CN105162518A - 一种基于偏振复用的远距离高速可见光通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于偏振复用的远距离高速可见光通信方法，该方法是：先将待传输信号进行反转编码，而后将编码前、编码后的电信号分别加载到两个正交偏振态的可见光载波上，通过偏振复用将调制后的两个光信号同时输出到同一自由空间，接收端采用偏振元件将两路正交光信号解复用，之后用光电平衡探测器探测两路信号并做减法，最终获得解码后的信号输出。该方法能实现不降低系统通信速率的前提下提高接收信号的性噪比，从而增加系统的传输距离。方法的信号处理复杂度低，实用性高。方法对实现室内可见光高速通信系统具有重要的应用价值。

Description

一种基于偏振复用的远距离高速可见光通信方法
技术领域
本发明属于通信方法领域，涉及室内可见光通信系统，具体涉及一种基于偏振复用的远距离高速可见光通信方法。
背景技术
基于发光二极管(LED)的可见光通信方法能同时实现高能效的照明和高速率的无线通信。相比现有的微波无线通信方法，LED可见光通信具有无电磁干扰、无需频率授权、物理隔离度高等突出特点。由于LED的调制带宽较小，高速率可见光通信系统需要采用高阶调制格式。但是，高阶调制格式对接收信噪比要求较高，这限制了系统的传输距离。
为了提升系统的接收信噪比从而延长传输距离，研究人员提出了多种方法抑制光电转换后的带内信号-信号拍频噪声。例如，基于迭代方法能有效的抑制信号-信号拍频噪声，但是其复杂度、信号处理延时均较高。时域编码方法具有较低的复杂度，但是其需要较大的开销，降低了系统的有效速率。因此，提供一种信号处理简单、可远距离、高速率进行通信的可见光通信方法具有很大的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有方法的缺点与不足，提供一种基于偏振复用的远距离高速可见光通信方法，该方法利用偏振复用，在发射端将编码信号分别同时加载到正交的偏振态上，在接收端通过偏振解复用将两偏振上的信号分别同时探测并联合处理，实现对带内信号-信号拍频噪声的有效抑制，最终实现在不降低系统速率的前提下提升系统信噪比，实现远距离可见光通信，具有信号处理简单、传输数率高、通信距离远的优点。
本发明的目的通过以下的方案实现：一种基于偏振复用的远距离高速可见光通信方法，步骤是：先将待传输信号进行反转编码，而后将编码前、编码后的电信号分别加载到两个正交偏振态的可见光载波上，通过偏振复用将调制后的两个光信号同时输出到同一自由空间，接收端采用偏振元件将两路正交光信号解复用，之后用光电平衡探测器探测两路信号并做减法，最终获得解码后的信号输出。
具体包括步骤：
(1)发射端对信息作映射，而后进行串并转换；
(2)采用IFFT变换(快速傅里叶逆变换)将信号从频域变为时域，并加入循环前缀，然后对信号进行并串转换；
(3)将信号做反转编码，将编码前和编码后的信号分别通过数模转换器变成两路电信号；
(4)将步骤(3)中两路信号分别经偏置器与直流混合；
(5)将步骤(4)中的信号分别加载到两个同颜色的LED上，实现电光调制；
(6)将步骤(5)中输出的两路光信号作为偏振合束镜的输入，实现偏振复用；
(7)步骤(6)中的光信号经一定距离传输后，经聚焦透镜聚焦后进入偏振分束镜；
(8)步骤(7)中偏振分束镜的两路输出同时进入一个平衡探测器，平衡探测器将两路光电转换后的信号相减并输出；
(9)将步骤(8)输出的信号进行模数转换，而后对信号进行串并转换，并移除循环前缀；
(10)对信道均衡后的信号进行FFT变换(快速傅里叶变换)；
(11)进行信道估计并在频域上进行均衡，得到信道均衡后的信号；
(12)对步骤(11)的输出信号进行判决，反映射，最后进行并串转换得到最终信号。
优选的，所述步骤(3)的编码过程描述如下：
编码输入X，编码输出为Y，X与Y之间满足：Y＝－X。
优选的，所述步骤(8)使用单个平衡探测器实现，或者使用两个独立光电探测器结合电减法器实现。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1)本发明基于偏振复用与反转编码的结合可以实现增加传输距离。相比时域反转编码系统，该系统的通信速率提高了一倍。
2)本发明中偏振复用可以与波分复用共同使用，进而可成倍地提高可见光通信系统的速率。
3)本发明采用平衡探测器实现反转解码，降低了系统信号处理的复杂度。
附图说明
图1为本发明中发射端数字信号产生流程图。
图2为本发明中基于偏振复用的可见光通信系统框图。
图3为本发明中接收端数字信号接收流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本发明方法主要是涉及可见光通信系统的发射、接收问题。下面结合图1、图2和图3，对本实施例一种基于偏振复用的远距离高速可见光通信的步骤进行详细地说明。
S101：发射端对信息作映射；
S102：对映射后的信号作并串转换；
S103：采用IFFT(快速傅里叶逆变换)将信号从频域变为时域；
S104：加入循环前缀，并对信号进行并串转换，得到信号I1；
S105：将I1做反转编码，得到编码信号I2；
编码过程描述如下：
编码输入X，编码输出为Y，X与Y之间满足：Y＝－X。
S106：将I1和I2分别通过数模转换器变成两路电信号，并经放大器得到RF1和RF2；
S107：RF1经偏置器1与直流DC1混合得到X1，RF2经偏置器2与直流DC2混合得到X2；
S108：将X1加载到发光二级管LED1，将X2加载到发光二级管LED2；
S109：将LED1的输出信息输入到偏振合束镜A的PA输入端口，将LED2的输出信息输入到偏振合束镜A的SA输入端口，PA与SA光偏振复用后输出到自由空间；
S110：光信号经聚焦透镜聚焦后进入偏振分束镜B，偏振分束镜B的输出为两个正交偏振态的光PB、SB；
S111：PB进入平衡探测器的PD1得到光电转换信号R1，SB进入平衡探测器的PD2得到光电转换信号R2，平衡探测器将R1与R2相减，得到输出R3；
S112：对信号R3进行模数转换得到Y1；
S113：对Y1进行串并转换；
S114：移除循环前缀得到Y2；
S115：对Y2进行FFT(快速傅里叶变换)得到Y3；
S116：对Y3进行信道估计，并在频域进行均衡，得到信道均衡后的信号Y4；
S117：对Y4输出信号进行判决，反映射，最后进行并串转换得到最终信号。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于偏振复用的远距离高速可见光通信方法，其特征在于，步骤是：先将待传输信号进行反转编码，而后将编码前、编码后的电信号分别加载到两个正交偏振态的可见光载波上，通过偏振复用将调制后的两个光信号同时输出到同一自由空间，接收端采用偏振元件将两路正交光信号解复用，之后用光电平衡探测器探测两路信号并做减法，最终获得解码后的信号输出。
2.根据权利要求1所述的基于偏振复用的远距离高速可见光通信方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)发射端对信息作映射，而后进行串并转换；
(2)采用IFFT变换将信号从频域变为时域，并加入循环前缀，然后对信号进行并串转换；
(3)将信号做反转编码，将编码前和编码后的信号分别通过数模转换器变成两路电信号；
(4)将步骤(3)中两路信号分别经偏置器与直流混合；
(5)将步骤(4)中的信号分别加载到两个同颜色的LED上，实现电光调制；
(6)将步骤(5)中输出的两路光信号作为偏振合束镜的输入，实现偏振复用；
(7)步骤(6)中的光信号经一定距离传输后，经聚焦透镜聚焦后进入偏振分束镜；
(8)步骤(7)中偏振分束镜的两路输出同时进入一个平衡探测器，平衡探测器将两路光电转换后的信号相减并输出；
(9)将步骤(8)输出的信号进行模数转换，而后对信号进行串并转换，并移除循环前缀；
(10)对信道均衡后的信号进行FFT变换；
(11)进行信道估计并在频域上进行均衡，得到信道均衡后的信号；
(12)对步骤(11)的输出信号进行判决，反映射，最后进行并串转换得到最终信号。
3.根据权利要求2所述的基于偏振复用的远距离高速可见光通信方法，其特征在于，所述步骤(3)的编码过程描述如下：
编码输入X，编码输出为Y，X与Y之间满足：Y＝－X。
4.根据权利要求2所述的基于偏振复用的远距离高速可见光通信方法，其特征在于，所述步骤(8)使用单个平衡探测器实现，或者使用两个独立光电探测器结合电减法器实现。
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