[发明专利]一种多色可见光通信照明和收发机联合优化技术

说明书

本发明公开了一种多色可见光通信照明和收发机联合优化技术，包括一种多色可见光照明和收发机设备和一种对多色可见光通信照明和收发机联合优化方法；所述一种多色可见光照明和收发机的设备以四色发光二极管（QLED）灯作为发射，PD（光电检测器）和相应颜色的滤光片为接收机；所述一种对多色可见光通信照明和收发机联合优化方法，以最小化MSE（均方误差）为准则，对预编码矩阵、均衡矩阵和光通量分配比例进行联合优化；本发明的优势在于，在实现可靠通信的同时兼顾了高品质照明，考虑了实际照明需求，保证了其的直接应用，相比于在接收端忽略干扰的VLC（可见光通信）系统，可以获得更好的系统性能增益。

技术领域

本发明涉及可见光设备改进技术领域，具体为一种多色可见光通信照明和收发机联合优化技术。

背景技术

过去十几年，LED照明研究机构和可见光通信研究机构围绕各自的性能指标提升做了大量的、富有成效的研究工作。但是，这些研究工作是相对独立的，对于通信来说，往往在意的是传输速率和通信性能；而对于照明来说，追求的是所需的照明质量。可见光通信是LED绿色照明与无线通信相结合的产物，通信与照明深度融合是其发展的本质要求。目前市面上常见的LED主要有两种，一种是蓝光灯芯激发黄色荧光粉进而发出白光，一种是多基色合成产生白光。随着照明产业的发展，多色LED以其高显指、高等效带宽、绿色健康的优势逐渐代替了单色LED，成为照明市场的主导。

基于多色传输的可见光通信系统可以同时实现高质量的照明和高速率的通信。传统的波分复用没有考虑信道串扰，认为滤光片是理想的，然而LED的辐射光谱具有一定的线宽，随着信道个数的增加，各个颜色的光谱间会出现重叠。尽管在接收端有滤光片的选择作用，然而实际中的滤光片不可能是理想的，滤光片无法对光谱重叠部分进行区分，此时信道串扰将产生。另外，由于LED同时作为照明源和信号发射器，所以在进行系统设计时必须兼顾照明质量和通信性能。

因此，需要对收发机和照明联合进行优化设计，寻找使系统的通照性能都能达到最佳的预编码、均衡矩阵和光通量分配比例。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多色可见光通信照明和收发机联合优化技术，以解决上述背景技术提出的寻找使系统的通照性能都能达到最佳的预编码、均衡矩阵和光通量分配比例问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多色可见光通信照明和收发机联合优化技术，在考虑信道串扰的情况下，利用多色MIMO系统模型，通过对收发机和照明联合进行优化设计，寻找使系统的通照性能都能达到最佳的预编码、均衡矩阵和光通量分配比例，包括一种多色可见光照明和收发机系统和一种对多色可见光通信照明和收发机联合优化方法；

一种多色可见光照明和收发机系统，包括四色发光二极管(QLED)灯、PD和相应颜色的滤光片，其中四色发光二极管(QLED)灯为发射机，PD和相应颜色的滤光片为接收机；

其中，所述四色发光二极管(QLED)灯、PD和相应颜色的滤光片构成了基于多色LED的多色MIMO可见光系统，该系统中，调制信号经过预编码加上直流偏置后经过四色发光二极管(QLED)发送，进入光信道传输，在接收端经过滤光片选择后被PD接收，然后PD接收到的信号经过一个MMSE均衡器得到判决信号。

发送信号和接收信号间的MSE如下：

MSE＝E[(d-s)^T(d-s)]

＝Tr[WHFR_s(WHF)^T]-Tr(WHFR_s)-Tr[R_s(WHF)^T]+Tr(R_s)+Tr(WR_nW^T)