本發(fā)明涉及光載無(wú)線(xiàn)通信和光信號(hào)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種基于可見(jiàn)光通信MIMO系統(tǒng)協(xié)作信息傳輸?shù)姆椒ā?/p>

背景技術(shù)：

白光LED的問(wèn)世，對(duì)LED成為21世紀(jì)新一代光源具有決定性意義，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于室內(nèi)照明、室外街道、手機(jī)背光源和交通信號(hào)燈等領(lǐng)域。而目前得到白光最常見(jiàn)的方法是將紅光、綠光和藍(lán)光混合成白光，這種白光源叫做RGB LED。同時(shí)，LED還可以進(jìn)行快速的光電調(diào)制，適合用來(lái)進(jìn)行可見(jiàn)光通信。

可見(jiàn)光通信技術(shù)(Visible Light Communication，VLC)是指利用可見(jiàn)光波段的光作為信息載體，不使用光纖等有線(xiàn)信道的傳輸介質(zhì)，而在空氣中直接傳輸光信號(hào)的通信方式。具有信息安全性高、頻譜資源豐富、傳輸速度高等優(yōu)勢(shì)，被視為是未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的有力候補(bǔ)。相對(duì)于WiFi系統(tǒng)，它具有很寬的頻譜利用范圍、對(duì)電子儀器無(wú)電磁干擾和極大地提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩缘葍?yōu)勢(shì)。

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技術(shù)指在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)，使信號(hào)通過(guò)發(fā)射端與接收端的多個(gè)天線(xiàn)傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量。它能充分利用空間資源，通過(guò)多個(gè)天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線(xiàn)發(fā)射功率的情況下，可以成倍的提高系統(tǒng)信道容量，顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)?？梢?jiàn)，MIMO技術(shù)非常適合于可見(jiàn)光通信系統(tǒng)中。其應(yīng)用在可見(jiàn)光通信中主要有三個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)：一個(gè)是空間分集，也就是在收發(fā)端，均分別采用陣列形式傳輸數(shù)據(jù)，以減少時(shí)延造成的誤碼，提高信道可靠性；另一個(gè)是空間復(fù)用，也就是在發(fā)送端，采用分層空-時(shí)復(fù)用(BLAST)方式發(fā)送數(shù)據(jù)，可以成倍提高系統(tǒng)的吞吐量和數(shù)據(jù)傳輸速率；還有一個(gè)是波束賦型，也就是通過(guò)減小光源的視場(chǎng)角以精確信道指向性，從而降低相鄰光源之間的信道間干擾(Inter-Channel Interference，ICI)。

目前，信息傳輸方式多種多樣，信息在傳輸過(guò)程中或多或少存在受干擾、不穩(wěn)定、傳輸慢、信息丟失等問(wèn)題，且信道的利用率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1.要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種基于可見(jiàn)光通信MIMO系統(tǒng)協(xié)作信息傳輸?shù)姆椒?，其具有信息安全性高、防干擾、傳輸速度快、信道利用率高等優(yōu)勢(shì)。

2.技術(shù)方案

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種基于可見(jiàn)光通信MIMO系統(tǒng)協(xié)作信息傳輸?shù)姆椒?，在支持VLC系統(tǒng)的通信設(shè)備中，信號(hào)由多根發(fā)射天線(xiàn)上LED陣列的不同顏色層發(fā)送出去，并通過(guò)多根接收天線(xiàn)或光電探測(cè)器接收，所述不同顏色層發(fā)送信號(hào)的方式和信息內(nèi)容支持多種組合；同時(shí)，用于發(fā)送信號(hào)的LED陣列中不同顏色層發(fā)送信號(hào)的位置通過(guò)如下三種方式選擇：(1)根據(jù)信道狀態(tài)信息來(lái)選擇；(2)通過(guò)LED陣列中的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則來(lái)選擇；(3)隨機(jī)生成。

進(jìn)一步地，所述不同顏色層發(fā)送信號(hào)的信息內(nèi)容的多種組合在于：所述不同顏色層發(fā)送的信息內(nèi)容為用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，或用于檢測(cè)信道的測(cè)量信號(hào)；且所述不同顏色層發(fā)送的信息內(nèi)容在信號(hào)傳遞的一個(gè)周期內(nèi)是相同的，或是不同的。

進(jìn)一步地，所述不同顏色層發(fā)送信號(hào)的方式的多種組合在于：所述LED的三種顏色層發(fā)送的信號(hào)相同；所述LED的一種顏色層發(fā)送的信號(hào)與另兩種顏色層發(fā)送的信號(hào)不同；所述LED的三種顏色層發(fā)送的信號(hào)互不相同。所需發(fā)送的信號(hào)由各顏色層串行發(fā)送，或由至少兩種顏色層疊加發(fā)送。

進(jìn)一步地，所述方式(1)具體為：在信號(hào)傳遞的一個(gè)周期內(nèi)，從所述LED陣列的顏色層中選擇一個(gè)信道狀態(tài)信息較差的顏色層，即該顏色層所傳輸信號(hào)的信道質(zhì)量較差或使用的是低階調(diào)制編碼方式。

進(jìn)一步地，所述方式(2)中預(yù)設(shè)規(guī)則在于：

對(duì)于不支持無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的所述支持VLC系統(tǒng)的通信設(shè)備，所述預(yù)設(shè)規(guī)則是預(yù)先協(xié)定的規(guī)則靜態(tài)獲取，或是通過(guò)所述VLC系統(tǒng)的上下行動(dòng)態(tài)分配；

對(duì)于支持所述無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的所述支持VLC系統(tǒng)的通信設(shè)備，所述預(yù)設(shè)規(guī)則除了復(fù)用所述不支持無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的方式外，還能通過(guò)復(fù)用所述無(wú)線(xiàn)通信中的方式獲取。所述復(fù)用無(wú)線(xiàn)通信中預(yù)定規(guī)則的獲取方式包括：

所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)為各種類(lèi)型的基站，則所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)通過(guò)其接口獲取所述預(yù)設(shè)規(guī)則；

所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)為各種類(lèi)型的終端，則所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)通過(guò)與所屬基站建立連接來(lái)獲取所述預(yù)設(shè)規(guī)則；

所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)為基站和終端，則所述終端有三種獲取預(yù)設(shè)規(guī)則的方式：方式一，所述基站通過(guò)廣播信道將預(yù)設(shè)規(guī)則傳送給所述終端；方式二，所述終端在發(fā)起隨機(jī)接入過(guò)程中獲取所述預(yù)設(shè)規(guī)則；方式三，所述終端通過(guò)與所述基站建立無(wú)線(xiàn)資源控制連接關(guān)系獲取所述預(yù)設(shè)規(guī)則。

3.有益效果

本發(fā)明的發(fā)射天線(xiàn)上的不同顏色層發(fā)送信號(hào)的位置和信息內(nèi)容支持多種組合；同時(shí)信號(hào)發(fā)送位置可通過(guò)多種方式獲取。通過(guò)合理的分配及合理的使用不同顏色層發(fā)送不同的數(shù)據(jù)，分配不同用于發(fā)送信號(hào)的位置，有助于提高信道的利用率。

本發(fā)明基于可見(jiàn)光通信系統(tǒng)，采用MIMO技術(shù)進(jìn)行信息信號(hào)的傳輸，發(fā)送端、接收端均分別采用陣列形式傳輸數(shù)據(jù)，以減少時(shí)延造成的誤碼，提高信道可靠性；發(fā)送端采用分層空-時(shí)復(fù)用(BLAST)方式發(fā)送數(shù)據(jù)，可以成倍提高系統(tǒng)的吞吐量和數(shù)據(jù)傳輸速率。具有信息安全性高、頻譜資源豐富、傳輸速度高等優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明具有信息安全性高、防干擾、傳輸速度快、信道利用率高等優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的信號(hào)傳輸方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的信號(hào)傳輸方法的可見(jiàn)光MIMO原理框圖；

圖3為實(shí)施例中提供的信號(hào)傳輸方法的一種3×3VLC MIMO不同顏色層信號(hào)疊加示意圖，其中，陰影部分為顏色層；

圖4為實(shí)施例中提供的信號(hào)傳輸方法的一種4×4VLC MIMO不同顏色層信號(hào)疊加示意圖，其中，陰影部分為顏色層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

一種基于可見(jiàn)光通信MIMO系統(tǒng)協(xié)作信息傳輸?shù)姆椒?，如圖1，在支持VLC系統(tǒng)的通信設(shè)備中，信號(hào)由m根發(fā)射天線(xiàn)上LED陣列的不同顏色層發(fā)送出去，并通過(guò)n根接收天線(xiàn)或光電探測(cè)器接收。多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)采用多個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)多個(gè)接收機(jī)接收數(shù)據(jù)，可以顯著提高系統(tǒng)的傳輸容量。

所述不同顏色層發(fā)送信號(hào)的方式和信息內(nèi)容支持多種組合：

發(fā)送的信息內(nèi)容為用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，或用于檢測(cè)信道的測(cè)量信息；且在信號(hào)傳遞的一個(gè)周期內(nèi)，不同顏色層發(fā)送的信息內(nèi)容可以是相同的，以提高可靠性(即分集作用)；也可以是不同的，以提高傳輸速率(即復(fù)用作用)。

具體地，在某個(gè)時(shí)間周期內(nèi)，同一根發(fā)射天線(xiàn)上某個(gè)LED發(fā)送信號(hào)的顏色分配方式，包括以下幾種：所述LED的三種顏色層發(fā)送的信號(hào)相同；所述LED的一種顏色層發(fā)送的信號(hào)與另兩種顏色層發(fā)送的信號(hào)不同；所述LED的三種顏色層發(fā)送的信號(hào)互不相同。

而該支持VLC系統(tǒng)的通信設(shè)備發(fā)送的信號(hào)，既可以是三種顏色層發(fā)送的信號(hào)串行而成，也可以是至少兩種顏色層發(fā)送的信號(hào)疊加而成。例如，得到白光的方法是將紅光、綠光和藍(lán)光混合，也就是將單色光LED進(jìn)行組合，將它們發(fā)出的光混合成白光，這種白光源叫做RGB LED。

同時(shí)，用于發(fā)送信號(hào)的LED陣列中不同顏色層發(fā)送信號(hào)的位置通過(guò)如下三種方式選擇：

(1)根據(jù)信道狀態(tài)信息來(lái)選擇：

在信號(hào)傳遞的一個(gè)周期內(nèi)，從所述LED陣列的顏色層中選擇一個(gè)信道狀態(tài)信息較差的顏色層，所述信道狀態(tài)信息較差即該顏色層所傳輸信號(hào)的信道質(zhì)量較差或使用的是低階調(diào)制編碼方式(比如比特裝載)；

(2)通過(guò)LED陣列中的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則來(lái)選擇：

所述預(yù)設(shè)規(guī)則在于，對(duì)于不支持無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的所述支持VLC系統(tǒng)的通信設(shè)備，所述預(yù)設(shè)規(guī)則是預(yù)先協(xié)定的規(guī)則靜態(tài)獲取，或是通過(guò)所述VLC系統(tǒng)的上下行動(dòng)態(tài)分配；

對(duì)于支持無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的所述支持VLC系統(tǒng)的通信設(shè)備，所述預(yù)設(shè)規(guī)則除了復(fù)用所述不支持無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的方式外，還能通過(guò)復(fù)用所述無(wú)線(xiàn)通信中的方式獲取。所述復(fù)用無(wú)線(xiàn)通信中預(yù)定規(guī)則的獲取方式為：

若所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)為各種類(lèi)型的基站，則所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)通過(guò)X2和S1接口獲取所述預(yù)設(shè)規(guī)則：若目標(biāo)基站是宏基站，則收發(fā)方通過(guò)X2接口進(jìn)行信令交互，獲取“預(yù)定義的規(guī)則”；若目標(biāo)基站是微基站小區(qū)，收發(fā)方還可以通過(guò)S1接口進(jìn)行信令交互；

若所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)為各種類(lèi)型的終端，則所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)通過(guò)與所屬基站建立連接來(lái)獲取所述預(yù)設(shè)規(guī)則；

若所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)為基站和終端，則所述終端有三種獲取預(yù)設(shè)規(guī)則的方式：方式一，所述基站通過(guò)廣播信道將預(yù)設(shè)規(guī)則傳送給所述終端；方式二，所述終端在發(fā)起隨機(jī)接入過(guò)程中獲取所述預(yù)設(shè)規(guī)則；方式三，所述終端通過(guò)與所述基站建立無(wú)線(xiàn)資源控制連接關(guān)系獲取所述預(yù)設(shè)規(guī)則；

(3)隨機(jī)生成。

實(shí)施例1

如圖3，利用信號(hào)傳輸方法的3×3VLC MIMO系統(tǒng)進(jìn)行不同顏色層發(fā)送信號(hào)的疊加：

根據(jù)隨機(jī)生成選擇不同顏色層發(fā)送信號(hào)的位置：紅色層中，除了LED 7之外，所有的LED發(fā)送信號(hào)；藍(lán)色層中，除了LED 2之外，所有的LED發(fā)送信號(hào)；綠色層中，除了LED 3之外，所有的LED發(fā)送信號(hào)。

設(shè)定綠色層發(fā)送的信號(hào)為用于檢測(cè)信道質(zhì)量的測(cè)量信息。

結(jié)果顯示，在混合層中，白色LED 1,4,5,6,8,9發(fā)送的信號(hào)既包括來(lái)自紅色層和藍(lán)色層發(fā)送的數(shù)據(jù)，也包括來(lái)自綠色層用于評(píng)估信道質(zhì)量的測(cè)量信息；

棕色LED 2發(fā)送的信號(hào)包括來(lái)自紅色層發(fā)送的數(shù)據(jù)信息和綠色層的數(shù)據(jù)信息；

紫色LED 3發(fā)送的信號(hào)包括來(lái)自藍(lán)色層發(fā)送的數(shù)據(jù)和綠色層用于檢測(cè)信道質(zhì)量的測(cè)量信息；

青色LED 7發(fā)送的信號(hào)包括來(lái)自藍(lán)色層發(fā)送的數(shù)據(jù)和綠色層用于檢測(cè)信道質(zhì)量的測(cè)量信息。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中提供如圖2所示的信號(hào)傳輸方法的4×4VLC MIMO原理框圖。

如圖4，利用如圖2所示信號(hào)傳輸方法的4×4VLC MIMO系統(tǒng)進(jìn)行不同顏色層發(fā)送信號(hào)的疊加：

通過(guò)LED陣列中的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則選擇不同顏色層發(fā)送信號(hào)的位置：紅色層中，除了LED 3、LED 5和LED 13之外，所有的LED發(fā)送信號(hào)；藍(lán)色層中，除了LED 2、LED 3、LED 4和LED 16之外，所有的LED發(fā)送信號(hào)；綠色層中，除了LED 1、LED 4、LED 13和LED 16之外，所有的LED發(fā)送信號(hào)。

設(shè)定綠色層發(fā)送的信號(hào)為用于檢測(cè)信道質(zhì)量的測(cè)量信息。

結(jié)果顯示，在混合層中，白色LED 6、7、8、9、10、11、12、14、15發(fā)送的信號(hào)既包括來(lái)自紅色層和藍(lán)色層發(fā)送的數(shù)據(jù)，也包括來(lái)自綠色層用于評(píng)估信道質(zhì)量的測(cè)量信息；

紫色LED 1發(fā)送的信號(hào)包括來(lái)自藍(lán)色層發(fā)送的數(shù)據(jù)和綠色層用于檢測(cè)信道質(zhì)量的測(cè)量信息；

棕色LED 2發(fā)送的信號(hào)包括來(lái)自紅色層發(fā)送的數(shù)據(jù)信息和綠色層的數(shù)據(jù)信息；

綠色LED 3發(fā)送的信號(hào)只包括來(lái)自綠色層的測(cè)量信息；

紅色LED 4和LED 16發(fā)送的信號(hào)只包括來(lái)自紅色層發(fā)送的數(shù)據(jù)信息；

青色LED 5發(fā)送的信號(hào)包括來(lái)自藍(lán)色層發(fā)送的數(shù)據(jù)和綠色層用于檢測(cè)信道質(zhì)量的測(cè)量信息；

藍(lán)色LED 13發(fā)送的信號(hào)只包括來(lái)自藍(lán)色層的數(shù)據(jù)信息。

本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。