基於mimo技術和ofdm技術的室外可見光通信系統的製作方法
2023-08-13 10:33:46
基於mimo技術和ofdm技術的室外可見光通信系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其包括：編碼模塊，將信息轉換為基帶數位訊號，使信息可以通過電信號傳輸；調製模塊，將基帶數位訊號調製在載波上；串並轉換模塊；串行傳輸的信號轉換為多路並行傳輸的信號；LED燈組，包括多個LED燈，每一個LED燈將將多路並行傳輸信號中的其中一路信號進行調製，使各路信號相互正交，再經過電光轉換將此路子信號轉換成光信號傳輸出去；以及，信息接收器，包括接收光信號的光電轉換模塊、與光電轉換模塊連接的子載波解調模塊、與子載波解調模塊連接的並串轉換模塊、與並串轉換模塊連接的解調模塊和與解調模塊相接的解碼模塊；用於接收光信號，並且轉換成信息。
【專利說明】基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及可見光通信系統領域，尤其涉及的是一種基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統。
【背景技術】
[0002]信息通過編碼和調製後形成電信號，可見光通信是應用發光二極體，將電信號轉換為燈光信號，利用燈光傳遞信息；光電接收器將光信號轉換為電信號，通過對電信號進行解調和解碼，提取信息。光通信具有抗幹擾能力強、不佔用無線電信道、實現簡單的特點，室外具有路燈、廣告燈、霓虹燈、交通燈等豐富的公共照明資源，使用這些照明資源進行可見光通信，有利於解決城市無線通信資源日益緊張的問題，擴大無線通信容量，推動車聯網和物聯網的實現。
[0003]目前,室外燈光在大氣中傳播,光信號強度由於大氣對光的散射和吸收而衰落；同時，由於燈光的折射和反射，以及燈光來自不同光源，光線到達接收器時的相位和時延不一致，加上背景光的影響，導致多徑衰落的產生，制約了室外可見光通信的質量。
[0004]因此，現有技術還有待於改進和發展。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，旨在解決大氣對光的散射、吸收而降低光信號強度，以及燈光來自不同光源，光線到達接收器時的相位和時延不一致，加上背景光的影響，導致多徑衰落的產生，制約了室外可見光通信質量的技術問題。
[0006]本發明的技術方案如下:一種基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其包括:編碼模塊，將信息轉換為基帶數位訊號，使信息可以通過電信號傳輸；
調製模塊，將基帶數位訊號調製到載波上；
串並轉換模塊，串行傳輸的信號轉換為多路並行傳輸的信號；
LED燈組，包括多個LED燈，每一個LED燈將多路並行傳輸信號中的其中一路子信號進行調製，使各路子信號相互正交，再經過電光轉換將此路子信號轉換成光信號傳輸出去；以及，
信息接收器，包括接收光信號的光電轉換模塊、與光電轉換模塊連接的子載波解調模塊、與子載波解調模塊連接的並串轉換模塊、與並串轉換模塊連接的解調模塊和與解調模塊相接的解碼模塊；用於接收光信號，並且轉換成信息。
[0007]所述的基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其中，所述的LED燈包括子載波調製模塊和與子載波調製模塊連接的光電轉換模塊。
[0008]所述的基於MMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其中，所述LED燈還包括數字上變頻模塊，所述的數字上變頻模塊連接在子載波調製模塊和電光轉換模塊之間，可以將信號的頻譜移到更高的頻率上。
[0009]所述的基於MMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其中，所述LED燈還包括保護間隔插入模塊，其連接在子載波調製模塊和數字上變頻模塊之間，用於在經過子載波調製的信號編碼前後加入間隔。
[0010]所述的基於MMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其中，所述子載波調製模塊採用的技術為OFDM技術，其用於將並行傳輸的多路子信號調製為相互正交的子信號。[0011 ] 所述的基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其中，所述調製模塊的調製方式為模擬信號調製方式、數位訊號調製方式或脈衝信號調製方式。
[0012]所述的基於MMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其中，所述的信息接收器還包括數字下變頻模塊，其連接在光電轉換模塊與子載波解調模塊之間。
[0013]所述的基於MMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其中，所述的信息接收器還包括去除保護間隔模塊，其中，所述的去除保護間隔模塊連接在數字下變頻模塊與子載波解調模塊之間。
[0014]所述的基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其中，所述LED燈組與所述信息接收器的發射/接收採用MIMO技術。
[0015]所述的基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其中，所述LED燈組與所述信息接收器通過無線連接。
[0016]本發明的有益效果:本發明的技術方案能提高信息傳輸的分集增益，減少信號強度在大氣中的衰減，同時降低多徑衰落和碼間幹擾，有利於進一步提高通信的穩定性和通信速度；此外還具有以下的優點:
1.利用光信號進行信息傳輸，不佔用無線電資源，無電磁幹擾；
2.利用多個LED燈在傳輸同一信號,能有效提高信號的傳輸功率,減少由於光強衰減對光信號在室外傳輸造成影響；
3.採用OFDM技術，將信號分解為相互正交的子信號進行並行傳輸，能有效提高信號的傳輸速度；
4.高速信號分解為多路低速信號，同時不同信號進行正交調製後互不幹擾，可以有效對抗由於光線的折射、反射和散射產生的多徑幹擾；
5.在傳播信號中加入保護間隔可進一步防止碼間幹擾。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的結構示意圖。
[0018]圖2是本發明的另一種結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實施例對本發明進一步詳細說明。
[0020]如圖1所不,本發明提供一種基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其包括:編碼模塊，將信息轉換為基帶數位訊號，使信息可以通過電信號傳輸；調製模塊，將基帶數位訊號調製到載波上；串並轉換模塊，串行傳輸的信號轉換為多路並行傳輸的信號；LED燈組，包括多個LED燈，每一個LED燈將多路並行傳輸信號的其中一路信號進行調製，使各路信號相互正交，再經過電光轉換將此路電信號轉換成光信號傳輸出去；以及，信息接收器，包括接收光信號的光電轉換模塊、與光電轉換模塊連接的子載波解調模塊、與子載波解調模塊連接的並串轉換模塊、與並串轉換模塊連接的解調模塊和與解調模塊相接的解碼模塊；用於接收光信號，並且轉換成信息。
[0021]採用上述技術方案後，發送的信息通過編碼模塊轉換成基帶數位訊號，以便於可以通過電信號的傳輸，然後在調製模塊的作用下將基帶數位訊號調製在載波中，這樣便可以提高信號傳輸的抗幹擾能力；所述的串並轉換模塊將串行傳輸的信號轉換成並行傳輸的信號，分別通過不同的LED燈進行發送，利用多個LED燈傳輸同一信號，能有效地提高信號的傳輸功率，減少由於光強衰減對光信號在室外傳輸造成影響。此外，本發明中的信息接收器通過光敏元件將光信號轉換為電信號，使用子載波解調模塊將各路不同的子信號分別進行解調，所述的並串轉換模塊將各路子信號重新組合為一路串行信號；最終串行信號經過解調和解碼，恢復為原信號。
[0022]本發明的信息在傳輸的過程中先是轉換成電信號，然後將電信號轉換成光信號，通過可見光傳輸信息，無需佔用無線電資源，沒有電磁幹擾，使得信息傳輸的效率更高，信息完整度高，信息傳輸的效果更好。
[0023]如圖2所示，本發明公開了一種基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其包括:編碼模塊，將信息轉換為基帶數位訊號，使信息可以通過電信號傳輸；調製模塊，將基帶數位訊號調製在載波；串並轉換模塊，將串行傳輸的信號轉換為多路並行傳輸的信號；LED燈組，包括多個LED燈，每一個LED燈將多路並行傳輸的信號中其中一路信號進行調製，使各路信號相互正交，再經過電光轉換將此路電信號轉換成光信號傳輸出去；以及，信息接收器，包括接收光信號的光電轉換模塊、與光電轉換模塊連接的子載波解調模塊、與子載波解調模塊連接的並串轉換模塊、與並串轉換模塊連接的解調模塊和與解調模塊相接的解碼模塊；用於接收光信號，並且轉換成信息。
[0024]本發明在傳輸的過程中將信息轉換成電信號，然後在串並轉換模塊的作用將串行的信號轉換成並行的信號通過多個LED燈的調製、插入間隔、調頻，最後轉換成光信號傳輸，這些轉換可以有效的提高信息的傳輸效率，提高信號的傳輸功率，減少光強衰減對光信號在室外造成的影響，能夠防止碼間幹擾，室外光折射、反射和散射產生的多徑幹擾；信息接收器接收光信號後，在光電轉換模塊的作用下將光信號轉換成電信號，最後經過一系列的步驟:下變頻、去間隔碼、子載波解調、解調、解碼，最終還原成初始的信息。這些模塊和步驟帶當中都是不可缺少的部分，確保了信息傳輸的效率、信息的準確性和穩定性。
[0025]如圖2所示，每個LED燈都包含有子載波調製模塊、保護間隔插入模塊、數字上變頻模塊和光電轉換模塊，分別依次連接；其中，上述的子載波調製模塊用於將信號調製在相互正交的載波中，使分解後的信號調製到在每個相互正交的子信道上進行傳輸，各個子信號同時傳播而不會相互幹擾，保護間隔插入模塊在經過子載波調製的信號編碼中加入間隔，可以防止碼間串擾；加入間隔後，信號通過數字上變頻模塊將信號的頻譜移到更高的頻率上，提高信號抗幹擾能力，增加信號傳輸距離；變頻後信號通過電光轉換，由LED燈光將信息通過可見光傳送。
[0026]上述子載波調製模塊採用的技術為OFDM技術，其用於將信號分解為相互正交的子信號。
[0027]本發明的子載波調製模塊使用OFDM技術將信號調製在相互正交的載波中，使分解後的信號調製到在每個相互正交的子信道上進行傳輸，各個子信號並行傳輸而不會相互幹擾；同時也是將高速信號分解為多路低速信號，不同信號進行正交調製後互不幹擾，可以有效對抗由光線而產生折射、反射和散射的多徑幹擾。
[0028]上述調製模塊的調製方式為模擬信號調製方式、數位訊號調製方式或脈衝信號調製方式。
[0029]採用上述技術方案後，本發明通過這些調製方式將信息將基帶數位訊號調製在載波中，可以有效地提高信號傳輸的抗幹擾能力。
[0030]上述的信息接收器還包括數字下變頻模塊，其連接在光電轉換模塊與子載波解調模塊之間；在使用的過程中，數字下變頻模塊將經過LED燈中數字上變頻模塊提升頻率的信號調整到低頻，轉換為基帶信號。
[0031]上述的信息接收器還包括去除保護間隔模塊，其中，所述的去除保護間隔模塊連接在數字下變頻模塊與子載波解調模塊之間。
[0032]採用上述的技術方案後，本發明中的去除保護間隔模塊去掉傳送前插入的保護間隔對信號進行還原，使得信息接收器接收到的信息完整，不會產生變化，確保了信息的準確性。
[0033]在實際使用中，上述的LED燈組與所述信息接收器的發射/接收採用MMO技術；採用多路無線發射和多路無線接收，發射與接收相互對應，使得信息傳輸的速度更加快捷，減少信息在傳送的過程中衰減。
[0034]在實際使用中，上述的LED燈組與所述信息接收器通過無線連接，在傳輸的過程中使用可見光來傳輸轉後的光信號，具有抗幹擾能力強、不佔用無線電信道、實現簡單的特點，並且室外具有豐富的公共照明資源，這些照明資源進行可見光通信，有利於解決城市無線通信資源日益緊張的問題，擴大無線通信容量，推動車聯網和物聯網的實現。
[0035]本發明的技術方案將信息分解為多個子信號，每個子信號通過不同的燈光進行傳輸；採用每個子信號調製在相互重疊和相互正交的子頻帶中；接收器對子信號進行子載波解調和合成，即可恢復原信息，還可根據需要對信息插入間隔編碼，進一步提高抗多徑衰落能力。
[0036]應當理解的是，本發明的應用不限於上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統,其特徵在於,包括:編碼模塊，將信息轉換為基帶數位訊號，使信息可以通過電信號傳輸； 調製模塊，將基帶數位訊號調製在載波上； 串並轉換模塊；串行傳輸的信號轉換為多路並行傳輸的信號； LED燈組，包括多個LED燈，每一個LED燈將將多路並行傳輸信號中的其中一路信號進行調製，使各路信號相互正交，再經過電光轉換將此路電信號轉換成光信號傳輸出去；以及， 信息接收器，包括接收光信號的光電轉換模塊、與光電轉換模塊連接的子載波解調模塊、與子載波解調模塊連接的並串轉換模塊、與並串轉換模塊連接的解調模塊和與解調模塊相接的解碼模塊；用於接收光信號，並且轉換成信息。
2.根據權利要求1所述的基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其特徵在於，所述的LED燈包括子載波調製模塊和與子載波調製模塊連接的光電轉換模塊。
3.根據權利要求2所述的基於MMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其特徵在於，所述LED燈還包括保護間隔插入模塊，其與子載波調製模塊連接，用於在經過子載波調製的信號編碼前後加入間隔。
4.根據權利要求3所述的基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其特徵在於，所述LED燈還包括數字上變頻模塊，所述的數字上變頻模塊與保護間隔插入模塊相接，可以將信號的頻譜移到更高的頻率上。
5.根據權利要求2所述的基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其特徵在於，所述子載波調製模塊採用的技術為OFDM技術，其用於將信號分解為相互正交的子信號。
6.根據權利要求1所述的基於MMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其特徵在於，所述調製模塊的調製方式為模擬信號調製方式、數位訊號調製方式或脈衝信號調製方式。
7.根據權利要求1所述的基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其特徵在於，所述的信息接收器還包括數字下變頻模塊，其連接在光電轉換模塊與子載波解調模塊之間。
8.根據權利要求8所述的基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其特徵在於，所述的信息接收器還包括去除保護間隔模塊，其中，所述的去除保護間隔模塊連接在數字下變頻模塊與子載波解調模塊之間。
9.根據權利要求1所述的基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其特徵在於，所述LED燈組與所述信息接收器的發射/接收採用MIMO技術。
10.根據權利要求9所述的基於MIMO技術和OFDM技術的室外可見光通信系統，其特徵在於，所述LED燈組與所述信息接收器通過無線連接。
【文檔編號】H04B10/116GK104253647SQ201410496298
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月25日 優先權日:2014年9月25日
【發明者】鄭品棋, 李榮學, 俞慶生, 化雪薈, 丁犇 申請人:佛山職業技術學院