基于彩色LED阵列的可见光MIMO通信系统实验研究

作     者：胡延静 

作者单位：黑龙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蔡喜平

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：可见光通信 光学相机通信 光学成像通信 MIMO技术 图像传感器应用 

摘      要：现如今随着人们对通信需求的增加,无线频谱资源紧缺的问题愈加严重,可见光通信作为一种新型通信方式有望解决这一问题,得到了研究者的广泛关注。光学相机通信是可见光通信的一个变体,具有频谱资源丰富、环保节能、成本低廉、安全性高等优点。同时由于智能设备的普及,手机摄像头可以作为一个接收设备进行随时随地的光通信,可以解决光通信接收端难铺设的问题,引起了科学家的广泛兴趣。然而光学相机通信也存在着一些亟待解决的困难。限制光学相机通信发展的首要因素就是相机帧率。相机帧率一般为几十帧每秒,如果以此速率直接传输数据,则系统通信速率会被限制在每秒几十比特,难以达到通信需求。与此同时,可见光相机通信系统还存在着收发端同步困难的问题。为了解决上述问题,提出了基于彩色发光二极管(Light Emitting Diode,LED)阵列的可见光多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)通信系统。以多个独立源同时发送数据,并将数据加载至LED颜色上,达到成倍提升系统通信速率的目的。设计了一种特殊的帧结构,通过在LED阵列边缘区域上设置校验数据区来进行有效数据的校验以及系统收发端的同步。为了提高彩色图像的解码率,将反向传播神经网络分类器引入颜色识别过程,提升通信系统的稳定性和可拓展性。构建了基于彩色LED的MIMO手机通信实验系统,并进行了实时通信实验。使用m序列作为通信数据进行实验探究,并以通信误码率为衡量标准分析了包括发射端刷新速率、相机偏转角、传输距离等各种因素对通信系统性能的影响。实验结果表明系统可以在通信范围内进行稳定的信息传输,实现了速率为4.824 kbps的实时通信。