮；

步骤3、通过设定阈值来检验灯中心位置处的亮度值是否符合灯亮与灯灭时的亮度分布，进而得出如下方式：

其中2.5σ¹表示设定阈值，S_ti表示t时刻第i个光源的状态，而1表示灯当前的点亮状态，-1表示灯当前的熄灭状态，0表示灯出现未知状态的故障，造成编码出错无法识别的状态；

步骤31、对于误码的纠正，根据当前亮度对与亮灭高斯分布的距离，使用近邻运算来判别灯的状态，进而得出如下方式：

其中S′_tι表示S_ti对应的判别状态，而对于S_ti表示确定为点亮与熄灭状态，进一步得出S′_tι和S_ti结果一致，而在S_ti出现未知状态时，S′_tι和S_ti结果才不相同；

步骤32、为在环境背景光变化的情况下能正常地通信，需要在亮度值匹配不上亮和灭两个高斯模型的情况下，能够正确地更新模型数据，根据步骤31方式得出以下方式：

A_ion＝{(S_tι′S_tι)|S′_tι＝1}

A_ioff＝{(S_tι′S_tι)|S′_tι＝-1}

A_ion表示灯亮的子序列，A_ioff表示熄灭的子序列；

步骤33、根据S′_tι的运算结果选择新的高斯模型，并在对应的A_ion和A_ioff上使用卷积运算来给出新的速率和幅度，表示如下：

其中

是在A_ion和A_ioff上计算得到的，并非在接收到的原始序列上计算得出；

步骤4、根据

的计算结果，在S′_tι＝1与S′_tι＝-1的状态下，修正高斯模型从而保证图像采集多输入多输出光无线通信信号的稳定，对光源的变换进行实时运算，进而获取精准的通信数据。

总之，本发明具有以下优点：通过采用图像采集信号的方式，可根据光亮度来接收和恢复信号，无需使用多个光源的合理布局来保证光能量空间分布的均匀性，减少布局占用的空间，同时对图像采集的通信信号进行调整运算，加强通信信号在无线传输中的稳定，同时采用多路径抗干扰电路对外界的干扰信号进行隔绝，保证输入信号与输出信号的完整度，再通过建立空间并行传输通道，在不增加带宽与发射功率的情况下，提高无线通信的质量与数据速率。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (9)

1.一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统，其特征在于，包括信号接收单元、脉冲调制单元、信号处理单元、多径抗干扰单元；

信号接收单元，管理接收无线通讯信号，完成信号的接收到传递的整个过程；

脉冲调制单元，通过三路的传输路径对接收的信号进行调整处理，通过输入端的信号变化调整输出端的信号，完成脉冲调宽；

信号处理单元，通过前置运算与后置运算的结合对调制后的信号进行终端调制处理，保证输出信号的完整度；

多径抗干扰单元，防止外界干扰信号的介入，保证信号的抗干扰性。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统，其特征在于，所述信号接收单元包括二极管D3、电容C5、电阻R12、电感L5、三极管Q1、电容C6、电感L6、电容C7、电容C8、电阻R14、电阻R13、电阻R16，其中所述二极管D3正极端与输出信号T1连接；所述二极管D3负极端分别与三极管Q1发射极端、电感L6一端连接；所述三极管Q1基极端分别与电阻R12一端、电容C5负极端连接；所述电容C5正极端分别与电阻R12另一端、电感L5一端、电容C6正极端、电容C7正极端、电容C8正极端、电阻R13一端连接；所述电感L5另一端分别与三极管Q1集电极端、电容C6负极端连接；所述电容C7负极端分别与电感L6另一端、电容C8负极端、地线GND连接；所述电阻R14另一端分别与电阻R16一端、直流电压+15V连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统，其特征在于，所述脉冲调制单元包括脉冲产生器U1、电阻R10、电阻R11、电容C4、二极管D4、二极管D6，其中所述脉冲产生器U1引脚8分别与电阻R10一端、电阻R11一端、直流电压+15V连接；所述脉冲产生器U1引脚3分别与电阻R10另一端、二极管D4正极端连接；所述电阻R11另一端分别与电容C4正极端、脉冲产生器U1引脚6和引脚7连接；所述电容C4负极端与地线GND连接；所述脉冲产生器U1引脚5与二极管D6负极端连接；所述脉冲产生器U1引脚2与电阻R13另一端连接；所述脉冲产生器U1引脚1与地线GND连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统，其特征在于，所述信号处理单元包括电容C1、电阻R1、二极管D1、电阻R5、电阻R6、运算放大器U3、二极管D2、运算放大器U4、电阻R4、电阻R3、电阻R2、电阻R15、电感L1，其中所述电容C1一端与地线GND连接；所述电容C1另一端分别与电阻R1一端、二极管D1负极端、运算放大器U3引脚3、电阻R5一端连接；所述电阻R5另一端分别与电阻R2一端、二极管D4负极端连接；所述电阻R1另一端分别与二极管D2正极端、电阻R3一端连接；所述二极管D1正极端分别与运算放大器U3引脚6、二极管D2负极端连接；所述运算放大器U3引脚7分别与运算放大器U4引脚7、电阻R15一端连接；所述电阻R15另一端与电阻R16另一端连接；所述运算放大器U3引脚2与电阻R6一端连接；所述电阻R6另一端与地线GND连接；所述运算放大器U3引脚4与直流电压-9V连接；所述运算放大器U4引脚3与电阻R4一端连接；所述电阻R4另一端与地线GND连接；所述电阻R4另一端与地线GND连接；所述运算放大器U4引脚2分别与电阻R3另一端、电阻R2另一端、电感L1一端、输出信号OUT2连接；所述电感L1另一端分别与运算放大器U4引脚6、输出信号OUT1连接；所述运算放大器U4引脚4与直流电压-9V连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统，其特征在于，所述多径抗干扰单元包括电阻R8、电感L4、电感L2、微调电阻RS、集成芯片U2、电阻R9、电阻R7、电容C3、电感L3、电容C2、二极管D5，其中所述电阻R8一端分别与集成芯片U2引脚6、输入信号IN连接；所述电阻R8另一端分别与电阻R9一端、电阻R7一端连接；所述电阻R9另一端分别与电感L4一端、集成芯片U2引脚7连接；所述电感L4另一端与地线GND连接；所述集成芯片U2引脚8与二极管D5负极端连接；所述二极管D5正极端与电阻R15另一端连接；所述集成芯片U2引脚1分别与电容C3一端、电阻R7另一端连接；所述电容C3另一端与地线GDN连接；所述集成芯片U2引脚2与电感L2一端连接；所述电感L2另一端与微调电阻RS一端连接；所述微调电阻RS另一端与地线GND连接；所述集成芯片U2引脚4和引脚3与地线GND连接；所述集成芯片U2引脚2分别与电容C2一端、电感L3一端、二极管D67正极端连接；所述电感L3另一端分别与电容C2另一端、地线GND连接。

6.根据权利要求3所述的一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统，其特征在于，所述脉冲产生器U1型号为555，根据脉冲产生器U1与电阻R11、电容C4组成可控单稳态电路，进而使脉冲产生器U1引脚5与多径抗干扰单元二极管D6负极端输出信号连接，通过改变脉冲产生器U1引脚5上的外加控制电压信号，改变脉冲产生器U1的阈值电平，进而随着调制输入信号的变化，改变输出的脉冲宽度发生，进一步产生脉冲调宽的效果。

7.根据权利要求4所述的一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统，其特征在于，所述运算放大器U3和运算放大器U4通过比较运算，将脉冲调制单元反馈的通信信号进行调整，根据前置运算放大器U3和后置放大器U4的通信通道的结合，从而使接收到的信号在稳定的控制路径下，完成信号调制和进一步的信号输出。

8.根据权利要求5所述的一种基于图像采集的MIMO光无线通信系统，其特征在于，所述集成芯片U2型号为LM331，根据需要接入几个外部元件构成变换电路，并且保证通讯信号的转换精度。

9.一种基于权利要求1至8任一项所述的图像采集的MIMO光无线通信系统的通信处理方法，其特征在于，所述信号处理单元通过对通信的输入输出信号进行调整，在光源点亮和熄灭的状态下结合高斯模型的方法时刻观察LED灯亮和灯灭的运行状态下的亮度值分布，并使用近邻分类法来对各个信号码做判别，

步骤1、将光源设置两个高斯模型

和

在灯亮时，I_it服从

而灯灭时，I_it服从

其中I_it表示第i个光源在t时刻采集到的图像的中心位置处的像素灰度值，而

表示灯光照明模式，

表示灯光照明模型；

步骤2、对采集到图像中各个光源中心像素的灰度值，分别计算出灯亮和灯灭状态的概率，进而得出以下方程：

其中P_ion表示灯亮状态概率，P_ioff表示灯灭状态概率，式中i表示对应的光源数，off表示光源熄灭，on表示光源点亮；

步骤3、通过设定阈值来检验灯中心位置处的亮度值是否符合灯亮与灯灭时的亮度分布，进而得出如下方式：

其中2.5σ¹表示设定阈值，S_ti表示t时刻第i个光源的状态，而1表示灯当前的点亮状态，-1表示灯当前的熄灭状态，0表示灯出现未知状态的故障，造成编码出错无法识别的状态；

步骤31、对于误码的纠正，根据当前亮度对与亮灭高斯分布的距离，使用近邻运算来判别灯的状态，进而得出如下方式：

其中S′_tι表示S_ti对应的判别状态，而对于S_ti表示确定为点亮与熄灭状态，进一步得出S′_tι和S_ti结果一致，而在S_ti出现未知状态时，S′_tι和S_ti结果才不相同；

步骤32、为在环境背景光变化的情况下能正常地通信，需要在亮度值匹配不上亮和灭两个高斯模型的情况下，能够正确地更新模型数据，根据步骤31方式得出以下方式：

A_ion＝{(S′_tlS_tι)|S′_tι＝1}

A_ioff＝{(S′_tlS_tι)|S′_tι＝-1}

A_ion表示灯亮的子序列，A_ioff表示熄灭的子序列；

步骤33、根据S′_tι的运算结果选择新的高斯模型，并在对应的A_ion和A_ioff上使用卷积运算来给出新的速率和幅度，表示如下：

其中

是在A_ion和A_ioff上计算得到的，并非在接收到的原始序列上计算得出；

步骤4、根据

的计算结果，在S′_tι＝1与S′_tι＝-1的状态下，修正高斯模型从而保证图像采集多输入多输出光无线通信信号的稳定，对光源的变换进行实时运算，进而获取精准的通信数据。

Images