CN104253647A - 基于mimo技术和ofdm技术的室外可见光通信*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其包括：编码模块，将信息转换为基带数字信号，使信息可以通过电信号传输；调制模块，将基带数字信号调制在载波上；串并转换模块；串行传输的信号转换为多路并行传输的信号；LED灯组，包括多个LED灯，每一个LED灯将将多路并行传输信号中的其中一路信号进行调制，使各路信号相互正交，再经过电光转换将此路子信号转换成光信号传输出去；以及，信息接收器，包括接收光信号的光电转换模块、与光电转换模块连接的子载波解调模块、与子载波解调模块连接的并串转换模块、与并串转换模块连接的解调模块和与解调模块相接的解码模块；用于接收光信号，并且转换成信息。
Description
技术领域
本发明涉及可见光通信***领域，尤其涉及的是一种基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***。
背景技术
信息通过编码和调制后形成电信号，可见光通信是应用发光二极管，将电信号转换为灯光信号，利用灯光传递信息；光电接收器将光信号转换为电信号，通过对电信号进行解调和解码，提取信息。光通信具有抗干扰能力强、不占用无线电信道、实现简单的特点，室外具有路灯、广告灯、霓虹灯、交通灯等丰富的公共照明资源，使用这些照明资源进行可见光通信，有利于解决城市无线通信资源日益紧张的问题，扩大无线通信容量，推动车联网和物联网的实现。
目前，室外灯光在大气中传播，光信号强度由于大气对光的散射和吸收而衰落；同时，由于灯光的折射和反射，以及灯光来自不同光源，光线到达接收器时的相位和时延不一致，加上背景光的影响，导致多径衰落的产生，制约了室外可见光通信的质量。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，旨在解决大气对光的散射、吸收而降低光信号强度，以及灯光来自不同光源，光线到达接收器时的相位和时延不一致，加上背景光的影响，导致多径衰落的产生，制约了室外可见光通信质量的技术问题。
本发明的技术方案如下：一种基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其包括：编码模块，将信息转换为基带数字信号，使信息可以通过电信号传输；
调制模块，将基带数字信号调制到载波上；
串并转换模块，串行传输的信号转换为多路并行传输的信号；
LED灯组，包括多个LED灯，每一个LED灯将多路并行传输信号中的其中一路子信号进行调制，使各路子信号相互正交，再经过电光转换将此路子信号转换成光信号传输出去；以及，
信息接收器，包括接收光信号的光电转换模块、与光电转换模块连接的子载波解调模块、与子载波解调模块连接的并串转换模块、与并串转换模块连接的解调模块和与解调模块相接的解码模块；用于接收光信号，并且转换成信息。
所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其中，所述的LED灯包括子载波调制模块和与子载波调制模块连接的光电转换模块。
所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其中，所述LED灯还包括数字上变频模块，所述的数字上变频模块连接在子载波调制模块和电光转换模块之间，可以将信号的频谱移到更高的频率上。
所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其中，所述LED灯还包括保护间隔***模块，其连接在子载波调制模块和数字上变频模块之间，用于在经过子载波调制的信号编码前后加入间隔。
所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其中，所述子载波调制模块采用的技术为OFDM技术，其用于将并行传输的多路子信号调制为相互正交的子信号。
所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其中，所述调制模块的调制方式为模拟信号调制方式、数字信号调制方式或脉冲信号调制方式。
所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其中，所述的信息接收器还包括数字下变频模块，其连接在光电转换模块与子载波解调模块之间。
所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其中，所述的信息接收器还包括去除保护间隔模块，其中，所述的去除保护间隔模块连接在数字下变频模块与子载波解调模块之间。
所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其中，所述LED灯组与所述信息接收器的发射/接收采用MIMO技术。
所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其中，所述LED灯组与所述信息接收器通过无线连接。
本发明的有益效果：本发明的技术方案能提高信息传输的分集增益，减少信号强度在大气中的衰减，同时降低多径衰落和码间干扰，有利于进一步提高通信的稳定性和通信速度；此外还具有以下的优点：
1. 利用光信号进行信息传输，不占用无线电资源，无电磁干扰；
2. 利用多个LED灯在传输同一信号，能有效提高信号的传输功率，减少由于光强衰减对光信号在室外传输造成影响；
3. 采用OFDM技术，将信号分解为相互正交的子信号进行并行传输，能有效提高信号的传输速度；
4. 高速信号分解为多路低速信号，同时不同信号进行正交调制后互不干扰，可以有效对抗由于光线的折射、反射和散射产生的多径干扰；
5. 在传播信号中加入保护间隔可进一步防止码间干扰。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的另一种结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供一种基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其包括：编码模块，将信息转换为基带数字信号，使信息可以通过电信号传输；调制模块，将基带数字信号调制到载波上；串并转换模块，串行传输的信号转换为多路并行传输的信号；LED灯组，包括多个LED灯，每一个LED灯将多路并行传输信号的其中一路信号进行调制，使各路信号相互正交，再经过电光转换将此路电信号转换成光信号传输出去；以及，信息接收器，包括接收光信号的光电转换模块、与光电转换模块连接的子载波解调模块、与子载波解调模块连接的并串转换模块、与并串转换模块连接的解调模块和与解调模块相接的解码模块；用于接收光信号，并且转换成信息。
采用上述技术方案后，发送的信息通过编码模块转换成基带数字信号，以便于可以通过电信号的传输，然后在调制模块的作用下将基带数字信号调制在载波中，这样便可以提高信号传输的抗干扰能力；所述的串并转换模块将串行传输的信号转换成并行传输的信号，分别通过不同的LED灯进行发送，利用多个LED灯传输同一信号，能有效地提高信号的传输功率，减少由于光强衰减对光信号在室外传输造成影响。此外，本发明中的信息接收器通过光敏元件将光信号转换为电信号，使用子载波解调模块将各路不同的子信号分别进行解调，所述的并串转换模块将各路子信号重新组合为一路串行信号；最终串行信号经过解调和解码，恢复为原信号。
本发明的信息在传输的过程中先是转换成电信号，然后将电信号转换成光信号，通过可见光传输信息，无需占用无线电资源，没有电磁干扰，使得信息传输的效率更高，信息完整度高，信息传输的效果更好。
如图2所示，本发明公开了一种基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其包括：编码模块，将信息转换为基带数字信号，使信息可以通过电信号传输；调制模块，将基带数字信号调制在载波；串并转换模块，将串行传输的信号转换为多路并行传输的信号；LED灯组，包括多个LED灯，每一个LED灯将多路并行传输的信号中其中一路信号进行调制，使各路信号相互正交，再经过电光转换将此路电信号转换成光信号传输出去；以及，信息接收器，包括接收光信号的光电转换模块、与光电转换模块连接的子载波解调模块、与子载波解调模块连接的并串转换模块、与并串转换模块连接的解调模块和与解调模块相接的解码模块；用于接收光信号，并且转换成信息。
本发明在传输的过程中将信息转换成电信号，然后在串并转换模块的作用将串行的信号转换成并行的信号通过多个LED灯的调制、***间隔、调频，最后转换成光信号传输，这些转换可以有效的提高信息的传输效率，提高信号的传输功率，减少光强衰减对光信号在室外造成的影响，能够防止码间干扰，室外光折射、反射和散射产生的多径干扰；信息接收器接收光信号后，在光电转换模块的作用下将光信号转换成电信号，最后经过一系列的步骤：下变频、去间隔码、子载波解调、解调、解码，最终还原成初始的信息。这些模块和步骤带当中都是不可缺少的部分，确保了信息传输的效率、信息的准确性和稳定性。
如图2所示，每个LED灯都包含有子载波调制模块、保护间隔***模块、数字上变频模块和光电转换模块，分别依次连接；其中，上述的子载波调制模块用于将信号调制在相互正交的载波中，使分解后的信号调制到在每个相互正交的子信道上进行传输，各个子信号同时传播而不会相互干扰，保护间隔***模块在经过子载波调制的信号编码中加入间隔，可以防止码间串扰；加入间隔后，信号通过数字上变频模块将信号的频谱移到更高的频率上，提高信号抗干扰能力，增加信号传输距离；变频后信号通过电光转换，由LED灯光将信息通过可见光传送。
上述子载波调制模块采用的技术为OFDM技术，其用于将信号分解为相互正交的子信号。
本发明的子载波调制模块使用OFDM技术将信号调制在相互正交的载波中，使分解后的信号调制到在每个相互正交的子信道上进行传输，各个子信号并行传输而不会相互干扰；同时也是将高速信号分解为多路低速信号，不同信号进行正交调制后互不干扰，可以有效对抗由光线而产生折射、反射和散射的多径干扰。
上述调制模块的调制方式为模拟信号调制方式、数字信号调制方式或脉冲信号调制方式。
采用上述技术方案后，本发明通过这些调制方式将信息将基带数字信号调制在载波中，可以有效地提高信号传输的抗干扰能力。
上述的信息接收器还包括数字下变频模块，其连接在光电转换模块与子载波解调模块之间；在使用的过程中，数字下变频模块将经过LED灯中数字上变频模块提升频率的信号调整到低频，转换为基带信号。
上述的信息接收器还包括去除保护间隔模块，其中，所述的去除保护间隔模块连接在数字下变频模块与子载波解调模块之间。
采用上述的技术方案后，本发明中的去除保护间隔模块去掉传送前***的保护间隔对信号进行还原，使得信息接收器接收到的信息完整，不会产生变化，确保了信息的准确性。
在实际使用中，上述的LED灯组与所述信息接收器的发射/接收采用MIMO技术；采用多路无线发射和多路无线接收，发射与接收相互对应，使得信息传输的速度更加快捷，减少信息在传送的过程中衰减。
在实际使用中，上述的LED灯组与所述信息接收器通过无线连接，在传输的过程中使用可见光来传输转后的光信号，具有抗干扰能力强、不占用无线电信道、实现简单的特点，并且室外具有丰富的公共照明资源，这些照明资源进行可见光通信，有利于解决城市无线通信资源日益紧张的问题，扩大无线通信容量，推动车联网和物联网的实现。
本发明的技术方案将信息分解为多个子信号，每个子信号通过不同的灯光进行传输；采用每个子信号调制在相互重叠和相互正交的子频带中；接收器对子信号进行子载波解调和合成，即可恢复原信息，还可根据需要对信息***间隔编码，进一步提高抗多径衰落能力。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其特征在于，包括：编码模块，将信息转换为基带数字信号，使信息可以通过电信号传输；
调制模块，将基带数字信号调制在载波上；
串并转换模块；串行传输的信号转换为多路并行传输的信号；
LED灯组，包括多个LED灯，每一个LED灯将将多路并行传输信号中的其中一路信号进行调制，使各路信号相互正交，再经过电光转换将此路电信号转换成光信号传输出去；以及，
信息接收器，包括接收光信号的光电转换模块、与光电转换模块连接的子载波解调模块、与子载波解调模块连接的并串转换模块、与并串转换模块连接的解调模块和与解调模块相接的解码模块；用于接收光信号，并且转换成信息。
2.根据权利要求1所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其特征在于，所述的LED灯包括子载波调制模块和与子载波调制模块连接的光电转换模块。
3.根据权利要求2所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其特征在于，所述LED灯还包括保护间隔***模块，其与子载波调制模块连接，用于在经过子载波调制的信号编码前后加入间隔。
4.根据权利要求3所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其特征在于，所述LED灯还包括数字上变频模块，所述的数字上变频模块与保护间隔***模块相接，可以将信号的频谱移到更高的频率上。
5.根据权利要求2所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其特征在于，所述子载波调制模块采用的技术为OFDM技术，其用于将信号分解为相互正交的子信号。
6.根据权利要求1所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其特征在于，所述调制模块的调制方式为模拟信号调制方式、数字信号调制方式或脉冲信号调制方式。
7.根据权利要求1所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其特征在于，所述的信息接收器还包括数字下变频模块，其连接在光电转换模块与子载波解调模块之间。
8.根据权利要求8所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其特征在于，所述的信息接收器还包括去除保护间隔模块，其中，所述的去除保护间隔模块连接在数字下变频模块与子载波解调模块之间。
9.根据权利要求1所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其特征在于，所述LED灯组与所述信息接收器的发射/接收采用MIMO技术。
10.根据权利要求9所述的基于MIMO技术和OFDM技术的室外可见光通信***，其特征在于，所述LED灯组与所述信息接收器通过无线连接。
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