CN113726432B - 一种软件可定义的可见光自适应调制解调装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种软件可定义的可见光自适应调制解调装置及方法，所述方法包括***A选取初始调制速率，对要发送的数据进行调制；***B的信道估计单元通过解调信号中的已知信息来判断光信道条件，并将光信道条件信息反馈给***B的速率选取单元，***B的速率选取单元根据光信道条件信息重新选取解调速率，如果光信道条件好，则增大解调速率，调整解调时钟为clk2，时钟周期为T2；如果光信道条件差，则减小解调速率，调整解调时钟为clk3，时钟周期为T3；***B将信道估计单元得出的光信道条件信息加载到光源上，向***A发出光信号；***A提取出光信道条件信息并重新选取调制速率。本发明可适应不同的光信道环境，更具灵活性。

Description

一种软件可定义的可见光自适应调制解调装置及方法
技术领域
本发明涉及可见光通信技术领域，具体涉及一种软件可定义的可见光自适应调制解调装置及方法。
背景技术
可见光通信技术是以可见光为载体进行数据传输的一种无线通信技术，可将数据信号调制到光载波上发送出去。
软件定义技术是用软件定义硬件功能的技术，用软件给硬件赋能，在硬件资源数字化、标准化的基础上，通过软件编程去实现虚拟化、灵活性、多样和定制化功能。
目前可见光通信一般都是固定距离、固定信道、固定参数，很难适应多变的信道环境和移动通信需求。
发明内容
为了提高可见光通信***的抗干扰能力，使其能适应多变的信道环境，增强传输稳定性和准确性，本发明提供一种软件可定义的可见光自适应调制解调装置及方法，可根据光信道条件自适应地通过处理器调整数据调制解调速率，以实现不同光信道条件下的稳定数据传输。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种软件可定义的可见光自适应调制解调方法，包括如下步骤：
a)***A选取初始调制速率，***A的调制单元根据选取的速率对要发送的数据进行调制，调制时钟为clk1，时钟周期为T1，如果发送“1”，调制为高电平，持续时间为M×T1，如果发送“0”，调制为低电平，持续时间为M×T1，其中M是时钟周期的计数值；
b)***A将调制后的信号加载到***A的光源上，向***B发出光信号；
c)***B将接收的来自***A的光信号转换为电信号；
d)***B选取初始解调速率，***B的解调单元根据选取的速率，对电信号解调，若高电平持续时间为M×T1，则解调为“1”，若低电平持续时间为M×T1，则解调为“0”，并将解调后的数据输出至解调信号输出端，同时将解调信号传给***B的信道估计单元；
e)***B的信道估计单元通过解调信号中的已知信息来判断光信道条件，并将光信道条件信息反馈给***B的第二速率选取单元，***B的第二速率选取单元根据光信道条件信息重新选取解调速率，如果光信道条件好，则增大解调速率，调整解调时钟为clk2，时钟周期为T2，T2＜T1；如果光信道条件差，则减小解调速率，调整解调时钟为clk3，时钟周期为T3，T3＞T1；
f)***B将信道估计单元得出的光信道条件信息加载到***B的光源上，向***A发出光信号；
g)***A将接收的来自***B的光信号转换为电信号；
h)***A的第一速率选取单元从电信号中提取出光信道条件信息并重新选取调制速率，如果光信道条件好，则增大调制速率，调整调制时钟为clk2，时钟周期为T2，如果光信道条件差，则减小调制速率，调整调制时钟为clk3，时钟周期为T3；
步骤a)中的初始调制速率和步骤d)中的初始解调速率相同。
进一步地，步骤e)中判断光信道条件包括如下步骤：
e-1)计算信号中已知信息经过光信道后的误码率；
e-2)将计算得到的误码率与预先设定的阈值进行比较；
e-3)如果误码率大于阈值，则判断光信道条件差，如果误码率小于阈值，则判断光信道条件好。
进一步地，步骤h)中第一速率选取单元和步骤e)中第二速率选取单元根据光信道条件信息重新选取调制解调速率，包括如下步骤：
h-1)制定光信道条件信息和调制解调速率的对应关系；
h-2)第一速率选取单元和第二速率选取单元根据光信道条件信息选取对应的调制解调速率。
可用于实现上述方法的装置：
一种软件可定义的可见光自适应调制解调装置，包括***A和***B，
所述***A包括
待调制信号输入端，用于输入待调制的电信号；
自适应调制处理器，用于选取数据调制速率；对待发送的电信号进行调制；
第一驱动模块，用于驱动光源发光；
第一光源，用于发出光信号；
第一光电探测器，用于将光信号转换为电信号；
第一信号处理模块，用于对光电探测器转换的电信号进行放大、滤波；
所述第一光电探测器、第一信号处理模块、自适应调制处理器、第一驱动模块、第一光源顺序连接；待调制信号输入端与自适应调制处理器连接；
所述***B包括
第二光电探测器，用于将光信号转换为电信号；
第二信号处理模块，用于将光电探测器转换的电信号进行放大、滤波；
自适应解调处理器，用于选取数据解调速率；对光信道条件进行估计；对电信号进行解调；
解调信号输出端，用于输出解调得到的数据；
第二驱动模块，用于驱动光源发光；
第二光源，用于发出光信号；
所述第二光电探测器、第二信号处理模块、自适应解调处理器、第二驱动模块、第二光源顺序连接；自适应解调处理器与解调信号输出端连接；
所述第一光源与第二光电探测器相对应；所述第二光源与第一光电探测器相对应。
进一步地，所述自适应调制处理器包括
第一速率选取单元，用于选取数据调制速率；
调制单元，用于对待发送的电信号进行调制；
所述第一速率选取单元与调制单元、第一信号处理模块、待调制信号输入端连接；所述调制单元与第一驱动模块连接。
进一步地，所述的自适应解调处理器包括
第二速率选取单元，用于选取数据解调速率；
解调单元，用于对电信号进行解调；
信道估计单元，用于对光信道条件进行估计；
所述解调单元与第二速率选取单元、信道估计单元、解调信号输出端连接；信道估计单元与第二速率选取单元连接。
本发明的优点及有益效果：
本发明可根据光信道条件信息，通过处理器自适应地选取通信速率。当光信道条件较好时，增大通信速率；当光信道条件较差时，减小通信速率。相比现有固定速率的可见光通信技术，本发明可适应不同的光信道环境，更具灵活性。
附图说明
图1为本发明实施例中软件可定义的可见光自适应调制解调装置的方框示意图和调制解调方法的流程框图；
图2为本发明实施例中软件可定义的可见光自适应调制解调方法的***A调制过程示意图；
图3为本发明实施例中软件可定义的可见光自适应调制解调方法的***B解调过程示意图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例：
参见图1，一种软件可定义的可见光自适应调制解调装置，包括***A和***B，所述***A包括
待调制信号输入端，用于输入待调制的电信号；
自适应调制处理器，用于选取数据调制速率；对待发送的电信号进行调制；
第一驱动模块，用于驱动光源发光；
第一光源，用于发出光信号；
第一光电探测器，用于将光信号转换为电信号；
第一信号处理模块，用于对光电探测器转换的电信号进行放大、滤波；
所述第一光电探测器、第一信号处理模块、自适应调制处理器、第一驱动模块、第一光源顺序连接；待调制信号输入端与自适应调制处理器连接；
所述***B包括
第二光电探测器，用于将光信号转换为电信号；
第二信号处理模块，用于将光电探测器转换的电信号进行放大、滤波；
自适应解调处理器，用于选取数据解调速率；对光信道条件进行估计；对电信号进行解调；
解调信号输出端，用于输出解调得到的数据；
第二驱动模块，用于驱动光源发光；
第二光源，用于发出光信号；
所述第二光电探测器、第二信号处理模块、自适应解调处理器、第二驱动模块、第二光源顺序连接；自适应解调处理器与解调信号输出端连接；
所述第一光源与第二光电探测器相对应；所述第二光源与第一光电探测器相对应。
进一步地，所述自适应调制处理器包括
第一速率选取单元，用于选取数据调制速率；
调制单元，用于对待发送的电信号进行调制；
所述第一速率选取单元与调制单元、第一信号处理模块、待调制信号输入端连接；所述调制单元与第一驱动模块连接。
进一步地，所述的自适应解调处理器包括
第二速率选取单元，用于选取数据解调速率；
解调单元，用于对电信号进行解调；
信道估计单元，用于对光信道条件进行估计；
所述解调单元与第二速率选取单元、信道估计单元、解调信号输出端连接；信道估计单元与第二速率选取单元连接。
具体地，设置自适应调制处理器和自适应解调处理器，这两种处理器均为可编程逻辑器件，可通过软件进行可重复编程，对其功能进行定义；处理器为FPGA为核心的最小***板，包括电源模块，分别产生3.3V，2.5V和1.2V的电压为芯片供电；晶振模块，用的是50MHz的有源晶振；FLASH模块，为串行配置设备EPCS64N芯片；最后是JTAG和AS下载口和通过排针引出的I/O口。自适应调制处理器用于***A中，自适应解调处理器用于***B中。自适应调制处理器包含两个程序单元，即第一速率处理单元和调制单元；自适应解调处理器包含三个程序单元，即第二速率处理单元、解调单元和信道估计单元。
光源为LED；光电探测器为PIN或APD光电二极管。
第一信号处理模块和第二信号处理模块一致，由电压放大电路、滤波电路和比较器电路顺序连接组成。
第一驱动模块和第二驱动模块一致，包括预加重电路、功率放大电路、直流偏置电路和Bias-T电路，所述Bias-T电路与功率放大电路、预加重电路顺序连接，Bias-T电路与直流偏置电路连接。
PC机通过信号输入/输出端口与自适应调制处理器、自适应解调处理器连接。
参见图1、图2和图3，一种软件可定义的可见光自适应调制解调方法，采用上述的软件可定义的可见光自适应调制解调装置，待发送的二进制比特流为“101001”，时钟周期的计数值为2，所述方法包括如下步骤：
a)***A的第一速率选取单元选取初始调制速率，***A的调制单元根据选取的速率对要发送的数据“101001”进行调制，调制时钟为clk1，时钟周期为T1，将发送的“1”，调制为高电平，持续时间为2×T1，将发送的“0”，调制为低电平，持续时间为2×T1；
b)***A将调制后的信号通过第一驱动模块加载到***A的第一光源上，向***B发出光信号；
c)***B的第二光电探测器将接收的来自***A的光信号转换为电信号，***B的第二信号处理模块对电信号进行放大、滤波；
d)***B的第二速率选取单元选取初始解调速率，解调时钟为clk1，***B的解调单元根据第二速率选取单元选取的速率，对处理后的电信号解调，如果高电平持续时间为2×T1，则解调为“1”，如果低电平持续时间为2×T1，则解调为“0”，并将解调后的数据输出至解调信号输出端，同时将解调信号传给***B的信道估计单元；
步骤a)中的初始调制速率和步骤d)中的初始解调速率相同；
e)***B的信道估计单元通过解调信号中的已知信息来判断光信道条件，并将光信道条件信息反馈给***B的第二速率选取单元，***B的第二速率选取单元根据光信道条件信息重新选取解调速率，如果光信道条件好，则增大解调速率，调整解调时钟为clk2，时钟周期为T2，T2＜T1；如果光信道条件差，则减小解调速率，调整解调时钟为clk3，时钟周期为T3，T3＞T1；
进一步地，步骤e)中判断光信道条件包括如下步骤：
e-1)计算信号中已知信息经过光信道后的误码率；
e-2)将计算得到的误码率与预先设定的阈值进行比较；
e-3)如果误码率大于阈值，则判断光信道条件差，如果误码率小于阈值，则判断光信道条件好；
f)***B将信道估计单元得出的光信道条件信息通过第二驱动模块加载到***B的第二光源上，向***A发出光信号；
g)***A的第一光电探测器将接收的来自***B的光信号转换为电信号，***A的第一信号处理模块对电信号进行放大、滤波；
h)***A的第一速率选取单元从处理后的电信号中提取出光信道条件信息并重新选取调制速率，如果光信道条件好，则增大调制速率，调整调制时钟为clk2，时钟周期为T2，将发送的“1”，调制为高电平，持续时间为2×T2，将发送的“0”，调制为低电平，持续时间为2×T2；如果光信道条件差，则减小调制速率，调整调制时钟为clk3，时钟周期为T3，将发送的“1”，调制为高电平，持续时间为2×T3，将发送的“0”，调制为低电平，持续时间为2×T3；
进一步地，步骤h)中第一速率选取单元和步骤e)中第二速率选取单元根据光信道条件信息重新选取调制解调速率，包括如下步骤：
h-1)制定光信道条件信息和调制解调速率的对应关系；
h-2)第一速率选取单元和第二速率选取单元根据光信道条件信息选取对应的调制解调速率。
以上公开的本发明的优选实施例，只是帮助阐述本发明，不限制本发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (2)

1.一种软件可定义的可见光自适应调制解调方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)***A选取初始调制速率，***A的调制单元根据选取的速率对要发送的数据进行调制，调制时钟为clk1，时钟周期为T1，如果发送“1”，调制为高电平，持续时间为M×T1，如果发送“0”，调制为低电平，持续时间为M×T1，其中M是时钟周期的计数值；
b)***A将调制后的信号加载到***A的光源上，向***B发出光信号；
c)***B将接收的来自***A的光信号转换为电信号；
d)***B选取初始解调速率，***B的解调单元根据选取的速率，对电信号解调，若高电平持续时间为M×T1，则解调为“1”，若低电平持续时间为M×T1，则解调为“0”，并将解调后的数据输出至解调信号输出端，同时将解调信号传给***B的信道估计单元；
e)***B的信道估计单元通过解调信号中的已知信息来判断光信道条件，并将光信道条件信息反馈给***B的第二速率选取单元，***B的第二速率选取单元根据光信道条件信息重新选取解调速率，如果光信道条件好，则增大解调速率，调整解调时钟为clk2，时钟周期为T2，T2＜T1；如果光信道条件差，则减小解调速率，调整解调时钟为clk3，时钟周期为T3，T3＞T1；
f)***B将信道估计单元得出的光信道条件信息加载到***B的光源上，向***A发出光信号；
g)***A将接收的来自***B的光信号转换为电信号；
h)***A的第一速率选取单元从电信号中提取出光信道条件信息并重新选取调制速率，如果光信道条件好，则增大调制速率，调整调制时钟为clk2，时钟周期为T2，如果光信道条件差，则减小调制速率，调整调制时钟为clk3，时钟周期为T3；
步骤a)中的初始调制速率和步骤d)中的初始解调速率相同。
2.一种可实现权利要求1所述方法的软件可定义的可见光自适应调制解调装置，其特征在于，包括***A和***B，
所述***A包括
待调制信号输入端，用于输入待调制的电信号；
自适应调制处理器，用于选取数据调制速率；对待发送的电信号进行调制；
第一驱动模块，用于驱动光源发光；
第一光源，用于发出光信号；
第一光电探测器，用于将光信号转换为电信号；
第一信号处理模块，用于对光电探测器转换的电信号进行放大、滤波；
所述第一光电探测器、第一信号处理模块、自适应调制处理器、第一驱动模块、第一光源顺序连接；待调制信号输入端与自适应调制处理器连接；
所述***B包括
第二光电探测器，用于将光信号转换为电信号；
第二信号处理模块，用于将光电探测器转换的电信号进行放大、滤波；
自适应解调处理器，用于选取数据解调速率；对光信道条件进行估计；对电信号进行解调；
解调信号输出端，用于输出解调得到的数据；
第二驱动模块，用于驱动光源发光；
第二光源，用于发出光信号；
所述第二光电探测器、第二信号处理模块、自适应解调处理器、第二驱动模块、第二光源顺序连接；自适应解调处理器与解调信号输出端连接；
所述第一光源与第二光电探测器相对应；所述第二光源与第一光电探测器相对应；
所述***A和***B具有完全相同的硬件结构，可以下载不同的软件模块灵活配置功能，即***A和***B既可以被配置为调制装置也可以被配置为解调装置。
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