本技術(shù)涉及通信領(lǐng)域，具體涉及一種用于顯示和mimo系統(tǒng)的可見光通信方法。

背景技術(shù)：

1、隨著通信技術(shù)在人們生活中的應(yīng)用越來越廣泛，射頻波段的頻譜資源越來越稀缺，利用更多的頻譜資源成為了近期的研究熱點(diǎn)?？梢姽獠ǘ尉哂泻茇S富的頻譜資源，因此其作為一種新型的信息載體而備受關(guān)注。led快速亮滅的特性使得基于led的可見光通信應(yīng)運(yùn)而生。如何使vlc達(dá)到更高的傳輸速率是現(xiàn)階段的研究重點(diǎn)。micro-led作為一種新型光源，具有電流密度大、亮度高和調(diào)制帶寬高的特點(diǎn)，micro-led的調(diào)制帶寬可達(dá)幾百甚至上千兆赫茲，相較于普通led十兆左右的調(diào)制帶寬，極大的提升了vlc系統(tǒng)的信號(hào)帶寬。且micro-led具有微米級(jí)別的尺寸，具有高分辨率顯示的能力，極小的發(fā)射端的體積可以與芯片集成；dco-ofdm調(diào)制技術(shù)是一種針對(duì)光通信優(yōu)化的ofdm調(diào)制技術(shù)，可以提高vlc系統(tǒng)的頻帶利用率；均衡器可以減少碼間串?dāng)_，信號(hào)波形拖尾的問題，軟件預(yù)均衡較硬件均衡更容易針對(duì)特定系統(tǒng)優(yōu)化參數(shù)，在ofdm系統(tǒng)中使用單抽頭均衡器可以獲得較好的均衡效果；成像mimo通過使用透鏡或透鏡陣列，使光信號(hào)聚焦到探測(cè)器上，信道間干擾大大降低，充分利用空間資源來獲取更高的頻譜利用效率?；趍icro-led且結(jié)合ofdm、成像mimo技術(shù)的vlc系統(tǒng)有達(dá)到幾十gbps甚至上百gbps通信速率的能力。

2、現(xiàn)有技術(shù)中成像mimo使用成像透鏡將led陣列產(chǎn)生的光信號(hào)成像到攝像頭陣列上，每個(gè)發(fā)射單元對(duì)應(yīng)一個(gè)接收單元；還設(shè)計(jì)了反饋控制模塊，根據(jù)攜帶有調(diào)制參數(shù)的上行光信號(hào)啟動(dòng)自適應(yīng)調(diào)制模式?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)在于，系統(tǒng)使用普通商用led作為信號(hào)發(fā)射源，普通商用led的小帶寬以及攝像頭的低采樣率極大的限制了系統(tǒng)的傳輸速率，并沒有添加增加帶寬的均衡器。且增加發(fā)射單元需要增加發(fā)射led的數(shù)量，就會(huì)造成發(fā)射端體積的成倍增加，不利于與芯片進(jìn)行集成，成像透鏡的光路設(shè)計(jì)與系統(tǒng)搭建的復(fù)雜度增加，降低信道間干擾的步驟更加復(fù)雜。

3、現(xiàn)有技術(shù)中還有一種可見光自適應(yīng)空域調(diào)制方法，該方法設(shè)定了一個(gè)系統(tǒng)干擾容限，在系統(tǒng)的干擾程度不大于容限值的情況下對(duì)led陣列進(jìn)行選擇性點(diǎn)亮。即在mimo發(fā)射陣列中選定特定的幾個(gè)led參與信息的發(fā)射，以達(dá)到降低信道間干擾的目的。該現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)在于，商用led陣列受限于低帶寬，其傳輸速率有限，該技術(shù)為了降低信道間干擾選擇性的點(diǎn)亮部分led會(huì)使得信息傳輸效率進(jìn)一步降低。并且選擇性點(diǎn)亮led并不能實(shí)現(xiàn)顯示的功能。在一個(gè)通信系統(tǒng)中通信速率與系統(tǒng)誤碼率為正比關(guān)系，降低通信速率可以獲得誤碼率的降低，該方法以犧牲通信速率降低誤碼率，不適用于要獲取高通信速率的場(chǎng)景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出了一種用于顯示和mimo系統(tǒng)的可見光通信方法，結(jié)合了mimo和micro-led兩者的優(yōu)點(diǎn)，在調(diào)制帶寬提高的基礎(chǔ)上同時(shí)提高頻譜利用效率，能最大化可見光通信系統(tǒng)的通信速率，在顯示不同內(nèi)容時(shí)使得通信速率穩(wěn)定以及誤碼率低于閾值。

2、根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于顯示和mimo系統(tǒng)的可見光通信方法，所述mimo系統(tǒng)包括micro-led陣列，該micro-led陣列用于顯示及發(fā)射光信號(hào)，在顯示不同內(nèi)容時(shí)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，使得通信速率穩(wěn)定以及誤碼率低于閾值；所述方法包括：

3、獲取待顯示內(nèi)容以及待傳輸數(shù)據(jù)；

4、根據(jù)所述待顯示內(nèi)容單次需點(diǎn)亮的像素個(gè)數(shù)s，分別確定每個(gè)像素對(duì)應(yīng)信道的qam階數(shù)，其中，所述s的取值范圍為大于或等于2；

5、將所述待傳輸數(shù)據(jù)分成p組傳輸數(shù)據(jù)，以使每組傳輸數(shù)據(jù)通過一個(gè)信道傳輸，其中，s≥p≥2；

6、根據(jù)所述qam階數(shù)，對(duì)所述p組傳輸數(shù)據(jù)分別進(jìn)行qam映射，生成p組qam碼元；并對(duì)所述p組qam碼元分別進(jìn)行ofdm調(diào)制，生成p個(gè)調(diào)制信號(hào)；

7、基于所述p個(gè)調(diào)制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述micro-led陣列同步發(fā)射p路光信號(hào)并進(jìn)行通信；其中，通信過程中，根據(jù)下一個(gè)待顯示的內(nèi)容改變點(diǎn)亮的像素以及每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的信道的qam階數(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

8、優(yōu)選地，所述根據(jù)所述待顯示內(nèi)容單次需點(diǎn)亮的像素個(gè)數(shù)s，分別確定每個(gè)像素對(duì)應(yīng)信道的qam階數(shù)，包括：

9、向s個(gè)像素對(duì)應(yīng)信道同時(shí)發(fā)射測(cè)試信號(hào)，得到每個(gè)信道內(nèi)n個(gè)子載波的信噪比，所述n為自定義數(shù)值；

10、根據(jù)信噪比與qam階數(shù)的關(guān)系計(jì)算出每個(gè)信道內(nèi)每個(gè)子載波的qam階數(shù)，其中，所述信噪比與qam階數(shù)的關(guān)系表示如下：

11、

12、其中，所述mn表示第n個(gè)子載波的qam階數(shù)，snr?gap為根據(jù)信道狀況設(shè)置的實(shí)際信道容量與理論信道容量的差值，snr為信道的信噪比。

13、優(yōu)選地，所述向s個(gè)像素對(duì)應(yīng)信道同時(shí)發(fā)射測(cè)試信號(hào)，得到每個(gè)信道內(nèi)n個(gè)子載波的信噪比，包括：

14、獲取每個(gè)信道內(nèi)n個(gè)子載波的接收碼元與發(fā)射碼元；

15、根據(jù)所述接受碼元和發(fā)射碼元確定n個(gè)子載波的誤差矢量幅度evm；

16、根據(jù)所述誤差矢量幅度evm，分別確定出每個(gè)信道內(nèi)n個(gè)子載波的信噪比。

17、優(yōu)選地，根據(jù)所述qam階數(shù)，對(duì)所述p組傳輸數(shù)據(jù)分別進(jìn)行qam映射，生成p組qam碼元，包括：

18、將每組傳輸數(shù)據(jù)分為n組子數(shù)據(jù)，以使每組子數(shù)據(jù)搭載在一個(gè)子載波上；

19、將每個(gè)子載波上的子數(shù)據(jù)調(diào)制為當(dāng)前子載波對(duì)應(yīng)qam階數(shù)的qam碼元，生成n個(gè)qam符號(hào)，該n個(gè)qam符號(hào)為當(dāng)前傳輸數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的一組qam碼元，從而得到p組qam碼元。

20、優(yōu)選地，對(duì)所述p組qam碼元分別進(jìn)行ofdm調(diào)制，生成p個(gè)調(diào)制信號(hào)，包括：

21、向每組qam碼元包含的n個(gè)qam符號(hào)分別插入用于信道估計(jì)的導(dǎo)頻，生成n個(gè)頻域信號(hào)；

22、采用ifft將每個(gè)頻域信號(hào)分別轉(zhuǎn)換至?xí)r域，生成n個(gè)時(shí)域信號(hào)；

23、將每個(gè)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，并在ofdm幀的前端加上循環(huán)前綴，生成一組qam碼元對(duì)應(yīng)的一個(gè)調(diào)制信號(hào)，從而得到p組傳輸數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的p個(gè)調(diào)制信號(hào)。

24、優(yōu)選地，所述基于所述p個(gè)調(diào)制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述micro-led陣列同步發(fā)射p路光信號(hào)，并進(jìn)行通信，包括：

25、將所述p個(gè)調(diào)制信號(hào)與直流偏壓結(jié)合驅(qū)動(dòng)所述micro-led陣列發(fā)射p路光信號(hào)；

26、對(duì)所述p路光信號(hào)依次進(jìn)行光斑分離以及光斑聚焦，生成p路中間光信號(hào)；

27、對(duì)所述p路中間光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，得到p組數(shù)字信號(hào)；

28、分別對(duì)所述p組數(shù)字信號(hào)依次進(jìn)行ofdm解調(diào)和qam解映射，得到p組解調(diào)數(shù)據(jù)。

29、優(yōu)選地，將所述p個(gè)調(diào)制信號(hào)與直流偏壓結(jié)合驅(qū)動(dòng)所述micro-led陣列發(fā)射p路光信號(hào)，包括：

30、將所述p個(gè)調(diào)制信號(hào)導(dǎo)入所述mimo系統(tǒng)的波形發(fā)生器中，生成p個(gè)模擬信號(hào)；

31、將所述p個(gè)模擬信號(hào)與直流電源結(jié)合，并通過t型偏置器生成p個(gè)驅(qū)動(dòng)電信號(hào)；

32、將所述p個(gè)驅(qū)動(dòng)電信號(hào)分別加載至所述micro-led陣列中對(duì)應(yīng)的像素上。

33、優(yōu)選地，所述對(duì)所述p組數(shù)字信號(hào)依次進(jìn)行ofdm解調(diào)和qam解映射，得到p組解調(diào)數(shù)據(jù)，包括：

34、對(duì)每組數(shù)字信號(hào)依次進(jìn)行去除循環(huán)前綴、串并轉(zhuǎn)換、fft、信道估計(jì)、qam解映射和并串轉(zhuǎn)換，生成p組解調(diào)數(shù)據(jù)。

35、優(yōu)選地，所述對(duì)所述p路光信號(hào)依次進(jìn)行光斑分離以及光斑聚焦，生成p路中間光信號(hào)，包括：

36、利用單個(gè)凸透鏡對(duì)所述p路光信號(hào)進(jìn)行光斑分離，生成p路分離光信號(hào)；

37、利用透鏡陣列對(duì)所述p路分離光信號(hào)進(jìn)行光斑聚焦，生成p路中間光信號(hào)。

38、優(yōu)選地，所述mimo系統(tǒng)包括16個(gè)接收端和16個(gè)發(fā)射端；

39、所述micro-led陣列的-3db調(diào)制帶寬為200mhz時(shí)，所述mimo系統(tǒng)的通信速率達(dá)到37gbps。

40、本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明的基于micro-led陣列的可見光mimo通信系統(tǒng)采用micro-led形成4×4陣列作為發(fā)射源，取代了傳統(tǒng)的普通led陣列，發(fā)射源體積極小，僅需要一個(gè)凸透鏡即可將光路分離，發(fā)射端不需要復(fù)雜的透鏡陣列，不占用空間，有利于后續(xù)的工業(yè)化集成；

41、其次，本發(fā)明通過算法實(shí)現(xiàn)通信和顯示結(jié)合，不會(huì)因?yàn)轱@示內(nèi)容變化造成通信質(zhì)量變化，保證micro-led陣列有效的運(yùn)行通信和顯示的功能，具有實(shí)現(xiàn)新一代光互連的潛力；

42、此外，本發(fā)明以micro-led作為光源，micro-led具有高調(diào)制帶寬的特點(diǎn)，其調(diào)制帶寬高出普通led數(shù)十倍，能有效提高可見光通信的數(shù)據(jù)速率；

43、最后，本發(fā)明結(jié)合了mimo和micro-led，利用兩者的優(yōu)點(diǎn)，在調(diào)制帶寬提高的基礎(chǔ)上同時(shí)提高頻譜利用效率，能最大化可見光通信系統(tǒng)的通信速率。