[发明专利]波束域光无线通信方法和系统

说明书

本发明公开了波束域光无线通信方法和系统，基站配备光发送或接收或同时收发的端口阵列以及透镜，每个光收发端口经过透镜形成一个能量集中的波束，基站利用光收发端口阵列和透镜生成不同方向的波束，实现通信区域的多波束覆盖或大规模波束覆盖。基站利用各用户终端的信道状态信息发送/接收多个或大量用户终端的信号，不同的光收发端口发送/接收不同方向的信号，实现基站与不同用户终端的同时通信和双向通信。本发明解除了通信用户终端个数受光发送单元阵列个数的限制和单向通信的局限，充分利用空间资源，大幅提升频谱效率、功率效率和系统容量，提供巨容量的光无线通信能力，可用于构建巨容量热点覆盖、广域覆盖及蜂窝光无线通信系统。

技术领域

本发明属于光天线通信领域，特别涉及了波束域光无线通信方法和系统。

背景技术

光无线通信是近年来得到广泛关注的一种新型无线通信方式，基站或发送装置利用光发送单元，如发光二极管(LED)，将需要传输的数据加载到光信号上进行传输，用户终端或接收装置利用光接收单元，如光电二极管，接收光信号获取信息。与传统的射频无线通信方式相比，光无线通信具有绿色环保、无电磁干扰、节约能源、光源带宽大、通信网络简单、安全性高等优势，同时光无线通信可以缓解当前射频无线通信频谱资源紧张的问题，提供高速数据传输，满足未来无线通信高速、稳定、安全、环保等方面的要求，具有极大的发展前景。

在现有的光无线通信系统方案中，同一个光发送单元阵列中不同光发送单元到任一用户终端的信道具有高度相关性，只能发送一个数据流。为了实现多用户同时通信或同时传输多个数据流，现有方案在不同位置配置多个光发送单元阵列，利用多输入多输出(MIMO)技术增加空间维度。然而，光发送单元阵列个数制约同时服务的用户数，是系统性能进一步提升的瓶颈。另一方面，现有方案往往只能适应单向通信，而实际应用需要具备双向通信和双向信息交互能力。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供波束域光无线通信方法和系统，实现基站与不同用户终端同时通信和双向通信，提高频谱效率、功率效率和系统容量。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种波束域光无线通信的发送方法，波束域光无线通信的基站或发送装置配置光发送单元阵列和透镜，光发送单元阵列中的每个光发送单元发出的光信号经过透镜形成某一方向的波束，不同光发送单元发出的光信号经过透镜形成不同方向的波束，基站或发送装置利用光发送单元阵列和透镜在其通信范围内形成波束覆盖，不同波束覆盖不同区域，基站或发送装置在波束域内与各个用户终端或接收装置同时通信。

进一步地，所述光发送单元为发光二极管或激光二极管，不同光发送单元之间采用阻光或反光材料相隔，构成光发送单元阵列，所述光发送单元阵列采用方形阵列或圆形阵列。

进一步地，基站或发送装置配置单个或多个透镜；当配置单个透镜时，光发送单元阵列置于该透镜的焦平面上，每个光发送单元发出的光信号经过透镜折射到某一方向上，具有依赖于发送角度的能量集中特性，形成一个波束；当配置多个透镜时，每个透镜对应一个或多个光发送单元，每个透镜对应的光发送单元置于该透镜的焦平面上，每个光发送单元发出的光信号经过透镜形成一个波束，或是一个透镜对应的多个光发送单元发出的光信号经过该透镜形成一个波束。

进一步地，光无线通信过程在波束域中进行，包括波束域光下行传输；所述波束域光下行传输为，基站或发送装置利用各用户终端或接收装置的信道状态信息生成发送信号，同一光发送单元阵列中不同的光发送单元发送不同的信号，则该光发送单元阵列同时向不同用户终端或接收装置传输信号。

进一步地，在波束域光下行传输过程中，基站或发送装置利用各用户终端或接收装置的信道状态信息生成发送信号时，采用基于最大比发射或规则化迫零的线性预编码的波束域传输方式或者波束分多址下行传输方式。