CN106992814A - 一种基于分布式多光源的可见光多载波通信系统发射机设计方法 - Google Patents

一种基于分布式多光源的可见光多载波通信系统发射机设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于分布式多光源的可见光多载波通信系统发射机设计方法，包括如下步骤：(1)调制装置；(2)波束成形；(3)IFFT处理；(4)削波处理；(5)直流偏置；(6)数模转换；(7)LED阵列。本发明的有益效果为：(1)多光源可以同时为通信和照明系统提供无所不在的覆盖，在阻碍和遮蔽影响下更加鲁棒，可以提高数据速率和服务质量，增加调光灵敏度；(2)DCO‑OFDM技术可用于强度调制和直接解调下的多载波调制，可获得高频谱效率，且易于实现，本发明中的偏置波束成形可以充分实现多光源DCO‑OFDM可见光系统的优势。

Description

一种基于分布式多光源的可见光多载波通信系统发射机设计 方法
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其是一种基于分布式多光源的可见光多载波通信系统发射机设计方法。
背景技术
可见光通信(VLC)是一种新兴的接入技术，兼顾了照明和通信，能满足高速数据业务，拥有包括成本低廉、绿色安全、保密性好、易于实现、电磁兼容性好在内的众多优势。
与传统射频无线通信不同的是，可见光通信使用强度调制和直接检测(IM/DD)，发射端通过LED将电信号转变为光信号，通过信道传播后，在接收端通过光电二极管将光信号转换为电信号，由于发送信号载体为光强，因而要求发送信号必须是实非负数。
多载波技术易于实现，可以获得更高的频谱效率和功率效率。将多载波技术和可见光通信技术相结合，使其兼备了可见光通信和多载波技术的优势，是一种具有较高研究意义和实用价值的技术。由于发送信号必须为实非负数，传统射频中的多载波技术需要改进才能应用到可见光通信领域。直流偏置正交频分复用多载波技术(Direct-Current-Biased Optical OFDM，简称DCO-OFDM)具有频谱效率高的优势。DCO-OFDM技术即：在发送信号上叠加了直流分量，将叠加后仍小于零的部分削去，从而使得双极性信号变成了单极性信号，以满足可见光通信中信号非负性的条件。
可见光信道在自然界中一般是直视径，在复杂的室内环境下对于照明和通信而言都存在不同程度的遮挡影响。一般情况下，照明系统是由多路光源构成，因此可见光通信系统中可以利用多光源增加系统鲁棒性，消除复杂的室内环境对照明和通信的不利影响。多光源可以为通信和照明提供无处不在的覆盖，可以提供更高的传输速率和更好的通信质量，为满足用眼安全准则所需的照明强度控制提供了灵活度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于分布式多光源的可见光多载波通信系统发射机设计方法，能够对于每个光源叠加直流偏置，对于每个子载波乘上波束成形向量，充分实现多光源DCO-OFDM可见光系统的优势。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于分布式多光源的可见光多载波通信系统发射机设计方法，包括如下步骤：
(1)调制装置；对发射的比特流信号进行多载波调制；
(2)波束成形；对步骤(1)中调制的信号进行波束成形处理，得到各路光源上的频域信号；
(3)IFFT处理；对步骤(2)中得到的频域信号进行快速离散傅里叶反变换IFFT转换成时域信号；
(4)削波处理；为使信号叠加偏置后是实非负信号，对每路光源信号进行削波；
(5)直流偏置；在削波后的信号上叠加直流偏置，得到频域上的实非负信号；
(6)数模转换；将数字信号进行数模转换得到模拟波形；
(7)LED阵列；由N个独立受控的LED组成，利用模拟信号驱动LED光源，将信号转换为光强信号发射。
优选的，步骤(2)中，波束成形具体为：对映射在第k＝1,...,K-1个子载波上的符号针对第i路LED，对每个子载波符号进行波束成形处理得到传输信号sik＝wikzk，其中wik是波束成形系数；第k个子载波上由所有N个LED发射的的频域信号为其中是针对第k个子载波的波束成形向量。
优选的，步骤(5)中，叠加直流偏置具体为：为了满足发射的信号是实非负信号，针对不同光源，信号需要在时域信号上叠加直流偏置bi，对频域信号进行快速离散傅立叶反变换(IFFT)得到时域信号si(n)，然后削波并叠加直流偏置剔除负信号。
优选的，每路光源都是独立的发射光强信号，通过空间合成形式光强进行叠加。
优选的，每路光源都是受同一调制符号驱动，增强信号发射强度。
本发明的有益效果为：(1)多光源可以同时为通信和照明系统提供无所不在的覆盖，在阻碍和遮蔽影响下更加鲁棒，可以提高数据速率和服务质量，增加调光灵敏度；(2)DCO-OFDM技术可用于强度调制和直接解调下的多载波调制，可获得高频谱效率，且易于实现，本发明中的偏置波束成形可以充分实现多光源DCO-OFDM可见光系统的优势。
附图说明
图1为本发明的发射机结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于分布式多光源的可见光多载波通信系统发射机设计方法，包括如下步骤：
(1)调制装置；对发射的比特流信号进行多载波调制；
(2)波束成形；对步骤(1)中调制的信号进行波束成形处理，得到各路光源上的频域信号；
(3)IFFT处理；对步骤(2)中得到的频域信号进行快速离散傅里叶反变换IFFT转换成时域信号；
(4)削波处理；为使信号叠加偏置后是实非负信号，对每路光源信号进行削波；
(5)直流偏置；在削波后的信号上叠加直流偏置，得到频域上的实非负信号；
(6)数模转换；将数字信号进行数模转换得到模拟波形；
(7)LED阵列；由N个独立受控的LED组成，利用模拟信号驱动LED光源，将信号转换为光强信号发射。
设本实施例中系统采用DCO-OFDM技术，子载波总数为2K，光源总数为N个。设调制得到QAM符号针对第i路LED，对每个子载波符号进行波束成形处理得到传输信号sik＝wikzk，其中wik是波束成形系数；在第k个子载波上由所有N个LED发射的频域信号为其中是针对第k个子载波的波束成形向量；然后对信号厄尔米特变换得到2K个子载波上共轭对称的信号对第i路LED上的频域信号进行快速离散傅立叶反变换(IFFT)得到时域信号si(n)；对时域信号si(n)进行削波得到sclip,i(n)；在削波信号上叠加大小为bi的直流分量得到sdc,i(n)；最后数字信号sdc,i(n)通过数字模拟转化器(D/A)得到模拟波形驱动光源发出光强信号。
在本实施例中，该发射机包括：调制装置，对发射比特流信号进行多载波调制；波束成形器，对调制符号进行波束成形处理；IFFT处理器，经过快速离散傅立叶反变换(IFFT)转换成时域信号；削波器，为使信号叠加偏置后是实非负信号，对每路光源信号进行削波；直流偏置器，在削波信号上叠加直流偏置，得到数字发射信号；数模转换器，将数字信号进行数模转换得到模拟波形；LED阵列，由N个独立受控的LED组成，利用模拟信号驱动LED光源，将信号转换光强信号发射。
考虑VLC系统的发射信号必须是实信号，因此需要对频域信号进行厄尔米特变换，将信号厄尔米特变换将拓展为2K个子载波上共轭对称的信号其中且s0＝sK＝0，因此频域信号对称，IFFT之后得到的时域信号是实信号。
为了使叠加偏置后的信号是非负的，需要根据各路光源的直流偏置bi，对各光源上的时域信号si(n)进行削波，得到削波后的信号
然后对削波后的信号叠加上直流偏置，得到发射信号sdc,i(n)＝sclip,i(n)+bi，信号是实数并且非负，满足VLC发射要求。
将数字信号数模转换为模拟波形，采用强度调制，将模拟波形通过LED发射电路驱动LED发出具有信息的光强信号sdc,i(t)，不同光源的光强信号在空间信道进行叠加，然后由接收端光电二极管检测。
尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。

Claims (5)

1.一种基于分布式多光源的可见光多载波通信系统发射机设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)调制装置；对发射的比特流信号进行多载波调制；
(2)波束成形；对步骤(1)中调制的信号进行波束成形处理，得到各路光源上的频域信号；
(3)IFFT处理；对步骤(2)中得到的频域信号进行快速离散傅里叶反变换IFFT转换成时域信号；
(4)削波处理；为使信号叠加偏置后是实非负信号，对每路光源信号进行削波；
(5)直流偏置；在削波后的信号上叠加直流偏置，得到频域上的实非负信号；
(6)数模转换；将数字信号进行数模转换得到模拟波形；
(7)LED阵列；由N个独立受控的LED组成，利用模拟信号驱动LED光源，将信号转换为光强信号发射。
2.如权利要求1所述的基于分布式多光源的可见光多载波通信系统发射机设计方法，其特征在于，步骤(2)中，波束成形具体为：对映射在第k＝1,...,K-1个子载波上的符号针对第i路LED，对每个子载波符号进行波束成形处理得到传输信号sik＝wikzk，其中wik是波束成形系数；第k个子载波上由所有N个LED发射的的频域信号为其中是针对第k个子载波的波束成形向量。
3.如权利要求1所述的基于分布式多光源的可见光多载波通信系统发射机设计方法，其特征在于，步骤(5)中，叠加直流偏置具体为：为了满足发射的信号是实非负信号，针对不同光源，信号需要在时域信号上叠加直流偏置bi，对频域信号进行快速离散傅立叶反变换(IFFT)得到时域信号si(n)，然后削波并叠加直流偏置剔除负信号。
4.如权利要求1所述的基于分布式多光源的可见光多载波通信系统发射机设计方法，其特征在于，每路光源都是独立的发射光强信号，通过空间合成形式光强进行叠加。
5.如权利要求1所述的基于分布式多光源的可见光多载波通信系统发射机设计方法，其特征在于，每路光源都是受同一调制符号驱动。
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