CN107395277A - 一种基于ado‑ofdm的可见光通信*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于非对称限幅和直流偏置的可见光正交频分复用 (ADO‑OFDM)的可见光通信***，包括发射端和接收端，发射端的ACO‑OFDM信号在奇数子载波上传输，而DCO‑OFDM信号在偶数子载波上传输，在逆快速傅里叶变换之后，在奇数子载波上进行了非对称限幅，而偶数子载波上的信号加上直流偏置以产生单极性的信号，然后将奇数子载波和偶数子载波合并，形成ADO‑OFDM信号，在接收端，由于在进行非对称限幅时，奇数子载波的限幅噪声会对偶数子载波的信号产生影响，所以当恢复DCO‑OFDM信号时，需要去除限幅噪声的影响。本发明所述的ADO‑OFDM的可见光通信***比ACO‑OFDM***具备更高的频谱利用率，并且比DCO‑OFDM***具备更高的功率利用率。

Description

一种基于ADO-OFDM的可见光通信***
技术领域
本发明涉及可见光通信技术，特别涉及一种基于非对称限幅和直流偏置的ADO-OFDM的可见光通信***。
背景技术
将可见光作为信号载波的可见光通信***，由于它工作在未授权的频段，具备安全性高，能耗低和抗电磁干扰的优势，在下一代室内通信的应用中已经引起了人们相当大的关注。白光发光二极管（LED）与传统的荧光灯相比，可以满足高效率、低电压和电流的要求，并且其寿命长，可靠性高。LED作为未来的照明基础设施，可以同时实现通信的功能，并且具有较低的成本。如果将安装在室内的LED照明设备用在通信网络中，就可以实现高效的室内可见光通信。
正交频分复用（OFDM）技术由于具有更高的频谱效率和抗符号间干扰和载波间干扰的性能，已经广泛应用于有线和无线的宽带通信***。在可见光通信***的正交频分复用调制中，用光的强度来表示OFDM的基带信号，只能是一个正实数。所以，OFDM基带传输信号必须是正值的，否则特别是在强度调制/直接检测（IM/DD）***中，会导致信号出现很大的失真。在基于OFDM的VLC***中，产生单极性的OFDM信号的形式一般有非对称限幅的光正交频分复用（ACO-OFDM）和直流偏置光正交频分复用（DCO-OFDM）。在ACO-OFDM中，数据在进行逆快速傅里叶变换（IFFT）之前被映射到的奇数子载波上，偶数子载波上的信号被设置为零，并且在IFFT之后输出的双极性信号会被限幅以得到正值的信号。但是ACO-OFDM技术会导致较低的频谱效率。在DCO-OFDM中，信号通过增加一个直流偏置变为正值，但是会增加功耗。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提出一种基于非对称限幅和直流偏置的光正交频分复用（ADO-OFDM，Asymmetrically Clipped and Direct-current-biased Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing）的可见光通信***，传输单极性的OFDM基带信号。
这种优化的传输***具备较高的频谱利用率和功率利用率，性能更加理想。
为此，本发明的技术方案是：
一种基于ADO-OFDM的可见光通信***，包括发射端和接收端，
所述发射端包括：
串并转换和映射模块，对输入的串行数据进行串并转换和映射，并使生成的信息具有厄米特对称，将信息向量分成奇数子载波和偶数子载波；
ACO-OFDM信号生成模块，生成的ACO-OFDM信号在奇数子载波上传输，在逆快速傅里叶变换之后，在奇数子载波上进行非对称限幅；
DCO-OFDM信号生成模块，生成的DCO-OFDM信号在偶数子载波上传输，在逆快速傅里叶变换之后，在偶数子载波上的信号加上直流偏置以产生单极性的信号；
子载波合并模块，将奇数子载波和偶数子载波合并，形成ADO-OFDM信号；
块型导频结构，进行信道估计与均衡；
循环前缀***模块，在ADO-OFDM信号中加入循环前缀；
并串转换模块，将ADO-OFDM信号并串转换得到串行数据，通过光调制器送入信道传输；
所述接收端包括：
循环前缀去除模块，对接收的串行数据去除循环前缀
快速傅里叶变换解调模块，对接收的串行数据进行解调；
信道估计模块，去除导频，进行信道均衡与估计；
正交幅度调制解映射模块，去除限幅噪声影响，恢复DCO-OFDM信号。
本发明的优点是：
本发明所述的基于ADO-OFDM的可见光通信***，发射端的ACO-OFDM信号在奇数子载波上传输，而DCO-OFDM信号在偶数子载波上传输，在逆快速傅里叶变换之后，在奇数子载波上进行了非对称限幅，而偶数子载波上的信号加上直流偏置以产生单极性的信号，然后将奇数子载波和偶数子载波合并，形成ADO-OFDM信号，在接收端，由于在进行非对称限幅时，奇数子载波的限幅噪声会对偶数子载波的信号产生影响，所以当恢复DCO-OFDM信号时，需要去除限幅噪声的影响。本发明所述的ADO-OFDM的可见光通信***比ACO-OFDM***具备更高的频谱利用率，并且比DCO-OFDM***具备更高的功率利用率。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为基于ACO-OFDM的可见光通信***结构的示意图；
图2为基于DCO-OFDM的可见光通信***结构的示意图；
图3为基于ADO-OFDM的可见光通信***中发射端的结构的示意图；
图4为基于ADO-OFDM的可见光通信***中接收端的结构的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式作进一步详细说明。
图1为基于ACO-OFDM的可见光通信***的结构框图。基于ACO-OFDM的VLC***中生成的OFDM符号经过串并转换，进行调制。满足厄米特对称之后进行逆快速傅里叶变换，并加入循环前缀，避免符号间干扰，再进行并串转换得到串行数据，然后进行数模转换，经过低通滤波器之后进行限幅处理，最后被光调制器调制为光信号之后，送入信道传输。在接收端将接收到的光信号通过光电转换器变为电信号。模拟信号经过滤波电路处理后，再转换成数字信号。之后进行的数字信号处理包括去除循环前缀，快速傅里叶变换（FFT）解调，信道均衡，和解映射。最后恢复出原始的串行数据。
图2为基于DCO-OFDM的可见光通信***的结构框图。基于DCO-OFDM的VLC***中生成的OFDM符号经过串并转换，进行调制。满足厄米特对称之后进行逆快速傅里叶变换，加入循环前缀，并串转换，然后进行数模转换。模拟信号经过低通滤波器之后，加上直流偏置并进行限幅处理，最后被光调制器调制为光信号，送入信道传输。在接收端将接收到的光信号通过光电转换器变为电信号。模拟信号经过滤波器处理后，再转换成数字信号。之后进行的数字信号处理包括去除循环前缀，快速傅里叶变换（FFT）解调，信道均衡，和解映射。最后恢复出原始的串行数据。
图3为基于ADO-OFDM的可见光通信***中发射端的结构框图。举例说明：基于ADO-OFDM的VLC***中首先生成若干个OFDM符号，并进行映射调制。该通信***中有M个子载波，ACO-OFDM信号在奇数子载波上传输，而DCO-OFDM信号在偶数子载波上传输。为了在发射端产生实数信号，设置逆快速傅里叶变换的大小，并使输入的数据满足厄米特对称。在逆快速傅里叶变换之后，在奇数子载波上进行了非对称限幅。偶数子载波上的信号经历相同的处理后，加上直流偏置以产生单极性的信号。然后将奇数子载波和偶数子载波合并，采用基于最小二乘准则和三次样条插值算法的块型导频结构来进行信道估计与均衡，减轻了在VLC***中的多径干扰。并且在信号中加入循环前缀，避免符号间干扰。然后进行并串转换得到串行数据，送入信道传输。
图4为基于ADO-OFDM的可见光通信***中接收端的结构框图。接收端的处理过程与发射端的处理相对应。数字信号处理的步骤包括光电转换，低通滤波，模数转换，串并转换，去除循环前缀，快速傅里叶变换（FFT）解调，信道估计，和解映射。由于在进行非对称限幅时，奇数子载波的限幅噪声会对偶数子载波的信号产生影响，所以当恢复DCO-OFDM信号时，需要去除限幅噪声影响。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于ADO-OFDM的可见光通信***，包括发射端和接收端，其特征在于：所述发射端包括：
串并转换和映射模块，对输入的串行数据进行串并转换和映射，并使生成的信息具有厄米特对称，将信息向量分成奇数个子载波和偶数个子载波；
ACO-OFDM信号生成模块，生成的ACO-OFDM信号在奇数子载波上传输，在逆快速傅里叶变换之后，在奇数子载波上进行非对称限幅；
DCO-OFDM信号生成模块，生成的DCO-OFDM信号在偶数子载波上传输，在逆快速傅里叶变换之后，在偶数子载波上的信号加上直流偏置以产生单极性的信号；
子载波合并模块，将奇数子载波和偶数子载波合并，形成ADO-OFDM信号；
块型导频结构，进行信道估计与均衡；
循环前缀***模块，在ADO-OFDM信号中加入循环前缀；
并串转换模块，将ADO-OFDM信号并串转换得到串行数据，通过光调制器送入信道传输；
所述接收端包括：
循环前缀去除模块，对接收的串行数据去除循环前缀；
快速傅里叶变换解调模块，对接收的串行数据进行解调；
信道估计模块，去除导频，进行信道均衡与估计；
正交幅度调制解映射模块，去除限幅噪声影响，恢复ADO-OFDM信号。
2.根据权利要求1所述的基于ADO-OFDM的可见光通信***，其特征在于：基于ADO-OFDM的可见光通信***中首先可以生成若干个OFDM符号，并进行映射调制。
3.根据权利要求2所述的基于ADO-OFDM的可见光通信***，其特征在于：基于ADO-OFDM的可见光通信***中设置M个子载波，奇数子载波传输ACO-OFDM信号，另外偶数子载波传输DCO-OFDM信号。
4.根据权利要求3所述的基于ADO-OFDM的可见光通信***，其特征在于：设置逆快速傅里叶变换的大小，并使输入的数据满足厄米特对称。
5.根据权利要求4所述的基于ADO-OFDM的可见光通信***，其特征在于：所述块型导频结构采用信道估计算法进行信道估计与均衡。
6.根据权利要求5所述的基于ADO-OFDM的可见光通信***，其特征在于：所述循环前缀***模块在ADO-OFDM信号中加入循环前缀。
7.根据权利要求6所述的基于ADO-OFDM的可见光通信***，其特征在于：
所述接收端还包括光电转换模块和低通滤波器，光电转换模块将接收的光信号转换为电信号，低通滤波器对转换的电信号滤波处理，滤除高频干扰信号。
8.根据权利要求7所述的基于ADO-OFDM的可见光通信***，其特征在于：
所述接收端还包括模数转换模块和串并转换模块，将滤波处理后的电信号转换为数字信号，再进行串并转换。
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