CN107612618B - 一种基于可见光通信新型混合调制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于可见光通信新型混合调制方法，包括：分别对两路随机序列信号进行串并转换，得到两路并行信号；对转换后的一路信号进行PPM调制，得到PPM调制信号；对转换后的另一路信号进行PAM‑DMT调制，得到PAM‑DMT信号；通过PPM信号来控制不同极性的PAM‑DMT信号与PPM信号叠加，得到混合调制信号；将混合调制信号进行数模转换后，通过光发射机发送给光接收机；对光接收机接收到的信号进行模数转换；对模数转换后的信号进行信号分离；将分离后的PPM信号和PAM‑DMT信号，分别进行脉冲相位解调和PAM‑DMT解调，得到原始的两路随机序列信号。本发明实现两种物理层通道的混合，实现双路数据单通道传输，提高可见光系统的频带利用率。

Description

一种基于可见光通信新型混合调制方法

技术领域

本发明涉及一种通信混合调制方法。特别是涉及一种基于可见光通信新型混合调制方法。

背景技术

近年来，随着通信技术和电子设备的高速发展，越来越多的用户持有可以上网的智能设备，人们对高速宽带多媒体通信有着越来越高的要求。但是传统的射频通信系统由于本身的频谱范围窄，导致可用的通信带宽不能满足越来越高的带宽需求，加上人们对电子辐射的恐慌，射频通信逐渐不能满足未来的通信需求。而可见光通信凭借其宽带宽，和绿色的LED辐射，越来越受到人们的关注。

作为可见光通信技术的核心，数据的调制解调一直是人们研究的重点领域。由于大气粒子的散射和折射，会导致可见光的反射与折射，导致VLC信道为多径信道，在高速传输数据时，会产生符号间干扰(Inter-symbol Interference,ISI)，限制了传输速率的进一步提高。为此正交频分复用调制(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)使用，不仅解决了ISI，还可提高数据的发送速率。但是经过正交频分复用调制后的信号包含实部和虚部，而可见光通信大多采取IM/DD直接检测技术，信息承载于光强中，所以要求调制端输出的信号是非负实数信号，因此OFDM技术不能适用于可见光通信中。为此，ACO-OFDM,DCO-OFDM和PAM-DMT等技术的提出使调制完的数据为非负实数，可以与可见光通信良好兼容。

但是这些新技术都会对承载数据的信号部分截断或者对只在部分频带上加载数据，导致频带利用率降低。由此，本发明提出了该新型混合调制技术，结合了PAM-DMT和PPM调制技术，提高了频带利用率。并且由于PPM技术的低功耗，稳定性和低复杂度，使得该混合调制技术不需要复杂的调制解调系统，就能实现两种物理层通道的混合，可以实现双通道传输，提高了系统的灵活性。

针对上述该混合调制技术的优点，可以看出利用此方法调制的数据传输的技术的研究方向十分有意义，运用其技术所开发的产品也具有很好的市场前景。而在可见光通信系统中，运用混合调制技术的调制解调器还鲜有报道，为此该设计的提出对于提高可见光通信的频带效率和灵活性有重要作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够实现两种物理层通道的混合，实现双路数据单通道传输，使可见光系统频带利用率提高的基于可见光通信新型混合调制方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于可见光通信新型混合调制方法，包括依次进行的将脉冲相位调制方式与脉冲幅度调制-离散多音频方式进行信号混合调制的方法和对获得的混合调制信号进行解调的方法；其中，

所述混合调制的方法包括如下步骤：

1)分别对两路随机序列信号进行串并转换，得到两路并行信号；

2)对转换后的一路并行信号进行脉冲相位调制，得到脉冲相位调制信号；对转换后的另一路并行信号进行脉冲幅度调制-离散多音频方式调制，得到脉冲幅度调制-离散多音频信号；

3)通过脉冲相位调制信号来控制不同极性的脉冲幅度调制-离散多音频信号与脉冲相位调制信号叠加，得到混合调制信号；

4)将混合调制信号进行数模转换后，通过光发射机发送给光接收机；

所述解调的方法包括如下步骤：

5)对光接收机接收到的信号进行模数转换；

6)对模数转换后的信号进行信号分离；

7)将分离后的脉冲相位调制信号和脉冲幅度调制-离散多音频信号，分别进行脉冲相位解调和脉冲幅度调制-离散多音频解调，得到原始的两路随机序列信号。

步骤3)包括：首先将脉冲相位调制信号的脉冲幅度定义为Ippm，在脉冲相位调制信号为0时，发送脉冲幅度调制-离散多音频正半部信号，在脉冲相位调制信号为Ippm时，发送脉冲幅度调制-离散多音频负半部信号与Ippm相加结果的信号。

步骤6)所述的分离，是首先根据下式，求出脉冲相位调制信号的判决阈值，

其中，T为求出的判决阈值，E{·}为信号的数学期望，x_NPAM-DMT(t)为脉冲幅度调制-离散多音频信号的负半部分，x_PAM-_DMT(t)为脉冲幅度调制-离散多音频信号的正半部分，ppm(t)为脉冲相位调制信号，n为信道噪声的采样；

然后，将模数转换后信号的平均值与所述的判决阈值进行比较，根据比较结果来分离出脉冲相位调制信号和脉冲幅度调制-离散多音频信号。

所述的将模数转换后信号的平均值与所述的判决阈值进行比较是通过如下两式获得：

其中，为分离出的ppm信号，为分离出的脉冲幅度调制-离散多音频信号。

本发明的一种基于可见光通信新型混合调制方法，使得可见光通信系统中不需要以复杂的调制解调系统为代价，实现两种物理层通道的混合，实现双路数据单通道传输，使可见光系统的频带利用率提高。本发明具有如下优点：

1、基于可见光通信技术，采用了PAM-DMT技术和PPM技术的结合，不仅解决了符号间干扰ISI，使得传输速率能进一步的提高，还解决了传统OFDM调制技术不能与可见光通信技术兼容的问题。

2、两种调制技术的混合，解决了单一极性OFDM调制技术中频带利用率低的缺点，提高了频带利用率。

3、两种物理层通道的混合，实现双路数据单路通道传输，使系统的灵活度提高。

4、相比于传统的可见光通信调制解调模块，该混合调制系统的复杂度并没有增加。

附图说明

图1是本发明一种基于可见光通信新型混合调制方法中混合调制方法的流程图；

图2是本发明一种基于可见光通信新型混合调制方法中解调方法的流程图；

图3a是PAM-DMT信号示意图；

图3b是PPM信号示意图；

图3c是混合调制示意图；

图3d是判决阈值示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种基于可见光通信新型混合调制方法做出详细说明。

本发明的一种基于可见光通信新型混合调制方法，包括依次进行的将脉冲相位调制方式(pulse-phase modulation；PPM)与脉冲幅度调制-离散多音频方式(pulseamplitude modulated discrete multitone,PAM-DMT)进行信号混合调制的方法和对获得的混合调制信号进行解调的方法；其中，

(一)所述混合调制的方法，如图1所示，包括如下步骤：

1)分别对两路随机序列信号进行串并转换，得到两路并行信号；

2)对转换后的一路并行信号进行脉冲相位调制，得到脉冲相位调制信号；对转换后的另一路并行信号进行脉冲幅度调制-离散多音频方式调制，得到脉冲幅度调制-离散多音频信号；

本发明利用了脉冲幅度调制-离散多音频信号中心对称性，使得频域信号的正实部或负实部均能恢复出完整的频域信号。PAM-DMT方式仅对子载波虚部进行脉冲振幅调制(Pulse Amplitude Modulation，PAM)，令子载波实部为零，在逆傅里叶变化前实现虚部分配以及共轭对称：第0和第N/2个子载波不承载数据，且满足N点的共轭对称，则X_k满足

其中X_k满为逆傅里叶变换的第k路子载波，X^*为X的共轭。

则IFFT后输出的信号xn可以表示为

同理，xN-n可以表示为

由式(2)、(3)式可得，经过逆傅里叶变换后得到的时域信号x满足反对称，如下式

x_n＝-x_N-n (4)

由此可知，调制模块只需发送调制信号的前半部分或后半部分均能恢复出完整的调制信号，这就是为什么PAM-DMT能与PPM信号混叠的原理。

3)通过脉冲相位调制信号来控制不同极性的脉冲幅度调制-离散多音频信号与脉冲相位调制信号叠加，得到混合调制信号；

具体是，首先将脉冲相位调制信号的脉冲幅度定义为Ippm，在脉冲相位调制信号为0时，发送脉冲幅度调制-离散多音频正半部信号，在脉冲相位调制信号为Ippm时，发送脉冲幅度调制-离散多音频负半部信号与Ippm相加结果的信号如下：

其中，x_PPM-PAM-DMT(t)混合调制信号，x_NPAM-DMT(t)为PAM-DMT信号的负半部分，x_PAM-DMT(t)为PAM-DMT信号的正半部分ppm(t)为脉冲相位调制信号。

4)将混合调制信号进行数模转换后，通过光发射机发送给光接收机；

(二)所述解调的方法，如图2所示，包括如下步骤：

5)对光接收机接收到的信号进行模数转换，得到转换后的信号如下：

其中Y(t)为模数转换后的信号，n为信道噪声的采样。

6)对模数转换后的信号进行信号分离；

首先根据下式，求出脉冲相位调制信号的判决阈值，

其中，T为求出的判决阈值，E{·}为信号的数学期望，n为信道噪声的采样。

然后，将模数转换后信号的平均值与所述的判决阈值进行比较，根据比较结果来分离出脉冲相位调制信号和脉冲幅度调制-离散多音频信号。

所述的将模数转换后信号的平均值与所述的判决阈值进行比较是通过如下两式获得：

其中，为分离出的ppm信号，为分离出的PAM-DMT信号。

7)将分离后的脉冲相位调制信号和脉冲幅度调制-离散多音频信号，分别进行脉冲相位解调和脉冲幅度调制-离散多音频解调，得到原始的两路随机序列信号。

Claims (2)

1.一种基于可见光通信新型混合调制方法，其特征在于，包括依次进行的将脉冲相位调制方式与脉冲幅度调制-离散多音频方式进行信号混合调制的方法和对获得的混合调制信号进行解调的方法；其中，

所述混合调制的方法包括如下步骤：

1)分别对两路随机序列信号进行串并转换，得到两路并行信号；

2)对转换后的一路并行信号进行脉冲相位调制，得到脉冲相位调制信号；对转换后的另一路并行信号进行脉冲幅度调制-离散多音频方式调制，得到脉冲幅度调制-离散多音频信号；

3)通过脉冲相位调制信号来控制不同极性的脉冲幅度调制-离散多音频信号与脉冲相位调制信号叠加，得到混合调制信号，包括：首先将脉冲相位调制信号的脉冲幅度定义为Ippm，在脉冲相位调制信号为0时，发送脉冲幅度调制-离散多音频正半部信号，在脉冲相位调制信号为Ippm时，发送脉冲幅度调制-离散多音频负半部信号与Ippm相加结果的信号；

4)将混合调制信号进行数模转换后，通过光发射机发送给光接收机；

所述解调的方法包括如下步骤：

5)对光接收机接收到的信号进行模数转换；

6)对模数转换后的信号进行信号分离，所述的分离，是首先根据下式，求出脉冲相位调制信号的判决阈值，

其中，T为求出的判决阈值，E{·}为信号的数学期望，x_NPAM-DMT(t)为脉冲幅度调制-离散多音频信号的负半部分，x_PAM-DMT(t)为脉冲幅度调制-离散多音频信号的正半部分，ppm(t)为脉冲相位调制信号，n为信道噪声的采样；

然后，将模数转换后信号的平均值与所述的判决阈值进行比较，根据比较结果来分离出脉冲相位调制信号和脉冲幅度调制-离散多音频信号；

7)将分离后的脉冲相位调制信号和脉冲幅度调制-离散多音频信号，分别进行脉冲相位解调和脉冲幅度调制-离散多音频解调，得到原始的两路随机序列信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信新型混合调制方法，其特征在于，所述的将模数转换后信号的平均值与所述的判决阈值进行比较是通过如下两式获得：

其中，为分离出的ppm信号，为分离出的脉冲幅度调制-离散多音频信号。