CN106230485A - 一种基于dtv‑vlc的室内无线覆盖传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于DTV‑VLC的室内无线覆盖传输系统，包括电源、若干个LED灯、PLC耦合器、家庭多媒体网关以及DTV信号源，所述LED灯、PLC耦合器和家庭多媒体网关与电源电性连接；家庭多媒体网关接收有线入户DTV信号源的广播信号时，首先进行解码获得DTV节目数据流，然后重新按DTMB标准进行编码调制与组帧；所述家庭多媒体网关接收地面DTMB信号时，直接通过VLC(可见光通信，Visible Light Communication)信道进行转发；最终，各LED灯下行的信号被接收终端内部的DTV‑VLC接收终端单元解调解码；在所述DTV‑VLC无线覆盖的传输过程中，来自家庭多媒体网关、通过对DTMB进行调制后得到的TDS‑OFDM信号首先通过PLC耦合器耦合到电力线上，在电力线上传输以驱动LED发射携带信息的光信号，最后再由接收终端的光传感器采集。

Description

一种基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统
[技术领域]
本发明涉及可见光无线通讯技术领域，尤其涉及一种传输速度快，效率高，使用方便，无线通讯覆盖面广的基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统。
[背景技术]
现有的诸多无线接入技术在地面数字电视信号接入的需求背景下，显露出大量问题。传统WiFi技术是一种常见的无线网络传输和接入技术，已经广泛应用于各个场所。但其由于频谱紧张，导致通信容量受限，在一些人流量大的区域，无法满足人们同时观看高清视频的需求。同时，在一些有电磁屏蔽或电磁干扰的场所中WiFi无法适用。由于信号很容易穿墙，容易被窃听，保密性差，不适合保密性强的应用场景。漏缆技术可以直接应用于已有的通信制式，例如3G，WiFi等，适用于火车隧道等大型环境中。但其需要重新铺设同轴电缆，安装成本高，安装环境复杂，保密性差，不适合小型的室内环境。
传统的可见光通信构架中，各LED灯均采用单独的信息馈入单元，即使采用PLC技术，也需要在灯具上使用PLC解调模块将所传输的信息解调到基带，再将基带数字信号重新调制到LED灯上进行信息的可见光传输，类似于通信系统中的“解调并转发”模式。这需要在狭小的灯具空间中植入PLC解调模块(包括必需的直流电源模块)，势必要对已有灯具进行大规模改造，复杂度较高且很难实用，为了照明的均匀性，必然存在照明的交叠区域，这类系统所面临的更严峻的挑战是：若相邻灯之间发送的信息不同，势必存在自然光之外的光干扰。
由于可见光通信对于遮挡非常敏感，用户终端的移动将不可避免地出现因身体遮挡等因素造成的通信中断，并且在移动过程中需要频繁地在各盏LED灯之间进行切换。对终端设备、网络设备、资源管理和调度的实时性等也有极高的要求，难以实用。
基于上述问题，怎么才能在无线通讯技术中实现移动接入、深度覆盖、宽带通信等功能。不采用铺设骨干网，无需架设AP设备，显著降低成本和安装布置难度，进而满足特殊环境下人们对信息获取的需求，本领域的技术人员进行了大量的研发和实验，也取得了突出的成绩。
[发明内容]
为克服现有技术所存在的问题，本发明提供一种传输速度快，效率高，使用方便，无线通讯覆盖面广的基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统。
本发明解决技术问题的方案是提供一种基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统，包括电源、若干个LED灯、PLC耦合器、家庭多媒体网关以及DTV信号源，所述LED灯、PLC耦合器和家庭多媒体网关与电源电性连接；
家庭多媒体网关接收有线入户DTV信号源的广播信号时，首先进行解码获得DTV节目数据流，然后重新按DTMB标准进行编码调制与组帧；所述家庭多媒体网关接收地面DTMB信号时，直接通过VLC信道进行转发；最终，各LED灯下行的信号被接收终端内部的DTV-VLC接收终端单元解调解码；在所述DTV-VLC无线覆盖的传输过程中，来自家庭多媒体网关、通过对DTMB进行调制后得到的TDS-OFDM信号首先通过PLC耦合器耦合到电力线上，在电力线上传输以驱动LED发射携带信息的光信号，最后再由接收终端的光传感器采集。
优选地，所述家庭多媒体网关对DTV节目数据流的编码过程使用低密度奇偶校验码(LDPC)作为前向纠错差错控制编码；使用LDPC作为内码，在外侧级联BCH码之类的纠错编码。
优选地，所述TDS-OFDM信号在电力线上的传输采用基于频分复用的多路节目传输复用方式；将DTMB的传输频带与PLC-VLC联合系统传输频带两路信号分别变频搬移到基带，并重新搬移到连续的适用于PLC-VLC联合系统传输的频带上，使得两路信号分别占有相邻的8MHz带宽。
优选地，所述室内电力线有线信号在电力线上的传输过程，从家庭多媒体网关到每个LED灯之间设置至少25m的可靠传输距离。
优选地，所述LED灯中设置有用于将所传输的信息解调到基带的PLC解调单元。
优选地，所述家庭多媒体网关接收到地面数字电视信号(DTMB标准信号)后，首先利用调谐器、射频前端接收电视节目信号，对接收到的每路电视节目信号做下变频搬移到2-30MHz对应于电力线和可见光通信适宜传输的中频频段，处理完成后将电视节目信号通过直接放大的方式耦合到电力线上，进而分发到不同房间的LED灯进行广播覆盖；用户接收终端只需要对符合DTMB标准的TDS-OFDM信号进行解调解码即可获得高清视频业务。
优选地，所述家庭多媒体网关接收到有线电视信号(DVB-C)时，家庭多媒体网关对有线数字电视广播信号(DVB-C标准信号)进行接收与解调，然后根据电力线和照明网络独特的信道环境和传输特征，利用高阶调制编码调制技术和可交织、抗噪声干扰技术，将解调后的数据调制为基于DTMB标准的TDS-OFDM信号，然后通过PLC耦合器将TDS-OFDM信号耦合到电力线上，并分发到每个照明灯具上；用户接收终端只需要对符合DTMB标准的TDS-OFDM信号进行解调解码即可获得高清视频业务。
优选地，所述用户接收终端为手机、平板电脑、高清数字电视和台式计算机。
与现有技术相比，本发明一种基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统通过采用家庭多媒体网关对DTV信号源进行解码获得DTV节目数据流，然后重新按DTMB标准进行编码调制与组帧，最终各LED灯下行的信号被接收终端内部的DTV-VLC接收终端单元解调解码，实现在电力线上传输以驱动LED发射携带信息的光信号，最后再由接收终端的光传感器采集，其调制方式为基于现有APSK及ACE技术，结合TDS-OFDM技术，针对DTV与PLC-VLC融合信道进行优化设计，开发出的逼近容量限的新型编码调制方式，无需对现有的照明网络进行复杂的升级改造，降低成本；其次，在室内多灯交叠区域，由于不同光源传输的信号相同，考虑信号延迟极短，可认为信号为强度叠加，不会产生信号干扰以及避免了频繁的信号切换问题，实现了VLC系统中，三灯照明有交叠区域的可靠接收；再次，用户根据自身所需的节目，可以在接收终端实现频段选择，且无需下变频，可直接进行DTV信号的解码解调，降低了用户接收终端的硬件复杂度，极大地促进了小型化接收终端的研发；最后，由于照明系统本身满足的光照度均匀覆盖特点，使得该深度融合网络也能具有均匀覆盖性，解决了室内整体区域内的可靠接收技术，保证DTV-VLC融合室内广播覆盖信号帧的正确、高效、可靠传输。
[附图说明]
图1是本发明一种基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统的工作原理结构示意图。
图2是逼近容量限的基于格雷APSK(幅度相位调制)的编码调制及ACE(动态星座图扩展)技术示意图。
[具体实施方式]
为使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定此发明。
请参阅图1和图2，本发明一种基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统1包括电源、若干个LED灯、PLC耦合器、家庭多媒体网关以及DTV信号源，所述LED灯、PLC耦合器和家庭多媒体网关与电源电性连接；
家庭多媒体网关接收有线入户DTV信号源的广播信号时，首先进行解码获得DTV节目数据流，然后重新按DTMB标准进行编码调制与组帧；所述家庭多媒体网关接收地面DTMB信号时，直接通过VLC信道进行转发；最终，各LED灯下行的信号被接收终端内部的DTV-VLC接收终端单元解调解码；在所述DTV-VLC无线覆盖的传输过程中，来自家庭多媒体网关、通过对DTMB进行调制后得到的TDS-OFDM信号首先通过PLC耦合器耦合到电力线上，在电力线上传输以驱动LED发射携带信息的光信号，最后再由接收终端的光传感器采集。
通过采用家庭多媒体网关对DTV信号源进行解码获得DTV节目数据流，然后重新按DTMB标准进行编码调制与组帧，最终各LED灯下行的信号被接收终端内部的DTV-VLC接收终端单元解调解码，实现在电力线上传输以驱动LED发射携带信息的光信号，最后再由接收终端的光传感器采集，其调制方式为基于现有APSK及ACE技术，结合TDS-OFDM技术，针对DTV与PLC-VLC融合信道进行优化设计，开发出的逼近容量限的新型编码调制方式，无需对现有的照明网络进行复杂的升级改造，降低成本；其次，在室内多灯交叠区域，由于不同光源传输的信号相同，考虑信号延迟极短，可认为信号为强度叠加，不会产生信号干扰以及避免了频繁的信号切换问题，实现了VLC系统中，三灯照明有交叠区域的可靠接收；再次，用户根据自身所需的节目，可以在接收终端实现频段选择，且无需下变频，可直接进行DTV信号的解码解调，降低了用户接收终端的硬件复杂度，极大地促进了小型化接收终端的研发；最后，由于照明系统本身满足的光照度均匀覆盖特点，使得该深度融合网络也能具有均匀覆盖性，解决了室内整体区域内的可靠接收技术，保证DTV-VLC融合室内广播覆盖信号帧的正确、高效、可靠传输。
优选地，所述家庭多媒体网关对DTV节目数据流的编码过程使用低密度奇偶校验码(LDPC)作为前向纠错差错控制编码；使用LDPC作为内码，在外侧级联BCH码之类的纠错编码。进一步提升DTV-VLC系统的误码性能，实现在8MHz带宽下有效载荷不小于20Mbps,误码率低于10-8。
在深入分析高阶调制与非规则LDPC码的非均等保护特性对纠错性能影响的基础上，通过有选择性地置换映射到某一星座符号的比特矢量的顺序，以改变比特映射比例，从而消除星座符号比特位置和LDPC变量节点度数对应的纠错能力不匹配的情况，以期获得接收性能的提升。基于外信息传递(EXtrinsic information transfer，EXIT)图提出比特映射中置换图样的快速搜索策略，利用EXIT图分析奇偶校验码译码器(外码译码器)和重复码译码器(内码译码器)之间的外信息传递特性，能够以极低的计算复杂度快速估计置换图样在复杂噪声信道下的性能，再结合精度更高的蒙特卡洛法迅速进一步获得最优置换图样，应用比特映射技术的增强型编码调制体制，有望在快衰落、高噪声的恶劣信道下大幅提高系统频谱效率及能量效率。此外，由于LDPC具有一定的误码平台，即当信噪比提高到一定程度的时候，误码率不在随信噪比指数下降。为了进一步降低系统的误码平台，实现更好的传输性能，可以使用级联码结构。
优选地，所述TDS-OFDM信号在电力线上的传输采用基于频分复用的多路节目传输复用方式；将DTMB的传输频带与PLC-VLC联合系统传输频带两路信号分别变频搬移到基带，并重新搬移到连续的适用于PLC-VLC联合系统传输的频带上，使得两路信号分别占有相邻的8MHz带宽。由于DTMB的传输频带与PLC-VLC联合系统传输频带有一定的差别，并且对于DTMB两路非连续频带的信号在联合系统中需要整合为连续频带，在家庭多媒体网关中需要对信号进行变频放大和转发。
优选地，所述室内电力线有线信号在电力线上的传输过程，从家庭多媒体网关到每个LED灯之间设置至少25m的可靠传输距离。这一部分的信号是在电力线中进行传输，电力线信道比较恶劣，对信号的衰减作用十分明显。针对高噪声、快衰减的恶劣电力线通信传输环境，联合考虑编码、调制、交织等模块设计及其之间的互相影响，研究逼近香农极限的高阶非等概及非均匀APSK星座图、优化比特映射关系以提高系统纠错性能；研究抗噪声干扰的最优化时频联合交织技术、抗窄带干扰与带外耦合的帧结构设计，构建兼顾频谱效率与系统整体鲁棒性的传输机制，从而在低信噪比的条件下完成对信号的正确恢复。
优选地，所述LED灯中设置有用于将所传输的信息解调到基带的PLC解调单元。
优选地，所述家庭多媒体网关接收到地面数字电视信号(DTMB标准信号)后，首先利用调谐器、射频前端接收电视节目信号，对接收到的每路电视节目信号做下变频搬移到2-30MHz对应于电力线和可见光通信适宜传输的中频频段，处理完成后将电视节目信号通过直接放大的方式耦合到电力线上，进而分发到不同房间的LED灯进行广播覆盖；用户接收终端只需要对符合DTMB标准的TDS-OFDM信号进行解调解码即可获得高清视频业务。
优选地，所述家庭多媒体网关接收到有线电视信号(DVB-C)时，家庭多媒体网关对有线数字电视广播信号(DVB-C标准信号)进行接收与解调，然后根据电力线和照明网络独特的信道环境和传输特征，利用高阶调制编码调制技术和可交织、抗噪声干扰技术，将解调后的数据调制为基于DTMB标准的TDS-OFDM信号，然后通过PLC耦合器将TDS-OFDM信号耦合到电力线上，并分发到每个照明灯具上；用户接收终端只需要对符合DTMB标准的TDS-OFDM信号进行解调解码即可获得高清视频业务。
优选地，所述用户接收终端为手机、平板电脑、高清数字电视和台式计算机。
与现有技术相比，本发明一种基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统1通过采用家庭多媒体网关对DTV信号源进行解码获得DTV节目数据流，然后重新按DTMB标准进行编码调制与组帧，最终各LED灯下行的信号被接收终端内部的DTV-VLC接收终端单元解调解码，实现在电力线上传输以驱动LED发射携带信息的光信号，最后再由接收终端的光传感器采集，其调制方式为基于现有APSK及ACE技术，结合TDS-OFDM技术，针对DTV与PLC-VLC融合信道进行优化设计，开发出的逼近容量限的新型编码调制方式，无需对现有的照明网络进行复杂的升级改造，降低成本；其次，在室内多灯交叠区域，由于不同光源传输的信号相同，考虑信号延迟极短，可认为信号为强度叠加，不会产生信号干扰以及避免了频繁的信号切换问题，实现了VLC系统中，三灯照明有交叠区域的可靠接收；再次，用户根据自身所需的节目，可以在接收终端实现频段选择，且无需下变频，可直接进行DTV信号的解码解调，降低了用户接收终端的硬件复杂度，极大地促进了小型化接收终端的研发；最后，由于照明系统本身满足的光照度均匀覆盖特点，使得该深度融合网络也能具有均匀覆盖性，解决了室内整体区域内的可靠接收技术，保证DTV-VLC融合室内广播覆盖信号帧的正确、高效、可靠传输。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统，其特征在于：包括电源、若干个LED灯、PLC耦合器、家庭多媒体网关以及DTV信号源，所述LED灯、PLC耦合器和家庭多媒体网关与电源电性连接；
家庭多媒体网关接收有线入户DTV信号源的广播信号时，首先进行解码获得DTV节目数据流，然后重新按DTMB标准进行编码调制与组帧；所述家庭多媒体网关接收地面DTMB信号时，直接通过VLC信道进行转发；最终，各LED灯下行的信号被接收终端内部的DTV-VLC接收终端单元解调解码；在所述DTV-VLC无线覆盖的传输过程中，来自家庭多媒体网关、通过对DTMB进行调制后得到的TDS-OFDM信号首先通过PLC耦合器耦合到电力线上，在电力线上传输以驱动LED发射携带信息的光信号，最后再由接收终端的光传感器采集。
2.如权利要求1所述的一种基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统，其特征在于：所述家庭多媒体网关对DTV节目数据流的编码过程使用低密度奇偶校验码(LDPC)作为前向纠错差错控制编码；使用LDPC作为内码，在外侧级联BCH码之类的纠错编码。
3.如权利要求1所述的一种基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统，其特征在于：所述TDS-OFDM信号在电力线上的传输采用基于频分复用的多路节目传输复用方式；将DTMB的传输频带与PLC-VLC联合系统传输频带两路信号分别变频搬移到基带，并重新搬移到连续的适用于PLC-VLC联合系统传输的频带上，使得两路信号分别占有相邻的8MHz带宽。
4.如权利要求1所述的一种基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统，其特征在于：所述室内电力线有线信号在电力线上的传输过程，从家庭多媒体网关到每个LED灯之间设置至少25m的可靠传输距离。
5.如权利要求1或4所述的一种基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统，其特征在于：所述LED灯中设置有用于将所传输的信息解调到基带的PLC解调单元。
6.如权利要求5所述的一种基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统，其特征在于：所述家庭多媒体网关接收到地面数字电视信号(DTMB标准信号)后，首先利用调谐器、射频前端接收电视节目信号，对接收到的每路电视节目信号做下变频搬移到2-30MHz对应于电力线和可见光通信适宜传输的中频频段，处理完成后将电视节目信号通过直接放大的方式耦合到电力线上，进而分发到不同房间的LED灯进行广播覆盖；用户接收终端只需要对符合DTMB标准的TDS-OFDM信号进行解调解码即可获得高清视频业务。
7.如权利要求5所述的一种基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统，其特征在于：所述家庭多媒体网关接收到有线电视信号(DVB-C)时，家庭多媒体网关对有线数字电视广播信号(DVB-C标准信号)进行接收与解调，然后根据电力线和照明网络独特的信道环境和传输特征，利用高阶调制编码调制技术和可交织、抗噪声干扰技术，将解调后的数据调制为基于DTMB标准的TDS-OFDM信号，然后通过PLC耦合器将TDS-OFDM信号耦合到电力线上，并分发到每个照明灯具上；用户接收终端只需要对符合DTMB标准的TDS-OFDM信号进行解调解码即可获得高清视频业务。
8.如权利要求6或7所述的一种基于DTV-VLC的室内无线覆盖传输系统，其特征在于：所述用户接收终端为手机、平板电脑、高清数字电视和台式计算机。
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