实时100Mb/s高速可见光MIMO-OFDM通信理论与实现

To combat with the key issues of the visible light communication (VLC) which is limited by illumination mode, inter-symbol interference (ISI), low signal to noise ratio at the receiver, this project proposes adaptive multi-input multi-output (MIMO) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technique for as the type of transmitting and receiving, and accurately estimates the optical wireless transmission channel by pilot signal. A perfect transmission channel model is given. According to the analysis of channel situation, the modulation of each subcarrier is flexibly changed and the power of each subcarrier is adaptively distributed. The optimum illumination and receiving modes are obtained by comparison of different illumination and receiving modes. The theory system of high speed VLC (>100Mbps) based on the adaptive MIMO-OFDM technique is shown. The scientific significances and application value of this project are important in motivating the practical application of optical communications.

针对光无线通信受限于照明方式、码间干扰，接收端信噪比低等关键问题，项目提出自适应的多进多出正交频分复用技术的发射接收方式，通过采用导频信号对光无线传输信道进行准确估计，形成完善的信道传输模型，根据信道分析情况来灵活改变各子载波的调制方式及动态分配各子载波的负载，采用对比不同方式的照明及接收方案，得出最佳的照明及接收方式，利用发送接收均衡技术，完成超100Mb/s 基于自适应MIMO OFDM技术的可见光实时传输的理论验证系统。本项目对推进可见光通信的实用化有着重要的科学意义和应用价值。

随着互联网中多媒体、会议电视和虚拟现实等高带宽应用的普及以及物联网、云计算等大数据技术的发展，互联网用户的数据业务需求与日俱增，市场对带宽的要求不断增加，能够提供高带宽、低成本的接入方式的光无线通信技术得到了广泛的关注及迅速的发展。可见光通信结合了光纤通信和无线通信各自的优点，在无线接入方面有着巨大的成本和技术优势。. 在实际应用中，要实现高速可见光通信，必须克服LED光源本身一些固有的缺点：1）调制带宽受限 2）信号的非线性损伤3）多径干扰的影响等。使用先进的调制格式及均衡算法的可见光通信系统能有效的克服上述缺陷。因此，在实现高速可见光通信的实用化发展过程中，先进调制格式及均衡算法在光无线通信中的理论与实现技术的研究将具有重要意义。. 本项目对“实时100Mb/s高速可见光MIMO-OFDM通信理论与实现”等相关关键技术进行了深入研究。主要包括以下几方面：针对室内高速可见光通信带宽主要受限于LED较低的调制带宽等问题而提出一种基于非成像MIMO-OFDM技术的可见光通信系统；针对传统OFDM用于可见光通信系统时存在非线性损伤大而提出可应用于可见光通信系统的DWT-OFDM和DCT-OFDM技术；针对实际使用环境中多径干扰的影响而提出的SSD-OFDM技术；针对传统的室内定位方法结构复杂、定位精度差，而提出一种基于信号相关技术的RSS可见光定位系统。设计并实现了可见光系统理论验证硬件实验平台，方便对可见光系统的各种技术理论做实验验证。项目研究取得了一系列创新成果，在国际学术会议上发表多篇论文，并申请了多项国内发明专利。