CN104348545B - 多输入多输出可见光发射装置、方法及接收装置、方法 - Google Patents
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Abstract
多输入多输出可见光发射装置、方法及接收装置、方法，发射装置包括：信号发射单元和信号调制单元；信号发射单元中包括由1个以上的发光器件组成的阵列，各发光器件用于发射可见光，不同发光器件发出的可见光的频率不同；信号调制单元用于将每一个信道的信号加载到一个频率的可见光上，且不同频率的可见光承载的信号属于不同的信道。所述接收装置包括：信号接收单元和信号处理单元；所述信号接收单元中沿入射光方向依次包括：入射光准直装置、一层基底及探测阵列芯片；所述基底上的与入射光垂直的一个表面上附有挡光层，所述挡光层上设有由2个以上的具有不同孔径尺寸的衍射孔构成的衍射孔二维阵列；所述探测阵列芯片中包括2个以上的探测像素元。
Description
技术领域
本发明涉及一种多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，简称为MIMO）可见光通信***，尤其涉及一种多输入多输出可见光发射装置、方法及接收装置、方法。
背景技术
可见光通信（Visible Light Communications，简称为VLC），是一种无线通信技术，它利用频率介于390THz（波长为770nm）至857THz（波长为350nm）之间的可见光作为通信媒介完成信息传送。
近年来，随着半导体技术的飞速发展，基于LED（Light Emitting Diode，发光二极管）照明的可见光通信作为一种无线接入技术得到了很大发展。使用LED可见光信号传输数据有如下优势：LED光源具有功耗低、使用寿命长、尺寸小、易驱动、绿色环保等特点，在照明的同时提供无电磁干扰的高速数据传输，解决宽带无线电***的频带狭窄和电磁干扰问题，因而可见光通信技术作为无线电通信技术在室内通信的取代或补充技术，具有极大的发展前景，已引起人们的广泛关注和研究。
为了提高通信容量，无论是无线电通信还是光纤通信，普遍都采用频分复用或波分复用技术。与单一频率通信相比，频分复用技术采用多频传输信号。每一个频率的电磁波可以作为一个独立的信号载体分别传送不同信号，从而大大提高通信容量。然而无线电频分复用的接收端需要配置天线以接收电磁波信号并将电磁波转变为电信号，接收信息的效果与天线的性能以及天线的位置有很大关系。分离信道中不同频率的信号需要采用带通滤波器，但滤波特性不够理想。信道内还存在非线性效应等原因，因此容易产生路间干扰和波形失真。而光纤通信的波分复用技术中通常采用光栅作为解复用器，但光栅一般体积较大，而且很难将频率很接近的信号分开。
最新开发的可见光MIMO技术基于频分复用的理念，采用多个LED光源分别发送多个频率的光信号，在信号接收端采用分频器件把各个频率的信号分别提取出来。传统的频分复用接收***体积较大且频率分辨率不高，如果要集成在手机等小型的移动设备中会很不方便。
发明内容
本发明的目的是提供一种多输入多输出可见光发射装置、方法及接收装置、方法，以克服传统频分复用接收***体积较大、频率分辨率不高的缺点。
为解决上述问题，本发明提供了一种多输入多输出可见光信号发射装置，包括：信号发射单元和信号调制单元；
所述信号发射单元中包括由1个以上的发光器件组成的阵列，其中，各发光器件用于发射可见光，不同发光器件发出的可见光的频率不同；
所述信号调制单元用于将每一个信道的信号加载到一个频率的可见光上，且不同频率的可见光承载的信号属于不同的信道；其中，不同频率的可见光在不同时刻功率大小发生变化。
进一步地，
所述信号发射单元中还包括2个以上的滤光片，每一个发光器件发出的可见光经过不同的滤光片后透出的可见光的频率互不相同。
进一步地，
所述发光器件为发光二极管（LED）、场致电子发射显示器（FED）或有机发光二极管（OLED）。
本发明还提供了一种多输入多输出可见光信号接收装置，包括：信号接收单元和信号处理单元；
所述信号接收单元中沿入射光方向依次包括：入射光准直装置、一层基底及探测阵列芯片；
所述入射光准直装置用于保证入射光垂直入射到所述基底上；
所述基底上的与入射光垂直的一个表面上附有挡光层，所述挡光层上设有由2个以上的具有不同孔径尺寸的衍射孔构成的衍射孔二维阵列，各衍射孔的孔径尺寸与入射光波长接近，各衍射孔的深度与所述挡光层厚度相同；
所述探测阵列芯片中包括2个以上的探测像素元，各探测像素元的位置与所述衍射孔二维阵列中各个衍射孔的位置相互错开；所述探测阵列芯片的探测信号输出端与所述信号处理单元相连接，用于将各探测像素元探测到的各频率可见光的功率发送给所述信号处理单元；
信号处理单元用于根据接收到的所述各探测像素元探测到的各频率光的功率及预知的所述各探测像素元对各频率分量的探测率，对不同频率可见光传输的各信道数据进行解数据。
进一步地，
所述用于根据接收到的所述各探测像素元探测到的各频率可见光的功率及预知的所述各探测像素元对各频率分量的探测率，对不同频率可见光传输的各信道数据进行解数据，具体包括：
将各频率的可见光的功率值作为未知数，将接收到的所述各探测像素元探测到的功率值作为增广矩阵，将事先测得的所述各探测像素元对各频率分量的探测率作为系数矩阵，通过正则化方法求解矩阵方程，得到各频率可见光在某时刻的功率大小。
进一步地，
所述入射光准直装置采用吸光材料做成柱状，入射光在柱状材料中间透过。
进一步地，
所述基底采用透明材料制作。
进一步地，
所述挡光层由不透明材料制作。
进一步地，
所述探测像素元为电荷耦合元件（CCD）或互补金属氧化物半导体元件（CMOS）。
进一步地，
信号处理单元还用于根据计算得到的各个频率的可见光的功率，将可见光信号转变成电信号，再分到各个子信道进行传输，并用解调器进行解调，得到原来的调制信号。
相应地，本发明还提供了一种多输入多输出可见光信号发射方法，应用于可见光信号发射装置中，包括：
所述可见光信号发射装置中的各发光器件发射可见光，其中，不同发光器件发出的可见光的频率不同；
将每一个信道的信号加载到一个频率的可见光上，且不同频率的可见光承载的信号属于不同的信道；其中，不同频率的可见光在不同时刻功率大小发生变化。
进一步地，
所述发光器件为发光二极管（LED）、场致电子发射显示器（FED）或有机发光二极管（OLED）。
相应地，本发明还提供了一种多输入多输出可见光信号接收方法，应用于可见光信号接收装置中，包括：
入射光准直装置将入射光垂直入射到基底上；
基底上的与入射光垂直的一个表面上附有挡光层，所述挡光层上的由2个以上的具有不同孔径尺寸的衍射孔构成的衍射孔二维阵列投射出可见光；其中，各衍射孔的孔径尺寸与入射光波长接近，各衍射孔的深度与所述挡光层厚度相同；
探测阵列芯片中包括2个以上的探测像素元，各探测像素元的位置与所述衍射孔二维阵列中各个衍射孔的位置相互错开；所述探测阵列芯片的探测信号输出端与所述信号处理单元相连接，将各探测像素元探测到的各频率可见光的功率发送给所述信号处理单元；
信号处理单元根据接收到的所述各探测像素元探测到的各频率可见光的功率及预知的所述各探测像素元对各频率分量的探测率，对不同频率的可见光传输的各信道数据进行解数据。
进一步地，
所述根据接收到的所述各探测像素元探测到的各频率可见光的功率及预知的所述各探测像素元对各频率分量的探测率，对不同频率可见光传输的各信道数据进行解数据，具体包括：
将各频率的可见光的功率值作为未知数，将接收到的所述各探测像素元探测到的功率值作为增广矩阵，将事先测得的所述各探测像素元对各频率分量的探测率作为系数矩阵，通过正则化方法求解矩阵方程，得到各频率可见光在某时刻的功率大小。
进一步地，
信号处理单元还根据计算得到的各个频率的可见光的功率，将可见光信号转变成电信号，再分到各个子信道进行传输，并用解调器进行解调，得到原来的调制信号。
本发明具有以下有益效果：
1、采用发光器件加滤波片的方法得到各频率的可见光，各频率的可见光的获得只需要在相同的可见光源后面加入不同的滤波片即可，降低了成本；
2、可见光信号接收装置可以采用普通材料制作，体积小、抗震动干扰能力强、制作工艺简单、集成度高。探测阵列芯片可采用CCD或者CMOS，二者都是成熟产品，可以很方便地得到，并集成到小型的移动终端（如手机）里；
3、各信道的频率分布密集、频率分布范围宽。由于探测阵列芯片的探测像素元的数量决定了信号接收装置的频率分辨率，探测阵列芯片所能探测到的可见光信号频率范围决定了各信道频率的分布范围，如今探测阵列芯片如CCD、CMOS的探测像素元很容易达到百万至千万以上，其测量范围覆盖了整个可见光波段，因此该MIMO可见光***可以实现很高的频率分辨率并在较宽的可见光信号频率范围内传送数据，从而大大提高了信号传送的容量。
附图说明
图1为本发明实施例中MIMO可见光通信***的立体结构示意图；
图2为本发明实施例中采用的入射光信号的频率划分方法示意图；
图3是采用本发明MIMO可见光通信***得到的光信号仿真图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在本实施例中，可见光通信***中包括信号发射装置和信号接收装置；其中，信号发射装置中包括：信号发射单元和信号调制单元；信号接收装置中包括信号接收单元和信号处理单元。具体地：
信号发射单元中包括由1个以上的发光器件组成的阵列，各发光器件用于发射可见光。为了实现频分复用，该信号发射单元中还可以包括2个以上的滤光片，每一个发光器件发出的可见光经过不同的滤光片后透出的可见光的频率互不相同，分别为f1,f2,f3,…fn；其中，n为滤光片的个数；不同发光器件发出的可见光的频率不同，发光器件可以但不限于采用LED（Light-Emitting Diode，发光二极管）、FED（Field Emission Display，场致电子发射显示器）或OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）实现；
信号调制单元用于分别将每一个信道的信号加载到某一频率的可见光上，不同频率的可见光承载的信号属于不同的信道；不同频率的可见光在不同时刻的功率大小会发生变化；
信号接收单元中沿入射光方向依次包括：入射光准直装置，采用吸光材料做成柱状，入射光在柱状材料中间透过，用于保证入射光垂直入射到衍射孔二维阵列；一层基底，采用透明材料制作；一个构建在基底与入射光垂直的一个表面上的挡光层，该挡光层由不透明材料制成，其上有由2个以上具有不同孔径尺寸的衍射孔构成的衍射孔二维阵列，各衍射孔的孔径尺寸与入射光波长接近（入射光波长的范围就是可见光波长的范围，为350nm-770nm之间，各衍射孔孔径尺寸与入射光的波长在同一个或大一个数量级），各衍射孔的深度与挡光层厚度相同；包括2个以上探测像素元的探测阵列芯片，该探测阵列芯片可以是CCD（Charge-coupled Device，电荷耦合元件）或CMOS（Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体元件），探测阵列芯片的探测信号输出端与信号处理单元相连接，探测阵列芯片中的每一个探测像素元的位置与衍射孔二维阵列中每一个衍射孔的位置相互错开；
信号处理单元主要由计算分析部件组成，用于对不同频率的可见光传输的各信道数据进行解数据。解数据的过程如下：将各频率的可见光的功率值作为未知数；将探测阵列芯片的不同位置处的探测像素元探测到的功率值作为增广矩阵；事先测得探测阵列芯片不同位置处的各探测像素元对各频率分量的探测率，并将该探测率作为系数矩阵；通过正则化方法求解矩阵方程，就可以得到各频率可见光在某时刻的功率大小。通过探测阵列芯片连续快速测量，信号处理单元连续快速计算，就可以得到各频率可见光在各时刻的功率大小，进而获知各频率可见光在各时刻的信号。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明MIMO可见光通信***的核心部件包括：
发光器件阵列（本示例中以LED阵列为例）、入射光准直装置、衍射孔二维阵列、一层基底及探测阵列芯片。
如图1所示，LED阵列7用于发送不同频率的可见光，其中，每一个LED发出一种频率的可见光信号。透镜6为入射光准直装置，以保证可见光信号垂直入射到衍射孔二维阵列。基底3由透明材料制成（如聚合物PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）或者PS（聚苯乙烯））；衍射孔二维阵列1构建在基底3表面的挡光层2中，挡光层2由不透明材料制成，可采用金属铬，所述衍射孔二维阵列包括一系列具有不同孔径尺寸的衍射孔，且各衍射孔的孔径尺寸与入射光波长接近，各衍射孔的深度相同且都等于挡光层的厚度；探测阵列芯片5中含有一个以上的探测像素元，这些探测像素元经过校准后，可以确保相同波长、相同功率的可见光入射到这些探测像素元时，各像素元输出的数据相同；所述衍射孔二维阵列中各个衍射孔与所述探测阵列芯片中的各个探测像素元的位置相互错开；
在发射端，为了实现频分复用，可以将一个以上的可见光源的可见光分别经过不同的滤光片后透出，经过各个滤光片的出射光的频率互不相同，分别为f1,f2,f3,…fn.，将所需传送的各信道信号加载到不同的频率f1,f2,f3,…fn可见光上，用LED阵列或其他发光元件阵列对不同频率的可见光信号在不同时刻的功率大小变化进行传送。
在接收端，可见光信号首先经过入射光准直装置，以保证可见光信号垂直入射到衍射孔二维阵列；接着，可见光信号通过衍射孔二维阵列，透过大小不等的衍射孔孔径，可见光信号会发生不同程度的衍射，在各个衍射孔下方形成不同的光强分布。最终在探测阵列芯片中的探测像素元测量到不同的可见光功率，探测所得数据可组成一个线性方程组：将各频率可见光在入射光中的功率值作为未知数，将探测阵列芯片的不同位置处的探测像素元探测到的值作为增广矩阵，将事先测得的探测阵列芯片不同位置处的各探测像素元对各频率分量的探测率，并将该探测率作为系数矩阵；通过正则化方法求解矩阵方程，就可以得到各频率可见光在某时刻的功率大小。通过探测阵列芯片连续快速测量，信号处理单元连续快速计算，就可以得到各频率可见光在各时刻的信号。
其中，具体的可见光处理方法为:
如图2所示，横坐标表示频率，单位是赫兹；纵坐标是归一化光信号功率，单位是瓦特每赫兹。用微积分的方法把入射光信号按照频率划分成n等份，每一份取其中心频率，每一份的频宽为Δf。假设发射端发出了n种不同频率的可见光信号，每一路信号占用一个频率f，将每一路可见光信号的中心频率设为f1,f2,…fn，频宽为Δf。当信号数目n比较大时，那么根据微积分的原理，入射光的整个光功率可以用下式表示：
其中，P(fj)表示频率为fj的信号幅度。当入射光通过衍射孔二维阵列后，探测阵列芯片中的各探测像素元可以探测到衍射作用后的可见光功率。一方面，探测像素元接收到的功率可以通过自身直接探测；而另一方面，探测像素元探测到的功率也可以通过入射光的功率进行计算得到。因为每个频率可见光的功率（即图中每一个小矩形的面积）被某个像素元探测到时都有一定程度的减小。而由于不同大小的衍射孔发生不同程度的衍射使得入射光的每个频率分量的可见光在每个探测像素元上减小的比例都不一样。当器件做好后，减小的比例是一个固定值，可以事先通过测量入射光束中每个频率的可见光经过衍射孔二维阵列后入射到某一个探测像素元上被该像素元所探测的探测率计算得出。因此就可以得到一个方程，方程的左边是探测像素元的功率测量值，方程组的右边是入射光中各个频率可见光的功率大小与探测像素元对入射光各个频率可见光的探测率分别相乘后再相加所得到的计算值。假设入射光经衍射孔二维阵列后被第i个探测像素元所探测，该探测像素元上得到的可见光功率大小可表示为：
其中，Cij(j=1,2,…,n)分别为第i个探测像素元对频率为fj可见光的探测率。当在探测阵列芯片上选取n个探测像素元时，这n个像素元就可以测得一系列功率，这些功率可以用矩阵的形式表示，其中，探测率组成系数矩阵C，而各探测阵列芯片中的探测像素元测得数据组成增广矩阵y，表示如下:
Cx=y
和
其中，Cij(i=1,2,3…n)(j=1,2,3…n)代表的是第i个探测像素元对频率为fj可见光的探测率，该探测率为第i个探测像素元接收到的频率为fj的可见光功率与入射光中该频率的可见光功率的比值，当器件做好后，这个比值是固定值，可以事先测量得到。由于上述方程组中的增广矩阵的数值不是准确的数值，存在测量误差，上述方程组为病态方程组，很难用普通的方法去计算。因此，用Tikhonov正则化方法可以更好地求解该线性方程组。最后得到的入射光各个频率的可见光信号的大小可以通过对P(f1),P(f2),…P(fn)进行拟合而得到。
由于光波中所传递的信号是随时间变化的，探测阵列芯片所探测的值也是时刻变化的，所以最终计算出的各个频率的可见光信号大小也是随时间变化的，这样将各个频率的可见光信号转变成电信号，再分到各个子信道进行传输，并用解调器进行解调，就可得到原来的调制信号。
图3是采用本发明MIMO可见光通信***并用上述正规化计算方法得到的可见光信号的仿真结果，该图比较了发送信号与接收信号，图中，横坐标表示波长，单位是纳米；纵坐标是归一化可见光信号功率，单位是瓦特每赫兹。测量波长范围为400nm到800nm，由图可见，发送信号与接收信号数据吻合很好。
此外，在本实施例中，相应地，一种多输入多输出可见光信号发射方法，应用于可见光信号发射装置中，包括：
所述可见光信号发射装置中的各发光器件发射可见光，其中，不同发光器件发出的可见光的频率不同；
将每一个信道的信号加载到一个频率的可见光上，且不同频率的可见光承载的信号属于不同的信道；其中，不同频率的可见光在不同时刻功率大小发生变化。
较佳地，
所述发光器件为发光二极管（LED）、场致电子发射显示器（FED）或有机发光二极管（OLED）
一种多输入多输出可见光信号接收方法，应用于可见光信号接收装置中，包括：
入射光准直装置将入射光垂直入射到基底上；
基底上的与入射光垂直的一个表面上附有挡光层，所述挡光层上的由2个以上的具有不同孔径尺寸的衍射孔构成的衍射孔二维阵列投射出可见光；其中，各衍射孔的孔径尺寸与入射光波长接近，各衍射孔的深度与所述挡光层厚度相同；
探测阵列芯片中包括2个以上的探测像素元，各探测像素元的位置与所述衍射孔二维阵列中各个衍射孔的位置相互错开；所述探测阵列芯片的探测信号输出端与所述信号处理单元相连接，将各探测像素元探测到的各频率可见光的功率发送给所述信号处理单元；
信号处理单元根据接收到的所述各探测像素元探测到的各频率可见光的功率及预知的所述各探测像素元对各频率分量的探测率，对不同频率的可见光传输的各信道数据进行解数据。
较佳地，
所述根据接收到的所述各探测像素元探测到的各频率可见光的功率及预知的所述各探测像素元对各频率分量的探测率，对不同频率可见光传输的各信道数据进行解数据，具体包括：
将各频率的可见光的功率值作为未知数，将接收到的所述各探测像素元探测到的功率值作为增广矩阵，将事先测得的所述各探测像素元对各频率分量的探测率作为系数矩阵，通过正则化方法求解矩阵方程，得到各频率可见光在某时刻的功率大小。
较佳地，
信号处理单元还根据计算得到的各个频率的可见光的功率，将可见光信号转变成电信号，再分到各个子信道进行传输，并用解调器进行解调，得到原来的调制信号。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。根据本发明的发明内容，还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (19)
1.一种可见光通信***，包括多输入多输出可见光信号发射装置和多输入多输出可见光信号接收装置，其中，
所述多输入多输出可见光信号发射装置包括：信号发射单元和信号调制单元；
所述信号发射单元中包括由1个以上的发光器件组成的阵列，其中，各发光器件用于发射可见光，不同发光器件发出的可见光的频率不同；
所述信号调制单元用于将每一个信道的信号加载到一个频率的可见光上，且不同频率的可见光承载的信号属于不同的信道；其中，不同频率的可见光在不同时刻功率大小发生变化；
所述多输入多输出可见光信号接收装置包括：信号接收单元和信号处理单元；所述信号接收单元中沿入射光方向依次包括：入射光准直装置、一层基底及探测阵列芯片；
所述入射光准直装置用于保证入射光垂直入射到所述基底上；
所述基底上的与入射光垂直的一个表面上附有挡光层，所述挡光层上设有由2个以上的具有不同孔径尺寸的衍射孔构成的衍射孔二维阵列，各衍射孔的孔径尺寸与入射光波长接近，各衍射孔的深度与所述挡光层厚度相同；
所述探测阵列芯片中包括2个以上的探测像素元，各探测像素元的位置与所述衍射孔二维阵列中各个衍射孔的位置相互错开；所述探测阵列芯片的探测信号输出端与所述信号处理单元相连接，用于将各探测像素元探测到的各频率可见光的功率发送给所述信号处理单元；
信号处理单元用于根据接收到的所述各探测像素元探测到的各频率光的功率及预知的所述各探测像素元对各频率分量的探测率，对不同频率可见光传输的各信道数据进行解数据；还用于根据计算得到的各个频率的可见光的功率，将可见光信号转变成电信号，再分到各个子信道进行传输，并用解调器进行解调，得到原来的调制信号；其中，不同频率的可见光在不同时刻功率大小发生变化。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于：
所述信号发射单元中还包括2个以上的滤光片，每一个发光器件发出的可见光经过不同的滤光片后透出的可见光的频率互不相同。
3.如权利要求1所述的***，其特征在于：
所述发光器件为发光二极管LED、场致电子发射显示器FED或有机发光二极管OLED。
4.如权利要求1所述的***，其特征在于：
所述用于根据接收到的所述各探测像素元探测到的各频率可见光的功率及预知的所述各探测像素元对各频率分量的探测率，对不同频率可见光传输的各信道数据进行解数据，具体包括：
将各频率的可见光的功率值作为未知数，将接收到的所述各探测像素元探测到的功率值作为增广矩阵，将事先测得的所述各探测像素元对各频率分量的探测率作为系数矩阵，通过正则化方法求解矩阵方程，得到各频率可见光在某时刻的功率大小。
5.如权利要求1所述的***，其特征在于：
所述入射光准直装置采用吸光材料做成柱状，入射光在柱状材料中间透过。
6.如权利要求1所述的***，其特征在于：
所述基底采用透明材料制作。
7.如权利要求1所述的***，其特征在于：
所述挡光层由不透明材料制作。
8.如权利要求1所述的***，其特征在于：
所述探测像素元为电荷耦合元件CCD或互补金属氧化物半导体元件CMOS。
9.一种多输入多输出可见光信号接收装置，应用于可见光通信***，包括：信号接收单元和信号处理单元；所述信号接收单元中沿入射光方向依次包括：入射光准直装置、一层基底及探测阵列芯片；
所述入射光准直装置用于保证入射光垂直入射到所述基底上；
所述基底上的与入射光垂直的一个表面上附有挡光层，所述挡光层上设有由2个以上的具有不同孔径尺寸的衍射孔构成的衍射孔二维阵列，各衍射孔的孔径尺寸与入射光波长接近，各衍射孔的深度与所述挡光层厚度相同；
所述探测阵列芯片中包括2个以上的探测像素元，各探测像素元的位置与所述衍射孔二维阵列中各个衍射孔的位置相互错开；所述探测阵列芯片的探测信号输出端与所述信号处理单元相连接，用于将各探测像素元探测到的各频率可见光的功率发送给所述信号处理单元；
信号处理单元用于根据接收到的所述各探测像素元探测到的各频率光的功率及预知的所述各探测像素元对各频率分量的探测率，对不同频率可见光传输的各信道数据进行解数据；还用于根据计算得到的各个频率的可见光的功率，将可见光信号转变成电信号，再分到各个子信道进行传输，并用解调器进行解调，得到原来的调制信号；其中，不同频率的可见光在不同时刻功率大小发生变化。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：
所述用于根据接收到的所述各探测像素元探测到的各频率可见光的功率及预知的所述各探测像素元对各频率分量的探测率，对不同频率可见光传输的各信道数据进行解数据，具体包括：
将各频率的可见光的功率值作为未知数，将接收到的所述各探测像素元探测到的功率值作为增广矩阵，将事先测得的所述各探测像素元对各频率分量的探测率作为系数矩阵，通过正则化方法求解矩阵方程，得到各频率可见光在某时刻的功率大小。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于：
所述入射光准直装置采用吸光材料做成柱状，入射光在柱状材料中间透过。
12.如权利要求9所述的装置，其特征在于：
所述基底采用透明材料制作。
13.如权利要求9所述的装置，其特征在于：
所述挡光层由不透明材料制作。
14.如权利要求9所述的装置，其特征在于：
所述探测像素元为电荷耦合元件CCD或互补金属氧化物半导体元件CMOS。
15.一种可见光通信方法，包括多输入多输出可见光信号发射方法和多输入多输出可见光信号接收方法，其中，
所述多输入多输出可见光信号发射方法，应用于可见光信号发射装置中，包括：
所述可见光信号发射装置中的各发光器件发射可见光，其中，不同发光器件发出的可见光的频率不同；
将每一个信道的信号加载到一个频率的可见光上，且不同频率的可见光承载的信号属于不同的信道；其中，不同频率的可见光在不同时刻功率大小发生变化；
所述多输入多输出可见光信号接收方法，应用于可见光通信***的可见光信号接收装置中，包括：
入射光准直装置将入射光垂直入射到基底上；
基底上的与入射光垂直的一个表面上附有挡光层，所述挡光层上的由2个以上的具有不同孔径尺寸的衍射孔构成的衍射孔二维阵列投射出可见光；其中，各衍射孔的孔径尺寸与入射光波长接近，各衍射孔的深度与所述挡光层厚度相同；
探测阵列芯片中包括2个以上的探测像素元，各探测像素元的位置与所述衍射孔二维阵列中各个衍射孔的位置相互错开；所述探测阵列芯片的探测信号输出端与信号处理单元相连接，将各探测像素元探测到的各频率可见光的功率发送给所述信号处理单元；
信号处理单元根据接收到的所述各探测像素元探测到的各频率可见光的功率及预知的所述各探测像素元对各频率分量的探测率，对不同频率的可见光传输的各信道数据进行解数据；信号处理单元还根据计算得到的各个频率的可见光的功率，将可见光信号转变成电信号，再分到各个子信道进行传输，并用解调器进行解调，得到原来的调制信号；其中，不同频率的可见光在不同时刻功率大小发生变化。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：
所述发光器件为发光二极管LED、场致电子发射显示器FED或有机发光二极管OLED。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于：
所述根据接收到的所述各探测像素元探测到的各频率可见光的功率及预知的所述各探测像素元对各频率分量的探测率，对不同频率可见光传输的各信道数据进行解数据，具体包括：
将各频率的可见光的功率值作为未知数，将接收到的所述各探测像素元探测到的功率值作为增广矩阵，将事先测得的所述各探测像素元对各频率分量的探测率作为系数矩阵，通过正则化方法求解矩阵方程，得到各频率可见光在某时刻的功率大小。
18.一种多输入多输出可见光信号接收方法，应用于可见光通信***的可见光信号接收装置中，包括：
入射光准直装置将入射光垂直入射到基底上；
基底上的与入射光垂直的一个表面上附有挡光层，所述挡光层上的由2个以上的具有不同孔径尺寸的衍射孔构成的衍射孔二维阵列投射出可见光；其中，各衍射孔的孔径尺寸与入射光波长接近，各衍射孔的深度与所述挡光层厚度相同；
探测阵列芯片中包括2个以上的探测像素元，各探测像素元的位置与所述衍射孔二维阵列中各个衍射孔的位置相互错开；所述探测阵列芯片的探测信号输出端与信号处理单元相连接，将各探测像素元探测到的各频率可见光的功率发送给所述信号处理单元；
信号处理单元根据接收到的所述各探测像素元探测到的各频率可见光的功率及预知的所述各探测像素元对各频率分量的探测率，对不同频率的可见光传输的各信道数据进行解数据；信号处理单元还根据计算得到的各个频率的可见光的功率，将可见光信号转变成电信号，再分到各个子信道进行传输，并用解调器进行解调，得到原来的调制信号；其中，不同频率的可见光在不同时刻功率大小发生变化。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于：
所述根据接收到的所述各探测像素元探测到的各频率可见光的功率及预知的所述各探测像素元对各频率分量的探测率，对不同频率可见光传输的各信道数据进行解数据，具体包括：
将各频率的可见光的功率值作为未知数，将接收到的所述各探测像素元探测到的功率值作为增广矩阵，将事先测得的所述各探测像素元对各频率分量的探测率作为系数矩阵，通过正则化方法求解矩阵方程，得到各频率可见光在某时刻的功率大小。
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| CN109412698B (zh) * | 2018-10-10 | 2022-01-25 | 南京邮电大学 | 一种基于衍射效应的多输入多输出光通信***及通信方法 |
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0338789A2 (en) * | 1988-04-21 | 1989-10-25 | Photonics Corporation | Infrared data communications |
| CN101674133A (zh) * | 2008-09-12 | 2010-03-17 | 株式会社东芝 | 利用单一光源的可见光通信*** |
| CN102224692A (zh) * | 2008-11-25 | 2011-10-19 | 三星电子株式会社 | 可见光通信***和用于发送信号的方法 |
| CN102227883A (zh) * | 2008-11-28 | 2011-10-26 | 三星电子株式会社 | 用于发送和接收可见光通信数据的装置 |
| CN102592520A (zh) * | 2012-02-27 | 2012-07-18 | 郭丰亮 | 基于led可见光通信的lcd背光平板显示器 |
| CN202393706U (zh) * | 2011-12-28 | 2012-08-22 | 武汉邮电科学研究院 | 基于荧光式探头的光纤多参数水质分析仪 |
| CN102811091A (zh) * | 2012-07-06 | 2012-12-05 | 北京邮电大学 | 基于可见光通信的宽带接入装置及方法 |
| CN102928079A (zh) * | 2012-10-16 | 2013-02-13 | 南京邮电大学 | 一种基于衍射孔阵列的微型光谱仪 |
| CN103023612A (zh) * | 2012-11-30 | 2013-04-03 | 南京邮电大学 | 基于白光led的预编码mu-mimo室内可见光通信*** |
| CN103051381A (zh) * | 2011-10-13 | 2013-04-17 | 内诺兰达公司 | 消除可见光通讯中环境光干扰的方法 |
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Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0338789A2 (en) * | 1988-04-21 | 1989-10-25 | Photonics Corporation | Infrared data communications |
| CN101674133A (zh) * | 2008-09-12 | 2010-03-17 | 株式会社东芝 | 利用单一光源的可见光通信*** |
| CN102224692A (zh) * | 2008-11-25 | 2011-10-19 | 三星电子株式会社 | 可见光通信***和用于发送信号的方法 |
| CN102227883A (zh) * | 2008-11-28 | 2011-10-26 | 三星电子株式会社 | 用于发送和接收可见光通信数据的装置 |
| CN103051381A (zh) * | 2011-10-13 | 2013-04-17 | 内诺兰达公司 | 消除可见光通讯中环境光干扰的方法 |
| CN202393706U (zh) * | 2011-12-28 | 2012-08-22 | 武汉邮电科学研究院 | 基于荧光式探头的光纤多参数水质分析仪 |
| CN102592520A (zh) * | 2012-02-27 | 2012-07-18 | 郭丰亮 | 基于led可见光通信的lcd背光平板显示器 |
| CN102811091A (zh) * | 2012-07-06 | 2012-12-05 | 北京邮电大学 | 基于可见光通信的宽带接入装置及方法 |
| CN202889653U (zh) * | 2012-09-27 | 2013-04-17 | 淮南师范学院 | 基于无线传感器网络的火灾分级预警网络***协调器 |
| CN102928079A (zh) * | 2012-10-16 | 2013-02-13 | 南京邮电大学 | 一种基于衍射孔阵列的微型光谱仪 |
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