基于卷帘快门效应和正交码的无前导码显示-相机通信理论框架

《IEICE Transactions on Communications》：Theoretical framework of preamble-free display-camera communication exploiting rolling shutter effect and orthogonal codes

　　

摘要：

在显示 - 相机通信 (DCC) 中，收发异步以及采样率不匹配会导致时域符号间干扰 (ISI)，并且需要同步前导码，从而从根本上限制了有效吞吐量。本文提出了一种基于时空自同步和最大比合并 (MRC) 的无前导码解调方案。通过将零和正交码叠加到发送数据上，所提出的方案利用卷帘快门引起的时域相位的空间映射作为固有指纹，从单帧捕获图像中稳健地估计时域参数。在严格的物理假设下，本文证明了同步模型的数学唯一性，并表明零和码在结构上消除了时域 ISI 以及直流 (DC) 分量，例如环境光和硬件偏移。随后，MRC 最优地恢复时域分散的光能量，以最大化输出信噪比 (SNR)。此外，由几何和能量限制决定的基本物理界限得到了系统性的公式化。信息论优化揭示了一个高度可扩展的性能区间，定量评估证实所提出的架构有效地利用了时域。具体来说，它实现了持续的 Mbps 级有效吞吐量，在相同能量潜力下，相比传统无协调系统实现了 5 倍以上的改进，从而克服了接收端帧率瓶颈。