CN102244635A - 可见光通信***及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可见光通信***及其方法，涉及无线光通信技术领域，所述***包括发送端和接收端，输入信号经发送端转换为光信号后，通过光无线通道传送到接收端，接收端将其转换为电信号输出；所述发送端包括相连接的：CI-OFDM调制电路，用于对用户输入数据进行CI-OFDM调制；白光LED驱动电路，用于将CI-OFDM调制电路产生的电信号转换为光信号；所述接收端包括相连接的：PD光电检测器，用于将接收到的光信号进行P/D转换，将光信号转换为电信号；CI-OFDM解调电路，用于对接收数据进行CI-OFDM解调。本发明能够有效提高可见光通信***的传输质量，降低OFDM传输信号的峰均功率比。

Description

可见光通信***及其方法

技术领域

本发明涉及无线光通信技术领域，尤其涉及一种可见光通信***及其方法。

背景技术

为满足未来大容量泛在无线通信的发展需求，探索应用新的频谱乃至光谱资源以实现泛在宽带无线通信已成为当前世界范围研究热点和竞争焦点。可见光通信(Visible Light Communication，VLC)技术是一种宽带无线接入技术，它通过发光二极管发出的肉眼察觉不到闪烁的高速明暗信号来传输信息，但能被光电探测器等器件捕获并检测，在提供照明的同时可传输数据，并能够以极丰富的频谱资源(超宽光谱频段约375THz，1THz＝1000GHz)提供大容量通信服务。与此同时，用于通信的照明光源可以安装在任何地方，减少了覆盖盲区。特别是它不受复杂电磁干扰的影响，对于煤矿安全生产、医疗监护、海洋勘探等核心应用领域的信息化建设具有特殊意义。由此，可见光通信将为解决频谱瓶颈和覆盖盲区的问题提供有效的技术途径。

在任何通信***的发展前进中，调制技术的研究是必不可少的组成部分。同样，在可见光通信***中，我们要根据***提供业务的不同，选择相应的调制技术。当前，在光无线通信***中，大都采用两种调制方案：一是简单的无载波调制，即无需载波调制，直接发送基带脉冲实现数据传送。它的优点是实现简单，典型实现方法为强度调制一直接检测(IM-DD)。二是载波调制，即将基带脉冲调制到多个频率载波上传送，相比第一种方案其实现方法复杂些，但这种方案可以更好的改善***的性能。目前常用的有OOK，PPM，BPSK，QAM等载波调制技术。

目前一方面由于实用环境越来越复杂，抗多径效应等问题影响了***性能的进一步提高，另一方面由于LED的调制带宽很低，只有几兆赫兹，大大限制了传输数据的速率，以上的调制方式，已经不能满足光无线通信的高速率和强抗干扰能力的性能指标。

已有研究表明，在可见光通信中采用OFDM调制技术，具有带宽扩展性强、抗多径衰落、高速率等优点。然而，可见光OFDM***存在其自身缺陷：比如无频率分集使误码率性能受信道谱零点的严重影响；峰均功率比(PAPR)过大导致发射功率放大器的非线性问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种可见光通信***及其方法，其能够有效提高可见光通信***的传输质量，降低OFDM传输信号的峰均功率比。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种可见光通信***，包括发送端和接收端，输入信号经发送端转换为光信号后，通过光无线通道传送到接收端，接收端将其转换为电信号输出；

所述发送端包括相连接的：

CI-OFDM调制电路，用于对用户输入数据进行CI-OFDM调制；

白光LED驱动电路，用于将CI-OFDM调制电路产生的电信号转换为光信号；

所述接收端包括相连接的：

PD光电检测器，用于将接收到的光信号进行P/D转换，将光信号转换为电信号；

CI-OFDM解调电路，用于对接收数据进行CI-OFDM解调。

其中，所述白光LED驱动电路，包括晶体管、分压偏置电路和白光LED光源，其中，所述晶体管、分压偏置电路用于为所述白光LED光源提供适当的偏置电流和调制电流。

其中，所述***还包括放大器，与所述PD光电检测器和所述CI-OFDM解调电路分别连接，用于补偿信号传输以及转换过程中的衰减。

一种利用前述可见光通信***进行通信的方法，包括以下步骤：

A：CI-OFDM调制电路对输入数据进行调制，将其转换为离散的CI-OFDM符号；

B：白光LED驱动电路将所述CI-OFDM符号转换为光信号并发送；

C：PD光电检测器接收白光LED驱动电路发射的光信号，并将其转换成电信号；

D：CI-OFDM解调电路对电信号进行解调得到用户数据。

其中，所述步骤A，进一步包括：

A1：CI-OFDM调制电路产生长度为M的载波干涉扩频序列；

A2：输入的二进制数据流经过星座映射后产生调制信号；

A3：将所产生的调制信号进行串并变换，产生M个并行的符号；

A4：将所产生的每个符号用相应的所述扩频序列扩频后相加；

A5：对相加后的M个并行的符号进行补零运算，得到N个数据符号；

A6：对所得到的N个数据符号进行IDFT运算，并加入循环前缀后输出；

A7：将所得输出信号进行并串转换后生成离散的CI-OFDM符号。

其中，所述步骤A1，进一步包括：

产生M×M离散傅立叶矩阵如下：

其中， $W_M=\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}}{M}\right).$

其中，所述步骤A5进一步包括：补N-M个零，即在M个数据符号的两端各补(N-M)/2个零，其中，M≤N＝2ⁿ，N为子载波的路数，n为任意正整数。当M＝N时，所有扩频序列的码片在N路子载波上面发送；当M＜N时，所有扩频序列只在M路子载波上面发送，其余子载波为不传数据的零载波。

其中，所述步骤D，进一步包括：

D1：由PD光电检测器接收白光LED发射的光信号，并将其转换成电信号；

D2：去除所得数字信号的循环前缀CP，得到N个数据符号；

D3：对所得到的N个数据符号进行DFT处理后输出；

D4：对输出信号进行去零运算，去除N-M个零，即在N个数据符号的两端各去除(N-M)/2个零；

D5：进入各个扩频序列的匹配滤波器，匹配后经过合并再经并串变换后输出；

D6：对串行输出信号进行符号解调后得到用户数据。

其中，所述步骤D1，进一步包括：通过放大器补偿信号衰减得到相应的数字信号。

(三)有益效果

本发明在可见光通信***中引入载波干涉OFDM(CI-OFDM)调制技术，并在CI-OFDM传输过程中，星座映射后的数据经串/并转换后，通过所有子载波同时传送，有效提高了可见光通信***的传输质量，另外，本发明为了让接收端能够分离同时传送的不同数据，在对每个数据进行调制时都乘上了相互正交的CI码信息，CI码能使每个数据调制的时域波形峰值均匀错开，不再像OFDM那样由许多随机正弦信号相加，从而可以有效降低OFDM传输信号的PAPR，提升了可见光通信***的整体性能。

附图说明

图1为本发明所述可见光通信***的结构示意图；

图2为本发明所述可见光通信***的通信方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明所述的可见光通信***，包括发送端和接收端，输入信号经发送端转换为光信号后，通过光无线通道传送到接收端，接收端将其转换为电信号输出；

所述发送端包括相连接的：

CI-OFDM调制电路，用于对用户输入数据进行CI-OFDM调制；

白光LED驱动电路，用于将CI-OFDM调制电路产生的电信号转换为光信号；

所述接收端包括相连接的：

PD光电检测器，用于将接收到的光信号进行P/D转换，将光信号转换为电信号；

CI-OFDM解调电路，用于对接收数据进行CI-OFDM解调。

其中，所述白光LED驱动电路，包括晶体管、分压偏置电路和白光LED光源，其中，所述晶体管、分压偏置电路用于为所述白光LED光源提供适当的偏置电流和调制电流。

其中，所述***还包括放大器，与所述PD光电检测器和所述CI-OFDM解调电路分别连接，用于补偿信号传输以及转换过程中的衰减。

如图2所示，本发明所述的利用前述可见光通信***进行通信的方法，包括以下步骤：

A：CI-OFDM调制电路对输入数据进行调制，将其转换为离散的CI-OFDM符号；

本步骤中，进一步包括：

A1：CI-OFDM调制电路产生长度为M的载波干涉扩频序列；

本步骤中，进一步包括：

产生M×M离散傅立叶矩阵如下：

其中， $W_M=\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}}{M}\right).$

A2：输入的二进制数据流经过星座映射后产生调制信号；

A3：将所产生的调制信号进行串并变换，产生M个并行的符号；

A4：将所产生的每个符号用相应的所述扩频序列扩频后相加；

A5：对相加后的M个并行的符号进行补零运算，得到N个数据符号；

本步骤中，补N-M个零，即在M个数据符号的两端各补(N-M)/2个零，其中，M≤N＝2ⁿ，N为子载波的路数，n为任意正整数。当M＝N时，所有扩频序列的码片在N路子载波上面发送；当M＜N时，所有扩频序列只在M路子载波上面发送，其余子载波为不传数据的零载波。

A6：对所得到的N个数据符号进行IDFT运算，并加入循环前缀后输出；

A7：将所得输出信号进行并串转换后生成离散的CI-OFDM符号。

B：白光LED驱动电路将所述CI-OFDM符号转换为光信号并发送；

C：PD光电检测器接收白光LED驱动电路发射的光信号，并将其转换成电信号；

D：CI-OFDM解调电路对电信号进行解调得到用户数据。

本步骤中，进一步包括：

D1：由PD光电检测器接收白光LED发射的光信号，并将其转换成电信号；

本步骤中，还可通过放大器，对转换后的电信号进行放大，以补偿信号衰减得到相应的数字信号。

D2：去除所得数字信号的循环前缀CP，得到N个数据符号；

D3：对所得到的N个数据符号进行DFT处理后输出；

D4：对输出信号进行去零运算，去除N-M个零，即在N个数据符号的两端各去除(N-M)/2个零；

D5：进入各个扩频序列的匹配滤波器，匹配后经过合并再经并串变换后输出；

D6：对串行输出信号进行符号解调后得到用户数据。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种可见光通信***，其特征在于，包括发送端和接收端，输入信号经发送端转换为光信号后，通过光无线通道传送到接收端，接收端将其转换为电信号输出；

所述发送端包括相连接的：

CI-OFDM调制电路，用于对用户输入数据进行CI-OFDM调制；

白光LED驱动电路，用于将CI-OFDM调制电路产生的电信号转换为光信号；

所述接收端包括相连接的：

PD光电检测器，用于将接收到的光信号进行P/D转换，将光信号转换为电信号；

CI-OFDM解调电路，用于对接收数据进行CI-OFDM解调。

2.如权利要求1所述的可见光通信***，其特征在于，所述白光LED驱动电路，包括晶体管、分压偏置电路和白光LED光源，其中，所述晶体管、分压偏置电路用于为所述白光LED光源提供适当的偏置电流和调制电流。

3.如权利要求1所述的可见光通信***，其特征在于，还包括放大器，与所述PD光电检测器和所述CI-OFDM解调电路分别连接，用于补偿信号传输以及转换过程中的衰减。

4.一种利用权利要求1-3中任一项所述可见光通信***进行通信的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：CI-OFDM调制电路对输入数据进行调制，将其转换为离散的CI-OFDM符号；

B：白光LED驱动电路将所述CI-OFDM符号转换为光信号并发送；

C：PD光电检测器接收白光LED驱动电路发射的光信号，并将其转换成电信号；

D：CI-OFDM解调电路对电信号进行解调得到用户数据。

5.如权利要求4所述进行通信的方法，其特征在于，所述步骤A，进一步包括：

A1：CI-OFDM调制电路产生长度为M的载波干涉扩频序列；

A2：输入的二进制数据流经过星座映射后产生调制信号；

A3：将所产生的调制信号进行串并变换，产生M个并行的符号；

A4：将所产生的每个符号用相应的所述扩频序列扩频后相加；

A5：对相加后的M个并行的符号进行补零运算，得到N个数据符号；

A6：对所得到的N个数据符号进行IDFT运算，并加入循环前缀后输出；

A7：将所得输出信号进行并串转换后生成离散的CI-OFDM符号。

6.如权利要求4所述进行通信的方法，其特征在于，所述步骤A1，进一步包括：

产生M×M离散傅立叶矩阵如下：

其中， $W_M=\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}}{M}\right).$

7.如权利要求5所述进行通信的方法，其特征在于，所述步骤A5，进一步包括：在M个数据符号的两端各补(N-M)/2个零。

8.如权利要求4所述进行通信的方法，其特征在于，所述步骤D，进一步包括：

D1：由PD光电检测器接收白光LED发射的光信号，并将其转换成电信号；

D2：去除所得数字信号的循环前缀CP，得到N个数据符号；

D3：对所得到的N个数据符号进行DFT处理后输出；

D4：对输出信号进行去零运算，去除N-M个零；

D5：进入各个扩频序列的匹配滤波器，匹配后经过合并再经并串变换后输出；

D6：对串行输出信号进行符号解调后得到用户数据。

9.如权利要求8所述进行通信的方法，其特征在于，所述步骤D1，进一步包括：通过放大器补偿信号衰减得到相应的数字信号。

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