一种多输入多输出的光通信系统及其信号复原方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MMO)的光通信系统及其信号复原方法。
【背景技术】
[0002] 光通信就是以光波为载波的通信方式。在无线通信中，可见光通信（Visible LightCommunications，VLC)技术迅速发展，成为一种新型无线通信方式。通过在公共基 础照明设施上增加数据传输辅助功能，将通信与室内照明光源相结合，就可构建室内可见 光无线通信网络，实现信息从服务器到达客户端的无线传输。由于可见光与日常生活息息 相关，办公室、家庭以及公共场合中许多设备均含可见光光源，例如办公室的电灯、道路上 的信号灯、广场上的显示屏等等。因而可见光通信技术作为无线电通信技术在室内通信的 取代或补充技术，具有极大的发展前景，已引起了人们广泛关注和研宄。在光纤通信中，光 纤凭借其频带宽，损耗低，抗干扰能力强，成本低，保真度高等优点，已经成为现代通信不可 缺少的一部分。而伴随着信息社会的高速发展，人们对信息传递的要求随之加大。波分复 用、偏振复用和高阶调制等技术的使用，使得光纤的传输容量已经接近其香农极限，光纤通 信技术的研宄任重而道远。多输入多输出（MIM0)无线传输技术是通信领域的一项重要技 术突破，它能在不增加带宽与功率的情况下成倍地提高无线通信系统的容量。MIM0技术通 过在不同的发射源发送独立的数据流以获得高速高容量数据传输，是新一代无线通信系统 中的关键技术之一。
[0003] 因此，将MM0技术应用于光通信具有巨大的应用前景，但也存在一些问题。比如， 传统MIM0可见光通信技术中不同信道采用不同的单一频率的信号光源，但这样的光源颜 色单一，无法采用传统照明所用的白光光源。再如，有些可见光MM0技术采用二维码技术 进行信号编码，但二维码的编码规则复杂，因此对光源排列有特殊要求。而且信号发射光源 只能采用点光源，而无法采用面光源，使人眼的舒适度降低。又如，在光纤通信中，光发射端 需要精确控制光载波的波长、偏振态、及入射光纤的传输模式，在光接收端需采用复杂的解 复用器将波长、偏振态、及传输模式分离开来以恢复传输数据。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种多输入多输出的光 通信系统及其信号复原方法，可在正常照明的同时实现大容量信号的传输，且结构简单、成 本低廉。
[0005] 本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0006] -种多输入多输出的光通信系统，包括光信号发射端和光信号接收端，
[0007] 所述光信号发射端包括相互连接的光强调制单元、光信号发送单元，所述光信号 发送单元包括相互之间频谱互有重叠但又不完全相同的n个宽带光源，光强调制单元将n 路信号分别调制至n个宽带光源生成相应的光调制信号；n为大于1的整数；
[0008] 所述光信号接收端包括分光器件、光信号接收器，以及与光信号接收器连接的信 号处理单元；所述分光器件可令不同频率的入射光经过后形成不同的光强分布，且相同频 率的入射光经过分光器件的不同部位所产生的光强角分布也不同；所述光信号接收器为具 有相同频谱响应的n个光探测器所组成的光探测器阵列。
[0009] 上述技术方案中的分光器件可采用各种现有或将有的结构，只要能够使得不同频 率的入射光经过后形成不同的光强分布，且相同频率的入射光经过分光器件的不同部位所 产生的光强角分布也不同即可。以下为几种优选方案：
[0010] 所述分光器件包括透明基底，所述透明基底的至少一个表面上固着有至少一层透 明涂层，所述透明涂层中包含有一组尺寸或形状不均匀分布的气泡。
[0011] 所述分光器件包括透明基底，所述透明基底的一个表面上附着有不透明材料制作 的挡光层，挡光层上设置有由一系列具有不同孔径尺寸的衍射孔所构成的衍射孔二维阵 列，且各衍射孔孔径尺寸与入射光波长接近。
[0012] 所述分光器件包括透明基底，所述透明基底的至少一个表面上固着有至少一层纳 米粒子涂层，所述纳米粒子涂层由一组纳米至微米尺度的透明粒子构成，且透明粒子的尺 寸或形状的分布不均匀。
[0013] 所述分光器件包括不透明基底，所述不透明基底朝向入射光的表面上固着有一层 纳米粒子膜，所述纳米粒子膜包括一组纳米至微纳米尺度的大小不等的不透明材料粒子， 且所述不透明材料粒子在纳米粒子膜中呈不均匀分布。
[0014] 所述分光器件包括透明基底，所述透明基底的至少一个表面上固着有一层纳米粒 子膜，所述纳米粒子膜包括一组纳米至微纳米尺度的大小不等的不透明材料粒子，且所述 不透明材料粒子在纳米粒子膜中呈不均匀分布。
[0015] 优选地，所述光信号发送单元包括分别贴有不同滤波膜的n个频谱相同的宽带光 源；所述n个频谱相同的宽带光源优选白光光源。
[0016] 如上任一技术方案所述所述光通信系统的信号复原方法，包括以下步骤：
[0017] 步骤1、假设t时刻n个宽带光源所发射的n路原始信号分别为S'S' 2，…S' n， 设t时刻光探测器阵列中的n个光探测器所接收到的光强分别为Ip12，…In;
[0018] 步骤2、信号处理单元通过求解以下方程得到Si，S2，…Sn:
【主权项】
1. 一种多输入多输出的光通信系统，包括光信号发射端和光信号接收端，其特征在于， 所述光信号发射端包括相互连接的光强调制单元、光信号发送单元，所述光信号发送单元 包括相互之间频谱互有重叠但又不完全相同的η个宽带光源，光强调制单元将η路信号分 别调制至η个宽带光源生成相应的光调制信号；η为大于1的整数； 所述光信号接收端包括分光器件、光信号接收器，以及与光信号接收器连接的信号处 理单元；所述分光器件可令不同频率的入射光经过后形成不同的光强分布，且相同频率的 入射光经过分光器件的不同部位所产生的光强角分布也不同；所述光信号接收器为具有相 同频谱响应的η个光探测器所组成的光探测器阵列。
2. 如权利要求1所述光通信系统，其特征在于，所述分光器件包括透明基底，所述透明 基底的至少一个表面上固着有至少一层透明涂层，所述透明涂层中包含有一组尺寸或形状 不均匀分布的气泡。
3. 如权利要求1所述光通信系统，其特征在于，所述分光器件包括透明基底，所述透明 基底的一个表面上附着有不透明材料制作的挡光层，挡光层上设置有由一系列具有不同孔 径尺寸的衍射孔所构成的衍射孔二维阵列，且各衍射孔孔径尺寸与入射光波长接近。
4. 如权利要求1所述光通信系统，其特征在于，所述分光器件包括透明基底，所述透明 基底的至少一个表面上固着有至少一层纳米粒子涂层，所述纳米粒子涂层由一组纳米至微 米尺度的透明粒子构成，且透明粒子的尺寸或形状的分布不均匀。
5. 如权利要求1所述光通信系统，其特征在于，所述分光器件包括不透明基底，所述不 透明基底朝向入射光的表面上固着有一层纳米粒子膜，所述纳米粒子膜包括一组纳米至微 纳米尺度的大小不等的不透明材料粒子，且所述不透明材料粒子在纳米粒子膜中呈不均匀 分布。
6. 如权利要求1所述光通信系统，其特征在于，所述分光器件包括透明基底，所述透明 基底的至少一个表面上固着有一层纳米粒子膜，所述纳米粒子膜包括一组纳米至微纳米尺 度的大小不等的不透明材料粒子，且所述不透明材料粒子在纳米粒子膜中呈不均匀分布。
7. 如权利要求1~6任一项所述光通信系统，其特征在于，所述光信号发送单元包括分 别贴有不同滤波膜的η个频谱相同的宽带光源。
8. 如权利要求7所述光通信系统，其特征在于，所述η个频谱相同的宽带光源均为白光 光源。
9. 如权利要求1~6任一项所述光通信系统，其特征在于，还包括通过光波导连接的光 耦合器、光分路器，光耦合器设置于光信号发送单元之后，光分路器设置于分光器件之前。
10. 如权利要求1~9任一项所述光通信系统的信号复原方法，其特征在于，包括以下 步骤： 步骤1、假设t时刻η个宽带光源所发射的η路原始信号分别为S' i，S' 2，…S' η，设t 时刻光探测器阵列中的η个光探测器所接收到的光强分别为I1, 12,…In; 步骤2、信号处理单元通过求解以下方程得到S1, S2，…Sn:
/ TT / /" 、\ 式中，]
为信道传输矩阵；HijQ = 1，2···η) (j = 1，2···η)表示 光信号发送器中第j个光源单独点亮的条件下，其所发出的光信号被信号接收器中的第i 个光探测器所检测到的光强度与该光源发射强度分别减去背景噪声后的比值，通过实验预 先得到； 步骤3、取S1, S2，…SnSn个值的平均值作为判决门限，将S i，S2，…5"与判决门限进行 比较，根据光信号发射端所使用的光强调制方式，得到t时刻光信号发送器中η个宽带光源 传输的实际信号。
【专利摘要】本发明公开了一种多输入多输出的光通信系统及其信号复原方法。包括光信号发射端和光信号接收端；光信号发射端包括相互连接的光强调制单元、光信号发送单元，光信号发送单元包括相互之间频谱互有重叠但又不完全相同的n个宽带光源，光强调制单元将n路信号分别调制至n个宽带光源生成相应的光调制信号；光信号接收端包括分光器件、光信号接收器、信号处理单元；所述分光器件可令不同频率的入射光经过后形成不同的光强分布，且相同频率的入射光经过分光器件的不同部位所产生的光强角分布也不同；光信号接收器为具有相同频谱响应的n个光探测器所组成的光探测器阵列。本发明能在照明的同时实现大容量信号的传输，且结构简单、实现容易。
【IPC分类】H04B10-50, H04B10-60, H04B10-116
【公开号】CN104660344
【申请号】CN201510068163
【发明人】杨涛, 许超, 何浩培, 黄维, 李兴鳌, 韦玮, 仪明东
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月9日