CN103490825A - 用于可见光通信的多光源ofdm发射方法与发射机 - Google Patents

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Abstract

一种用于可见光通信的多光源OFDM发射方法，将调制符号经过串并转换分为N路，分别调制到N路子载波f0至fN-1上得到N路子载波信号，将所述N路子载波信号加载到N个LED光源上分别产生一个光信号，所述LED光源的相互距离使得所述光信号在空间中叠加，本发明还提供了一种用于可见光通信的多光源OFDM发射机，包括用于将调制符号转换分为N路的串/并转换模块；用于将所述N路信号分别调制到N路子载波f0至fN-1上的调制模块；以及用于加载所述N路子载波以产生光信号的N个LED光源本发明发射机可以显著地降低对器件的线性区范围的需求，同时在一定程度上提高功率效率。

Description

用于可见光通信的多光源OFDM发射方法与发射机
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及用于可见光通信的多光源OFDM发射方法与发射机。
背景技术
LED照明技术凭借自身节能、寿命长、可靠等优点得以迅速普及，而基于白光LED的可见光通信技术也随之兴起。可见光通信技术利用了LED的快速开关响应特性，将加载信息以照明光的形式通过自由空间发送出去，同时利用PD（光电二极管）等光电转换器件接收光信号并转换成电信号，进而获取信息。但是，LED的物理带宽受限是制约这项技术推广的一个瓶颈。
OFDM是一种特殊的多载波传输技术，它将高速率的信息符号并行化成低速率符号，然后在多个正交的子载波上并行发射。它可以减小频率选择性衰落带来的影响，而且有较高的频谱利用率，极大地弱化了LED的受限带宽给通信性能造成的影响，在可见光通信领域是个热门的研究课题。
传统的OFDM***结构框图如图1所示，该结构的巧妙之处在于，通过一个IFFT，可以直接将多路子载波信号混叠一起的信号算出来，而不需要单独计算每一路子载波。另外，FFT/IFFT算法的成熟度很高，同样降低了该结构的计算量。
将OFDM***的典型结构用于可见光通信，信号的发射与接收实现如图2所示，然而，OFDM信号具有极高的峰值功率，它的峰均功率比（PAPR）很大，不仅大大降低了功率效率（由于LED无法调制负值信号，需要加大直流偏置，或者减小信号幅度），而且对器件的线性区范围提出了苛刻的要求（保证信号不发生严重的幅值截止等非线性失真）。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供用于可见光通信的多光源OFDM发射方法与发射机，可以显著地降低对器件的线性区范围的需求，同时在一定程度上提高功率效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于可见光通信的多光源OFDM发射方法，将调制符号经过串并转换分为N路，分别调制到N路子载波f0至fN-1上得到N路子载波信号，将所述N路子载波信号加载到N个LED光源上分别产生一个光信号，所述LED光源的相互距离使得所述光信号在空间中叠加。
其中所述N路子载波f0至fN-1是互相正交的。
当接收端与发射端的距离L远大于LED光源之间距离d时（L≥10d），接收端使用FFT来还原OFDM信号。
进一步，可使用查找表技术把要发送的信号波形预先存储，在产生子载波信号时通过查表的方式找到对应的波形。
进一步，对每个LED光源均加直流偏置，偏置大小D高于信号的峰峰值而低于LED光源的线性范围。
进一步，所述LED光源的相互距离为2—20cm。
本发明还提供了一种用于可见光通信的多光源OFDM发射机，包括：
用于将调制符号转换分为N路的串/并转换模块；
用于将所述N路信号分别调制到N路子载波f0至fN-1上的调制模块；
以及用于加载所述N路子载波以产生光信号的N个LED光源；
其中所述LED光源的相互距离使得所述光信号在空间中叠加。
进一步，本发明发射机还包括存储有待发送信号波形的存储模块以及连接存储模块与串/并转换模块的查询模块。
进一步，本发明发射机还包括加在每个LED光源上的直流偏置模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）降低信号的峰均功率比，从而降低对器件的线性区范围的需求。
2）降低直流偏置消耗的功率，提高发射机的功率效率。
附图说明
图1是OFDM***的典型结构示意图。
图2是可见光通信中信号的发射与接收示意图。
图3是本发明OFDM发射机的基本结构示意图。
图4是本发明OFDM发射机的原理图。
图5是本发明16QAM星座映射图。
图6是一种可加载4路子载波的LED光源示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明放弃使用IFFT产生多路子载波混叠的时域信号，而是使用多光源产生。其中，每个光源单独产生单个子载波信号。各光源之间相距很近，产生的光信号在空间中有个交叠。当接收机与发射机的距离远大于光源直接的距离时，接收机可以使用FFT来还原OFDM信号。
OFDM发射机的基本结构如图3所示，包括用于将调制符号转换分为N路的串/并转换模块、用于将所述N路信号分别调制到N路子载波f0至fN-1上的调制模块、用于加载所述N路子载波以产生光信号的N个LED光源、存储有待发送信号波形的存储模块以及连接存储模块与串/并转换模块的查询模块以及加在每个LED光源上的直流偏置模块，其中所述LED光源的相互距离使得所述光信号在空间中叠加。
本发明的发射方法，如图4所示，调制符号依然经过串/并转换分为N路，分别调制到N路子载波f0至fN-1上得到N路子载波信号。这些子载波互相是正交的
Figure BDA0000390893880000031
N路子载波信号加载到N个靠得很近的LED光源上。这些光信号在空间中叠加，接收机可以接收这些光信号的叠加信号并通过FFT还原出各路子载波上的符号。
为了弥补因为放弃IFFT而造成计算量上升的缺陷，在产生子载波信号时，本发明使用了查找表技术（LUT）。即把要发送的信号波形预先存放在存储设备中，在产生信号时通过查表的方式找到对应的波形。
本发明发送的信号与OFDM经典结构发送的一样，都是数字信号。
通过IFFT，计算的是N个时域点上的叠加信号，而本发明中每个光源单独计算N个时域点上的子载波信号。
例如要发送的符号值为Xk，使用的子载波为fl，那么，需要预先在存储设备中存入值为Xk、
Figure BDA0000390893880000041
的数据，共N个。
由于采用数字信号，所调制的符号的数目是有限的（例如64QAM有64个符号），记为q，那么，每路子载波在传输一个符号时，时域波形有q中可能性。对于每种可能性，需要计算出N个点。一共有N个子载波，因此，需要存储的数据量上限为N2q。
根据符号映射的方式，存储量有继续优化的空间。比如对于QAM，如图5所示，可以利用星座图的对称性，将存储量降低为原先的1/4。
图6是一种可加载4路子载波的LED光源示意图，在灯杯6中有四个灯珠5，分别是第一LED光源1、第二LED光源2、第三LED光源3以及第四LED光源4，相互之间间距均控制在2-20cm之间，以使得产生的光信号在空间中能够交叠。
由于LED光源无法发送负值信号，每个光源单独加直流偏置。偏置大小D要高于信号的峰峰值而低于LED光源的线性范围。由于不同子载波分别加直流偏置，因此直流偏置较传统的IFFT方案要低得多。假设第l个光源的偏置大小是Dl，忽略保护间隔，那么IFFT方案需要的偏置大小是
Figure BDA0000390893880000042
功率相对于幅度是平方的关系。因为
Figure BDA0000390893880000043
因此本发明方案的直流功率要比传统的IFFT方案低。特别的，若D0＝D1＝…＝DN-1＝D，则
Figure BDA0000390893880000051
直流功率可以降到传统方案的1/N。

Claims (10)

1.一种用于可见光通信的多光源OFDM发射方法，将调制符号经过串并转换分为N路，分别调制到N路子载波f0至fN-1上得到N路子载波信号，其特征在于，将所述N路子载波信号加载到N个LED光源上分别产生一个光信号，所述LED光源的相互距离使得所述光信号在空间中叠加。
2.根据权利要求1所述的用于可见光通信的多光源OFDM发射方法，其特征在于，所述N路子载波f0至fN-1是互相正交的。
3.根据权利要求1所述的用于可见光通信的多光源OFDM发射方法，其特征在于，当接收端与发射端的距离L远大于LED光源之间距离d时，接收端使用FFT来还原OFDM信号。
4.根据权利要求3所述的用于可见光通信的多光源OFDM发射方法，其特征在于，所述接收端与发射端的距离L与LED光源之间距离d满足L≥10d时，接收端使用FFT来还原OFDM信号。
5.根据权利要求1所述的用于可见光通信的多光源OFDM发射方法，其特征在于，使用查找表技术把要发送的信号波形预先存储，在产生子载波信号时通过查表的方式找到对应的波形。
6.根据权利要求1所述的用于可见光通信的多光源OFDM发射方法，其特征在于，对每个LED光源均加直流偏置，偏置大小D高于信号的峰峰值而低于LED光源的线性范围。
7.根据权利要求1所述的用于可见光通信的多光源OFDM发射方法，其特征在于，所述LED光源的相互距离为2—20cm。
8.一种用于可见光通信的多光源OFDM发射机，其特征在于，包括：
用于将调制符号转换分为N路的串/并转换模块；
用于将所述N路信号分别调制到N路子载波f0至fN-1上的调制模块；
以及用于加载所述N路子载波以产生光信号的N个LED光源；
其中所述LED光源的相互距离使得所述光信号在空间中叠加。
9.根据权利要求8所述的用于可见光通信的多光源OFDM发射机，其特征在于，还包括存储有待发送信号波形的存储模块以及连接存储模块与串/并转换模块的查询模块。
10.根据权利要求8或9所述的用于可见光通信的多光源OFDM发射机，其特征在于，还包括加在每个LED光源上的直流偏置模块。
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