CN105450577B - 一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***及方法 - Google Patents

一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***及方法，该***包括发送端和接收端，其核心分别为综合滤波器组处理和分析滤波器组处理模块，通过使用实值系数的子带综合滤波器，满足发送信号为实值的要求，并通过使用直流偏置，进一步满足发送信号为正值的要求，从而成功地将滤波器组多载波技术应用于可见光通信。相比于现有的基于OFDM多载波的可见光通信***，本发明提供的***具有两个明显的优势：一方面不需要对发送数据块附加循环前缀，从而节省了发送功率并提高了频谱利用效率；另一方面所提***能很好地支持异步传输模式，从而增加了***设计的灵活性，降低了对***收发端同步的要求，有利于降低***实现成本。

Description

一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***及方法
技术领域
本发明属于可见光通信领域，尤其涉及一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***及方法。
背景技术
目前，作为第五代蜂窝移动通信(5G)关键技术之一的可见光通信(VLC，VisibleLight Communication)正成为移动通信领域的研究热点。相比于现有射频波段通信***，可见光通信具有免频谱受权、潜在容量高、电磁兼容性好、安全保密、对人体无害和同时提供照明等诸多优势。
可见光通信按照收发机的相干性可分为相干(Coherent)可见光通信和非相干(Non-Coherent)可见光通信。相干可见光通信所用的技术和方法与射频通信几乎一致，而IM/DD(强度调制/直接检测)通信方案与射频通信则有很大的不同。相比于相干可见光通信，非相干可见光通信不需要调制和恢复基准载波，更易于实现，设备成本更低，是一种很有竞争力的通信方案。非相干可见光通信的主要实现方式是强度调制/直接检测(IM/DD，Intensity Modulation/Direct Detection)，即将信息调制在光源发出的光信号的强度(Intensity)上进行传输，在接收端使用光电探测器探测出光强的变化以恢复原来的信息。因此，IM/DD通信方式要求待发送信号必须为实数且为非负数，以满足光强度的物理意义。值得注意的是，IM/DD通信方案即可以应用在基于发光二极管(LED)的可见光无线通信中，也可以应用在基于光纤的可见光有线通信中。采用IM/DD方式通信的***所对应的传输信道一般就称为IM/DD信道。
鉴于IM/DD通信方式的重要性，本发明的技术内容限定于IM/DD通信方式，所公布的***和方法适用于IM/DD信道，包括无线通信信道和有线通信信道。
为充分挖掘可见光通信的潜力，作为多载波(MC,Multi-Carrier)技术的典型实现方案，正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术已经被广泛应用于可见光通信。在IM/DD通信方式范畴下，已经有多种典型的光OFDM***被陆续提出，包括直流偏置光OFDM(DCO-OFDM,Direct Current Optical OFDM)、非对称限幅光OFDM(ACO-OFDM,Asymmetrically Clipped Optical OFDM)、幅度调制离散多音(PAM-DMT,PulseAmplitude Modulation Discrete Multi Tone)、反转OFDM(Flip-OFDM)和增强的单极性OFDM(eU-OFDM，enhanced Unipolar OFDM)等。
尽管上述这些光OFDM***取得了较好的性能，然而，它们仍然存在一些共性的问题。典型的问题包括：1)这些光OFDM***都需要在数据传输的时候附加循环前缀(CP，Cyclic Prefix)，以便于消除码间干扰，但是，CP的引入一方面增加了发送功率，另一方面延长了发送时间，从而降低了频谱效率；2)OFDM***需要各个子载波严格同步，不支持异步传输模式，这使得这些光OFDM***在用于多用户通信的情形下对同步的要求非常严格，这会对收发端的设计带来很大挑战，也限制了***的灵活性。
因此，需要一种可以克服上述光OFDM缺陷的技术方案。
作为多载波技术的另一个典型实现方案，滤波器组多载波(FBMC，Filter BankMulti-Carrier)技术近年来也受到了业界的广泛关注，并在5G研究中作为替代OFDM的备选方案。这正是由于FBMC可以较好地克服OFDM的上述缺陷：FBMC不需要附加CP，其各个子载波(也称为子带)上的数据流也无需严格同步。然而，尽管在射频无线通信中FBMC的研究正在广泛开展，在可见光通信中，关于FBMC的研究报道却很少，且仅限于有线信道下的相干通信方式中。在IM/DD通信方式下，无论是有线还是无线通信，均未见相关论文或专利文献报道。如何在IM/DD信道下设计FBMC***，同时克服光OFDM***的缺陷，仍是一个亟待解决的问题。
发明内容
针对IM/DD通信方式下现有光OFDM***需要附加CP和对同步要求严格的缺陷，本发明提供了一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***及方法，可以克服现有***的缺陷。
为达到上述发明目的，本发明的技术方案是：一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***，包括发送端和接收端；
所述发送端，包括：
-接口与缓存模块，用于从外部应用接收并缓存所要传输的信息比特流；
-数字基带预处理模块，用于对信息比特流进行预处理，生成多路调制符号流；
-综合滤波器组处理模块，用于对所要传输的多路调制符号流进行综合滤波器组处理，使得每一路调制符号流分别加载到滤波器组的一个子带上，并叠加生成一路多载波数字信号流；
-数字/模拟转换模块，用于对所要传输的数字信号流进行数字/模拟转换，生成模拟信号；
-偏置与驱动电路模块，用于对模拟信号进行放大，同时附加直流偏置，使得经过放大和偏置后的模拟信号与光源的正常工作区间相匹配；
-光源，用于在经过放大和偏置的模拟电域信号的驱动下发光，从而将模拟电域信号转换为光强信号，并发送到可见光通信信道中；
所述接收端包括：
-光电转换器及其驱动电路模块，用于将接收到的光强信号通过光电转换器转换为电信号；
-放大滤波模块，用于对经过光电转换后的电域信号进行放大和滤波，使其信号幅度处于后接模拟/数字转换模块的工作区间，同时滤除直流分量以及带外噪声；
-模拟/数字转换模块，用于将放大滤波后的模拟电信号进行模拟/数字转换，生成数字电域信号，便于接收机处理；
-分析滤波器组处理模块，用于对数字电域信号进行分析滤波器组处理，将一路多载波信号重新分解为多路并行传输的符号流；
-均衡模块，用于对分析滤波器组输出的多路并行符号流的每一路进行均衡操作，消除信道畸变对信号产生的影响；
-数字基带后处理模块，用于对经过均衡的多路并行符号流进行后处理，恢复出原来的一路信息比特流；
-缓存与接口模块，用于缓存信息比特流并发送给外部目标应用。
进一步的，所述数字基带预处理模块具体包括：
-调制模块，用于对比特流进行脉冲幅度调制，生成调制符号流；
-串并转换模块，用于对调制符号流进行串并转换，将一路高速符号流转换成多路并行的低速调制符号流；
所述数字基带后处理模块具体包括：
-并串转换模块，用于将分析滤波器组输出的多路并行低速符号流进行并串转换，形成一路高速的符号流；
-符号判决模块，用于对输入的高速符号流进行符号判决，输出经过判决的脉冲幅度调制符号流；
-解调模块，用于对判决后的脉冲幅度调制符号流进行解调，即解星座图映射，从而将调制符号流解调为对应的比特流。
进一步的，在数字基带预处理模块的调制模块之前，加入编码模块和交织模块；
-编码模块，用于对信息比特流进行信道编码，增加传输的可靠性；
-交织模块，用于对编码后的信息比特流进行交织处理，增加抗连续突发错误能力；
在数字基带后处理模块的解调模块之后，加入解交织模块和解码模块；
-解交织模块，用于对经过解调的比特流进行解交织操作；
-解码模块，用于对经过解交织后的比特流进行解码，从而恢复出原始信息比特流。
进一步的，所述综合滤波器组处理模块采用具有完全重构性质的M通道余弦调制滤波器组，具体包括：M路并行P倍上采样器，用于对调制符号流进行P倍上采样，从而生成P组镜像频谱；M路并行子带综合滤波器，每路子带综合滤波器的频响仅与前后相邻两路子带综合滤波器的频响交叠，用于对上采样后的调制符号流进行子带滤波，取出对应的一组镜像频谱；加法器，用于对经过子带滤波后的多路信号流进行相加，生成单路数字信号流，该路信号包含了M路子带信号，从而构成滤波器组多载波信号；
所述分析滤波器组处理模块采用具有完全重构性质的M通道余弦调制滤波器组，具体包括：M路并行子带分析滤波器，每路子带分析滤波器的频带与其对应的子带综合滤波器相同，用于对接收到的数字电域多载波信号进行子带滤波，取出信号中对应该子带分析滤波器的某段频带，从而生成M路并行子带信号；M路并行P倍下采样器，用于对经过子带分析滤波的多路子带信号进行P倍下采样，降低采样速率，从而将子带频谱扩展到整个频带，生成M路并行低速符号流。
进一步的，在多用户模式下，每个用户独自使用所述综合滤波器组中的M个支路中的一部分相邻的支路，独自使用所述分析滤波器组中的M个支路中的一部分相邻的支路，且该用户所使用的综合滤波器组支路与分析滤波器组支路的序号一一对应。
进一步的，所述综合滤波器组中的子带综合滤波器和所述分析滤波器组中的子带分析滤波器均采用实数值系数。
进一步的，所述光源为发光二极管(LED)或激光二极管(LD)；所述光电转换器为光电二极管(PD)。
进一步的，所述附加的直流偏置的大小取为被附加直流偏置的信号的标准差的k倍，k的取值区间为[1,4]。
本发明还提供了一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信方法，具体步骤如下：
S1、从外部应用接收待传输的信息比特流；
S2、将待传输的信息比特流进行数字预处理，包括脉冲幅度调制和串并转换，生成M路并行的调制符号流；
S3、将调制符号流进行综合滤波器组处理，生成滤波器组多载波数字信号；
S4、将数字信号进行数字/模拟转换，生成模拟电信号；
S5、对模拟电信号附加直流偏置并驱动光源发光；
S6、用光电转换器将接收到的光信号转换为模拟电信号；
S7、对模拟电信号进行放大和滤波，滤除直流分量；
S8、对模拟电信号进行模拟/数字转换，生成数字信号；
S9、对数字信号进行分析滤波器组处理，生成多路并行符号流；
S10、对多路并行符号流的每一路进行均衡处理，消除信道畸变影响；
S11、对经过均衡的多路并行符号流进行数字后处理，包括并串转换、符号判决、解调，恢复出原始信息比特流；
S12、将恢复出的信息比特流发送给目标应用。
进一步的，在步骤S2脉冲幅度调制和串并转换之间，加入编码和交织，用于对信息比特流进行信道编码，以及对编码后的信息比特流进行交织处理；在步骤S11解调之后，加入解交织和解码，用于对经过解调的比特流进行解交织操作，以及对经过解交织后的比特流进行解码，而恢复出原始信息比特流。以增加传输的可靠性。
有益效果：
本发明公布了一种适用于IM/DD通信方式的基于滤波器组多载波的可见光通信***和方法，相比于现有的基于OFDM的可见光通信***和方法，本发明的技术方案有如下有益效果：
(1)本发明的技术方案中不需要对数据附加循环前缀，从而节省了发送功率，同时提高了频谱效率；
(2)本发明的技术方案支持各子载波(即子带)上的符号流异步传输，从而增加了***设计的灵活性，简化了收发机间的严格同步要求，有利于降低***的实现成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案和实施例，下面对技术方案描述和实施例中需要使用的附图作简单说明。
图1为所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***的发送端和接收端框图；
图2为所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信方法的流程图；
图3为所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***中发送端的数字基带预处理模块框图；
图4为所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***中发送端的综合滤波器组处理模块框图；
图5为所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***中接收端的分析滤波器组处理模块框图；
图6为所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***中接收端的数字基带后处理模块框图；
图7为实施例中，所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***中原型滤波器hp(n)的时域冲激响应；
图8为实施例中，所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***中综合滤波器组中各个子带综合滤波器的频域幅度响应；同时，所提***中分析滤波器组中各个子带分析滤波器的频域幅度响应也与图8完全相同；
图9为实施例中，DCO-OFMD多载波可见光通信***中各个子载波的频域幅度响应；
图10为实施例中，在高斯白噪声信道与同步传输模式下，采用所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***与现有DCO-OFDM可见光通信***的误比特率曲线随比特信噪比变化仿真对比图；
图11为实施例中，在多径信道与同步传输模式下，采用所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***与现有DCO-OFDM可见光通信***的误比特率曲线随比特信噪比变化仿真对比图；
图12为实施例中，在高斯白噪声信道与异步传输模式下，采用所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***与现有DCO-OFDM可见光通信***的误比特率曲线随比特信噪比变化仿真对比图；
图13为实施例中，在多径信道与异步传输模式下，采用所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***与现有DCO-OFDM可见光通信***的误比特率曲线随比特信噪比变化仿真对比图；
其中：表示DCO-OFDM***仿真结果、表示本发明所提***及方法仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明的一个实施例给出了一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***，用于克服现有使用OFDM多载波方式***的固有缺陷。所述***包括发送端和接收端；
所述发送端(请参考图1)包括：
-接口与缓存模块，用于从外部应用接收并缓存所要传输的信息比特流；
-数字基带预处理模块(请参考图1和图3)，用于对信息比特流进行预处理，生成多路调制符号流；具体包括：调制模块，用于对信息比特流进行4进制脉冲幅度调制(4-PAM，4-Pulse Amplitude Modulation)，生成调制符号流；串并转换模块，用于对调制符号流进行串并转换，将一路高速符号流转换成多路并行的低速调制符号流；
-综合滤波器组处理模块(请参考图1和图4)，用于对所要传输的多路调制符号流进行综合滤波器组处理，使得每一路调制符号流分别加载到滤波器组的一个子带上，并叠加生成一路多载波数字信号流；所述综合滤波器组选择采用具有完全重构性质的M通道余弦调制滤波器组(CMFB，Cosine Modulated Filter Banks)中的综合滤波器组；所述参数M取值为M＝16(对应地，上采样因子P＝16)；所述综合滤波器组中的第m个，m＝1,2,…,M,子带综合滤波器的系数表达式为：
其中，Nf＝128，hp(n)为原型滤波器，取值如图7所示，fm(n)，m＝1,2,…,M,的频域幅度响应如图8所示，由图8可知，每个子带的频响都为带通，仅相邻的子带间存在交叠，不相邻的子带间不存在交叠(或者说，交叠部分的最大幅度值极小，低于-60dB)，这是所提出***支持异步传输模式的重要原因。而现有的基于OFDM多载波的***中，每个子载波都有很长的“拖尾”效应(请参见图9)，与其它所有子载波都存在交叠(交叠部分的最大幅度值为-13dB，远大于-60dB)，一旦采用异步传输模式破坏了子载波间的正交性，将造成严重的子载波间干扰，恶化***传输性能。
-数字/模拟转换模块，用于对所要传输的数字信号流进行数字/模拟转换，生成模拟信号；
-偏置与驱动电路模块，用于对模拟信号进行放大，同时附加直流偏置，使得经过放大和偏置后的模拟信号与光源的正常工作区间相匹配；所述直流偏置取值为被附加直流偏置的信号的标准差的k倍；所述参数k取值为k＝3.5；
-光源，用于在经过放大和偏置的模拟电域信号的驱动下发光，从而将模拟电域信号转换为光强信号，并发送到可见光通信信道中；所述光源为发光二极管(LED)；
所述接收端(请参考图1)包括：
-光电转换器及其驱动电路模块，用于将接收到的光强信号通过光电转换器转换为电信号；所述光电转换器为光电二极管(PD)；
-放大滤波模块，用于对经过光电转换后的电域信号进行放大和滤波，使其信号幅度处于后接模拟/数字转换模块的工作区间，同时滤除直流分量以及带外噪声；
-模拟/数字转换模块，用于将放大滤波后的模拟电信号进行模拟/数字转换，生成数字电域信号，便于接收机处理；
-分析滤波器组处理模块(请参考图1和图5)，用于对数字电域信号进行分析滤波器组处理，将一路多载波信号重新分解为多路并行传输的符号流；所述分析滤波器组选择采用前述具有完全重构性质的M(M＝16，对应地，下采样因子P＝16)通道余弦调制滤波器组中的分析滤波器组；所述分析滤波器组中的第m个，m＝1,2,…,M,子带分析滤波器的系数表达式为：
其中，Nf＝128，hp(n)取值如图7所示；hm(n)，m＝1,2,…,M,的频域幅度响应与fm(n)，m＝1,2,…,M,的频域幅度响应相同，可参考图8。
-均衡模块：用于对分析滤波器组输出的多路并行符号流的每一路进行均衡操作，消除信道畸变对信号产生的影响；均衡采用基于迫零(ZF，Zero Forcing)准则的单抽头均衡器，取值为各子带中心频点所对应的信道频域响应的逆；
-数字基带后处理模块(请参考图1和图6)，用于对经过均衡的多路并行符号流进行后处理，恢复出原来的一路信息比特流；具体包括：并串转换模块，用于将分析滤波器组输出的多路并行低速符号流进行并串转换，形成一路高速的符号流；符号判决模块，用于对输入的高速符号流进行符号判决，输出经过判决的4进制脉冲幅度调制符号流；解调模块，用于对判决后的脉冲幅度调制符号流进行解调，即解星座图映射，从而将调制符号流解调为对应的比特流；
-缓存与接口模块，用于缓存信息比特流并发送给外部目标应用；
基于上述可见光通信***，本发明还提供了一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信方法(请参考图2)，具体包括：
S1、从外部应用接收待传输的信息比特流；
S2、将待传输的信息比特流进行数字预处理，包括4进制脉冲幅度调制和串并转换，生成M＝16路并行的调制符号流；
S3、将调制符号流进行综合滤波器组处理，生成滤波器组多载波数字信号；所述综合滤波器组采用具有完全重构性质的16通道余弦调制滤波器组中的综合滤波器组，滤波器长度为128；
S4、将数字信号进行数字/模拟转换，生成模拟电信号；
S5、对模拟电信号附加直流偏置并驱动光源发光；附加直流偏置大小为偏置前信号标准差的k倍，k取值为3.5；
S6、用光电转换器将接收到的光信号转换为模拟电信号；
S7、对模拟电信号进行放大和滤波，滤除直流分量；
S8、对模拟电信号进行模拟/数字转换，生成数字信号；
S9、对数字信号进行分析滤波器组处理，生成多路并行符号流；所述分析滤波器组采用具有完全重构性质的16通道余弦调制滤波器组中的分析滤波器组，滤波器长度为128；
S10、对多路并行符号流的每一路进行均衡处理，消除信道畸变影响；均衡器系数采用基于迫零准则的单抽头均衡器，系数为各子带中心点对应信道频域响应的逆；
S11、对经过均衡的多路并行符号流进行数字后处理，包括并串转换、符号判决和解调，恢复出原始信息比特流；
S12、将恢复出的信息比特流发送给目标应用。
本发明的上述实施例中，通过结合使用脉冲幅度调制和余弦调制滤波器组，使得发送信号满足实数值的要求；通过使用直流偏置，使得发送信号进一步满足正数值得要求，从而成功地将滤波器组多载波技术应用于IM/DD方式的可见光通信***中；相比于现有的基于OFDM多载波的可见光通信***，所提出的基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***及方法具有无需附加CP、支持子带间异步传输的优点，具体量化比较结果请参考图10-图13。
图10比较了在上述实施例中，在高斯白噪声信道和同步传输模式下，所提出的基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***与现有DCO-OFDM多载波可见光通信***的误比特率随比特信噪比(Eb/No)变化的仿真曲线。其中，为了比较的公平性，DCO-OFDM的直流偏置取值也为偏置前信号标准差的k＝3.5倍，且调制方式为42＝16进制正交幅度调制(16-QAM，16-Quadrature Amplitude Modulation)，子载波数目N＝2M＝32(所选调制方式和子载波数目保证了：DCO-OFDM与所提***占用同样的频带、采用同样的比特发送速率)，CP长度为G＝8。图10结果表明，所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***的误比特率性能优于DCO-OFDM***，该优势是由于所提滤波器组多载波可见光通信***无需附加CP，节省的发送功率可以用于增强有效信息传输的可靠性。
图11比较了在上述实施例中，在多径信道和同步传输模式下，所提出的基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***与现有DCO-OFDM多载波可见光通信***的误比特率随比特信噪比(Eb/No)变化的仿真曲线。其中，为了比较的公平性，DCO-OFDM的直流偏置取值也为偏置前信号标准差的k＝3.5倍，且调制方式为42＝16进制正交幅度调制(16-QAM，16-Quadrature Amplitude Modulation)，子载波数目N＝2M＝32(所选调制方式和子载波数目保证了：DCO-OFDM与所提***占用同样的频带、采用同样的比特发送速率)，CP长度为G＝8。归一化的信道冲激响应系数为：[0.8945,0.3902,0.1859,0.0951,0.0516,0.0294,0.0174,0.0107]。图11结果表明，所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***的误比特率性能优于DCO-OFDM***，该优势是由于所提滤波器组多载波可见光通信***无需附加CP，节省的发送功率可以用于增强有效信息传输的可靠性。
图12比较了在上述实施例中，在高斯白噪声信道和异步传输模式下，所提出的基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***与现有DCO-OFDM多载波可见光通信***的误比特率随比特信噪比(Eb/No)变化的仿真曲线。其中，为了比较的公平性，DCO-OFDM的直流偏置取值也为偏置前信号标准差的k＝3.5倍，且调制方式为42＝16进制正交幅度调制(16-QAM，16-Quadrature Amplitude Modulation)，子载波数目N＝2M＝32(所选调制方式和子载波数目保证了：DCO-OFDM与所提***占用同样的频带、采用同样的比特发送速率)，CP长度为G＝8。异步模式下，假设有两个用户，分别占用前一半的子带(对于所提***)或子载波(对于DCO-OFDM)和后一半的子带或子载波，两段频带之间使用一个空子载波进行隔离保护(本实施例采用第二个用户的第1个子带作为隔离保护子带)，此外，这两个用户发送的数据块间允许有1个样值符号以内的定时偏差，并假设该定时偏差以相同的概率随机取值为-1，0(即无偏差，等价于同步传输模式)，和1个样值符号周期。图12结果表明，所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***的误比特率性能优于DCO-OFDM***，该优势一方面是由于所提滤波器组多载波可见光通信***无需附加CP，节省的发送功率可以用于增强有效信息传输的可靠性，更重要的一方面是由于所提***支持异步传输模式，而DCO-OFDM不能很好地支持异步模式。
图13比较了在上述实施例中，在多径信道和异步传输模式下，所提出的基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***与现有DCO-OFDM多载波可见光通信***的误比特率随比特信噪比(Eb/No)变化的仿真曲线。其中，为了比较的公平性，DCO-OFDM的直流偏置取值也为偏置前信号标准差的k＝3.5倍，且调制方式为42＝16进制正交幅度调制(16-QAM，16-Quadrature Amplitude Modulation)，子载波数目N＝2M＝32(所选调制方式和子载波数目保证了：DCO-OFDM与所提***占用同样的频带、采用同样的比特发送速率)，CP长度为G＝8。归一化的信道冲激响应系数为：[0.8945,0.3902,0.1859,0.0951,0.0516,0.0294,0.0174,0.0107]。异步模式下，假设有两个用户，分别占用前一半的子带(对于所提***)或子载波(对于DCO-OFDM)和后一半的子带或子载波，两段频带之间使用一个空子载波进行隔离保护(本实施例采用第二个用户的第1个子带作为隔离保护子带)，此外，这两个用户发送的数据块间允许有1个样值符号以内的定时偏差，并假设该定时偏差以相同的概率随机取值为-1，0(即无偏差，等价于同步传输模式)，和1个样值符号周期。图13结果表明，所提基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***的误比特率性能优于DCO-OFDM***，该优势一方面是由于所提滤波器组多载波可见光通信***无需附加CP，节省的发送功率可以用于增强有效信息传输的可靠性，更重要的一方面是由于所提***支持异步传输模式，而DCO-OFDM不能很好地支持异步模式。
作为优选的实施例，本发明在数字基带预处理模块的调制模块之前，加入了编码模块和交织模块，编码模块，用于对信息比特流进行信道编码，增加传输的可靠性；交织模块，用于对编码后的信息比特流进行交织处理，增加抗连续突发错误能力。同时，在数字基带后处理模块的解调模块之后，加入了解交织模块和解码模块，解交织模块，用于对经过解调的比特流进行解交织操作；解码模块，用于对经过解交织后的比特流进行解码，从而恢复出原始信息比特流。编码模块和交织模块与解交织模块和解码模块需要联合使用，以增加传输的可靠性。

Claims (10)

1.一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***，其特征在于，包括发送端和接收端；
所述发送端，包括：
-接口与缓存模块，用于从外部应用接收并缓存所要传输的信息比特流；
-数字基带预处理模块，用于对信息比特流进行预处理，生成多路调制符号流；
-综合滤波器组处理模块，用于对所要传输的多路调制符号流进行综合滤波器组处理，使得每一路调制符号流分别加载到滤波器组的一个子带上，并叠加生成一路多载波数字信号流；
-数字/模拟转换模块，用于对所要传输的数字信号流进行数字/模拟转换，生成模拟信号；
-偏置与驱动电路模块，用于对模拟信号进行放大，同时附加直流偏置，使得经过放大和偏置后的模拟信号与光源的正常工作区间相匹配；
-光源，用于在经过放大和偏置的模拟电域信号的驱动下发光，从而将模拟电域信号转换为光强信号，并发送到可见光通信信道中；
所述接收端包括：
-光电转换器及其驱动电路模块，用于将接收到的光强信号通过光电转换器转换为电信号；
-放大滤波模块，用于对经过光电转换后的电域信号进行放大和滤波，使其信号幅度处于后接模拟/数字转换模块的工作区间，同时滤除直流分量以及带外噪声；
-模拟/数字转换模块，用于将放大滤波后的模拟电信号进行模拟/数字转换，生成数字电域信号；
-分析滤波器组处理模块，用于对数字电域信号进行分析滤波器组处理，将一路多载波信号重新分解为多路并行传输的符号流；
-均衡模块，用于对分析滤波器组输出的多路并行符号流的每一路进行均衡操作，消除信道畸变对信号产生的影响；
-数字基带后处理模块，用于对经过均衡的多路并行符号流进行后处理，恢复出原来的一路信息比特流；
-缓存与接口模块，用于缓存信息比特流并发送给外部目标应用；
所述综合滤波器组处理模块采用具有完全重构性质的M通道余弦调制滤波器组，具体包括：M路并行P倍上采样器，用于对调制符号流进行P倍上采样，从而生成P组镜像频谱；M路并行子带综合滤波器，每路子带综合滤波器的频响仅与前后相邻两路子带综合滤波器的频响交叠，用于对上采样后的调制符号流进行子带滤波，取出对应的一组镜像频谱；加法器，用于对经过子带滤波后的多路信号流进行相加，生成单路数字信号流，该路信号包含了M路子带信号，从而构成滤波器组多载波信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***，其特征在于，所述数字基带预处理模块具体包括：
-调制模块，用于对比特流进行脉冲幅度调制，生成调制符号流；
-串并转换模块，用于对调制符号流进行串并转换，将一路高速符号流转换成多路并行的低速调制符号流；
所述数字基带后处理模块具体包括：
-并串转换模块，用于将分析滤波器组输出的多路并行低速符号流进行并串转换，形成一路高速的符号流；
-符号判决模块，用于对输入的高速符号流进行符号判决，输出经过判决的脉冲幅度调制符号流；
-解调模块，用于对判决后的脉冲幅度调制符号流进行解调，即解星座图映射，从而将调制符号流解调为对应的比特流。
3.根据权利要求2所述的一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***，其特征在于，在数字基带预处理模块的调制模块之前，加入编码模块和交织模块；
-编码模块，用于对信息比特流进行信道编码；
-交织模块，用于对编码后的信息比特流进行交织处理；
在数字基带后处理模块的解调模块之后，加入解交织模块和解码模块；
-解交织模块，用于对经过解调的比特流进行解交织操作；
-解码模块，用于对经过解交织后的比特流进行解码，从而恢复出原始信息比特流。
4.根据权利要求1所述的一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***，其特征在于，所述分析滤波器组处理模块采用具有完全重构性质的M通道余弦调制滤波器组，具体包括：M路并行子带分析滤波器，每路子带分析滤波器的频带与其对应的子带综合滤波器相同，用于对接收到的数字电域多载波信号进行子带滤波，取出信号中对应该子带分析滤波器的某段频带，从而生成M路并行子带信号；M路并行P倍下采样器，用于对经过子带分析滤波的多路子带信号进行P倍下采样，降低采样速率，从而将子带频谱扩展到整个频带，生成M路并行低速符号流。
5.根据权利要求4所述的一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***，其特征在于，在多用户模式下，每个用户独自使用所述综合滤波器组中的M个支路中的一部分相邻的支路，独自使用所述分析滤波器组中的M个支路中的一部分相邻的支路，且该用户所使用的综合滤波器组支路与分析滤波器组支路的序号一一对应。
6.根据权利要求4所述的一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***，其特征在于，所述综合滤波器组中的子带综合滤波器和所述分析滤波器组中的子带分析滤波器均采用实数值系数。
7.根据权利要求1所述的一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***，其特征在于，所述光源为发光二极管(LED)或激光二极管(LD)；所述光电转换器为光电二极管(PD)。
8.根据权利要求1所述的一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***，其特征在于，所述附加的直流偏置的大小取为被附加直流偏置的信号的标准差的k倍，k的取值区间为[1,4]。
9.利用权利要求1-8任一权利要求所述的一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***实现的一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、从外部应用接收待传输的信息比特流；
S2、将待传输的信息比特流进行数字预处理，包括脉冲幅度调制和串并转换，生成M路并行的调制符号流；
S3、将调制符号流进行综合滤波器组处理，生成滤波器组多载波数字信号；
S4、将数字信号进行数字/模拟转换，生成模拟电信号；
S5、对模拟电信号附加直流偏置并驱动光源发光；
S6、用光电转换器将接收到的光信号转换为模拟电信号；
S7、对模拟电信号进行放大和滤波，滤除直流分量；
S8、对模拟电信号进行模拟/数字转换，生成数字信号；
S9、对数字信号进行分析滤波器组处理，生成多路并行符号流；
S10、对多路并行符号流的每一路进行均衡处理，消除信道畸变影响；
S11、对经过均衡的多路并行符号流进行数字后处理，包括并串转换、符号判决、解调，恢复出原始信息比特流；
S12、将恢复出的信息比特流发送给目标应用。
10.根据权利要求9所述的一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信***，其特征在于，在步骤S2脉冲幅度调制和串并转换之间，加入编码和交织，用于对信息比特流进行信道编码，以及对编码后的信息比特流进行交织处理；在步骤S11解调之后，加入解交织和解码，用于对经过解调的比特流进行解交织操作，以及对经过解交织后的比特流进行解码，而恢复出原始信息比特流。
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107302416A (zh) * 2016-04-15 2017-10-27 索尼公司 用于无线通信***的收发端的装置和方法、软信息估计器
CN106059640B (zh) * 2016-06-30 2019-04-09 东南大学 一种基于QoS的VLC保密通信***发射端设计方法
CN107645459A (zh) * 2016-07-21 2018-01-30 索尼公司 无线通信方法和无线通信设备
CN106254292B (zh) * 2016-07-22 2019-03-08 重庆邮电大学 Gfdm***中基于随机滤波器分配的降低papr算法
CN108270485B (zh) * 2016-12-30 2020-08-28 徐州中矿康普盛通信科技有限公司 可见光点对点及广播通信***信号产生与容量计算方法
CN107147598B (zh) * 2017-04-18 2019-08-30 东莞信大融合创新研究院 一种水下可见光通信方法、装置和***
CN107147445B (zh) * 2017-05-10 2019-06-14 北京科技大学 一种可见光***多用户通信方法
CN107508779B (zh) * 2017-08-08 2021-03-16 深圳清华大学研究院 下行多用户可见光通信***发端信号产生方法及接收方法
CN108599864B (zh) * 2018-03-06 2024-04-12 东南大学 一种基于宽子带滤波器组的非相干光通信多址接入***
CN109450533B (zh) * 2018-09-12 2020-06-19 深圳清华大学研究院 基于混合调制的可见光组网方法及装置
CN109379135B (zh) * 2018-11-28 2023-09-08 桂林电子科技大学 一种dco-ofdm可见光通信***的发送装置
CN109831270B (zh) * 2019-01-28 2022-01-04 钟林晟 一种可见光保密通信***及加密方法
CN111262629B (zh) * 2020-03-21 2022-11-18 复旦大学 一种基于sCAP调制的micro-LED可见光通信***
CN111970585B (zh) * 2020-07-08 2022-07-15 武汉光迅科技股份有限公司 一种信号解调方法、装置、计算机存储介质及设备
CN111901036A (zh) * 2020-08-13 2020-11-06 中达安(福建)科技有限公司 一种基于激光的空间光通信装置
CN112039497A (zh) * 2020-08-21 2020-12-04 安徽蓝讯电子科技有限公司 一种滤波器组多载波的子带滤波器
CN112636831B (zh) * 2020-12-03 2022-02-22 哈尔滨工业大学（深圳） 基于dco-ofdm可见光通信***的时间同步方法、***及存储介质
CN113726445B (zh) * 2021-07-12 2022-11-18 网络通信与安全紫金山实验室 调制信号生成方法和太赫兹无线传输方法及***
CN113644898A (zh) * 2021-08-11 2021-11-12 杭州维纳安可医疗科技有限责任公司 驱动电路、驱动方法及脉冲发生***
WO2023016523A1 (zh) * 2021-08-11 2023-02-16 杭州维纳安可医疗科技有限责任公司 协同脉冲发生装置、设备及发生方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103346834A (zh) * 2013-06-26 2013-10-09 上海无线通信研究中心 可见光携能通信***及方法
CN104935383A (zh) * 2015-06-08 2015-09-23 上海交通大学 基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输***
CN104936047A (zh) * 2015-06-08 2015-09-23 上海交通大学 基于滤波器多载波调制技术的无源光网络上行传输***

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103346834A (zh) * 2013-06-26 2013-10-09 上海无线通信研究中心 可见光携能通信***及方法
CN104935383A (zh) * 2015-06-08 2015-09-23 上海交通大学 基于滤波器多载波调制的副载波复用光网络上行传输***
CN104936047A (zh) * 2015-06-08 2015-09-23 上海交通大学 基于滤波器多载波调制技术的无源光网络上行传输***

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