CN108512801B - 一种基于载波索引调制的可见光通信调制方法及其实现系统 - Google Patents

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CN108512801B CN201810311653.XA CN201810311653A CN108512801B CN 108512801 B CN108512801 B CN 108512801B CN 201810311653 A CN201810311653 A CN 201810311653A CN 108512801 B CN108512801 B CN 108512801B
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    • H04L27/36—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H04L27/362—Modulation using more than one carrier, e.g. with quadrature carriers, separately amplitude modulated

Abstract

本发明涉及一种基于载波索引调制的可见光通信调制方法及其实现系统，将待传输的信息比特分成索引比特和星座比特两部分，星座比特输入到单极性M阶PAM星座图中得到调制后星座符号，然后，每两个星座符号组成一个复数信号。索引比特用来选择哪些子载波传输复数信号，哪些子载波传输该复信号的共轭信号。经过载波索引调制后的复数信号进行离散傅里叶逆变换和加直流偏置后即可转换为单极性实数信号。在接收端，去掉直流偏置和离散傅里叶变换之后得到的复数信号，可以根据判断接收信号虚部的符号恢复出索引比特。将接收到的复数信号实部和虚部分别进行M阶PAM星座图的解映射即可恢复出传输星座比特。

Description

一种基于载波索引调制的可见光通信调制方法及其实现系统
技术领域
本发明涉及一种基于载波索引调制的可见光通信调制方法及其实现系统，具体涉及载波索引调制(IM)和正交频分复用(OFDM)的一种适用于可见光通信的调制方法，属于可见光通信技术领域。
背景技术
随着4G通信技术的商用和移动通信用户高速增长，使得频谱资源成为通信技术发展的重要限制因素。因可见光通信具有丰富的且不需要授权即可使用的频谱资源，受到国内外研究人员的广泛关注。与传统无线通信相比，可见光通信可以在照明的同时实现信息传输；可见光无电磁干扰问题，对人体无影响，绿色安全。
可见光通信系统采用强度调制/直接检测(IM/DD)的传输方式,只能传输单极性实数值信号，而传统的OFDM信号是双极性复数信号，为了使OFDM技术用于可见光通信以实现高速通信，改进的直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)是目前最简单、应用较为广泛的单极性OFDM调制方式。DCO-OFDM通过频域向量满足厄密特对称(Hermitian对称)得到双极性实数值信号，然后加入直流偏置(DC bias)得到单极性实数值信号。为了提高DCO-OFDM调制方式误码率性能，基于DCO-OFDM的载波索引调制(IM-DCO-OFDM)被提出。IM-DCO-OFDM利用信息比特选择一部分载波传输调制信号，在接收端需要恢复激活的载波序号和载波上携带的信息。IM-DCO-OFDM虽然提高了系统误码率性能，但是有一部分载波未利用，大大降低了系统的频效和信息传输速率。双模式DCO-OFDM(DM-DCO-OFDM)提出了用两个互不重叠的星座图来区分不同的载波来提高IM-DCO-OFDM频谱效率，但是，在接收端需要遍历所有可能传输的星座符号，增加系统复杂度。
发明内容
针对DM-DCO-OFDM调制技术采用双星座图带来的高系统复杂度的问题，本发明提出了一种基于载波索引调制的可见光通信调制方法，减少了可见光通信系统的复杂度，进一步降低了可见光通信系统的误码率。
本发明还提供了上述可见光通信调制方法的实现系统。
本发明在离散傅里叶变换之前进行载波索引调制。首先，将待传输的信息比特分成索引比特和星座比特两部分，星座比特输入到单极性M阶PAM星座图中得到调制后星座符号，然后，每两个星座符号组成一个复数信号。索引比特用来选择哪些子载波传输复数信号，哪些子载波传输该复信号的共轭信号。经过载波索引调制后的复数信号进行离散傅里叶逆变换和加直流偏置后即可转换为单极性实数信号。在接收端，去掉直流偏置和离散傅里叶变换之后得到的复数信号，可以根据判断接收信号虚部的符号恢复出索引比特。将接收到的复数信号实部和虚部分别进行M阶PAM星座图的解映射即可恢复出传输星座比特。
术语解释
1、MPAM调制，是指多电平幅度调制；
2、IFFT变换，是指离散傅里叶逆变换；
3、FFT变换，是指离散傅里叶变换；
4、Hermitian对称，是指厄密特对称；
本发明的技术方案为：
一种基于载波索引调制的可见光通信调制方法,采用1个发射端和1个接收端传输1路数据，包括：
(1)将发射端发射的信号比特流和总载波数N，按前后顺序平均分成G组，每组载波数表示为n；
(2)从每组载波中选l个载波，用来传输原始的复数信号，计算每组输入比特数m；
(3)根据从每组载波中选择的载波个数设计查找表，将每组输入的比特流m分成p1、p2、p3三部分，p1比特根据查找表选择n个载波中的l个载波传输原始的复数信号，剩下n-l个载波传输共轭信号；
p2、p3比特进行单极性MPAM调制，假设MPAM的星座集合为S＝[S1,S2,....,SM]，每两个调制后的单极性MPAM符号Sa,Sb∈S，组成一个复数信号X＝Sa+jSb，j是指虚部，根据p1的比特组合按照查找表确定每组载波传输的复数信号Xi＝[X1,X2,...,Xn],i∈(1,2,...,G)，
Figure BDA0001622547550000021
p2＝p3＝nlog2(M)；
(4)经过步骤(3)调制后的全部复数信号X＝[X0,X1,...,XN-1]，经过厄密特(Hermitian)对称后得到复数信号
Figure BDA0001622547550000022
(5)复数信号
Figure BDA0001622547550000023
输入到IFFT变换得到双极性实数信号xR＝[x0,x1,....,xi,...,x2N-1]；
(6)双极性实数信号xR加上直流偏置DC，如果双极性实数信号xR加上直流偏置DC的值小于0，则将该值设置为0，否则，不作变动，得到单极性实数信号xT；
(7)并串转换：将得到的单极性实数信号xT转换成串行数据xk，进行传输；
(8)串行数据xk经过加性高斯白噪声信道(AWGN)后，接收到信号值yk；
(9)对接收到的信号值yk进行解调，检测得到解调信号
Figure BDA0001622547550000036
(10)将步骤(9)中检测得到解调信号
Figure BDA0001622547550000037
去掉直流偏置DC并进行串并转换，将串行数据转换成并行数据，作为FFT变换的输入数据
Figure BDA0001622547550000038
(12)输入数据
Figure BDA0001622547550000039
经过FFT变换输出信号
Figure BDA00016225475500000310
Figure BDA00016225475500000311
去掉厄密特(Hermitian)对称，得到待解调信号
Figure BDA00016225475500000312
(13)将待解调信号
Figure BDA00016225475500000313
的实部、虚部分别进行MPAM解映射，恢复出传输的比特p2，p3，用迫零检测算法判断
Figure BDA00016225475500000314
虚部的符号，并根据查找表恢复出p1比特；
根据本发明优选的，所述步骤(2)中，计算每组输入比特数m，计算公式如式(Ⅰ)所示：
Figure BDA0001622547550000031
式(Ⅰ)中，n为每个分组中的载波数；1为传输原始信号的载波数；M为单极性PAM调制阶数。
根据本发明优选的，所述步骤(3)，根据从每组载波中选择的载波个数设计查找表，包括：
a、计算从n个载波中选l个载波所有的组合数量即
Figure BDA0001622547550000032
b、计算载波索引比特
Figure BDA0001622547550000033
所有的可能的组合数量即
Figure BDA00016225475500000316
c、从
Figure BDA0001622547550000034
种载波组合中随机选择出
Figure BDA00016225475500000317
种载波组合，载波索引比特与
Figure BDA00016225475500000318
种载波组合形成一一对应的关系，得到查找表。
根据本发明优选的，所述步骤(4)中，厄密特(Hermitian)对称计算公式如式(Ⅱ)所示：
Figure BDA0001622547550000035
式(Ⅱ)中，N表示经过载波索引调制的总载波数，
Figure BDA00016225475500000315
表示X2N-i的复数共轭。
根据本发明优选的，所述步骤(5)中，IFFT变换如式(Ⅲ)所示
Figure BDA0001622547550000041
式(Ⅲ)中，N表示总载波数；Xk∈XH表示经过厄密特(Hermitian)对称后的频域复数信号。
根据本发明优选的，所述步骤(8)中，接收到的信号值yk如式(Ⅳ)所示：
yk＝Hxk+nAWGN (Ⅳ)
式(Ⅳ)中，信道增益矩阵H内元素计算如下：0≤ψr≤Ψc时，
Figure BDA0001622547550000042
ψr>Ψc时，hr,t＝0；1≤r≤2N，1≤t≤2N；dr,t代表接收端r和发射端t之间的距离；Ar为接收探测面积；φt为发射角；ψr为接收角；Ψc为FOV，即为视场角度；Ts(ψr)为光滤波器增益；m′称为朗伯辐射序数，其值与光源半功率强度角有关，具体关系为
Figure BDA0001622547550000043
Φ1/2为半功率角；nAWGN为高斯白噪声。
进一步优选的，本发明中系统采用一个发光二极管(LED)发射信号和一个光电检测器接收信号，即计算信道增益时，r＝t＝1。
根据本发明优选的，所述步骤(9)，采用迫零检测(Zero-forcing)得到解调信号
Figure BDA0001622547550000045
如式(Ⅴ)所示：
Figure BDA0001622547550000046
式(Ⅴ)中，y为接收矩阵，H-1与经过信道衰减和噪声干扰后得到的接收矩阵y相乘后得到
Figure BDA0001622547550000047
根据本发明优选的，所述步骤(12)，判断
Figure BDA0001622547550000048
虚部的符号，如式(Ⅵ)所示：
Figure BDA0001622547550000044
式(Ⅵ)中，Ii∈I为载波图样取值，Ii＝1表示该载波传输原始信号，Ii＝0表示该载波传输共轭信号；
上述可见光通信调制方法的实现系统，包括发送端、接收端；所述发送端包括比特分组模块、载波索引调制模块、M阶单极性PAM调制模块、OFDM数据生成模块、厄密特(Hermitian)对称模块、IFFT模块、直流偏置发射模块；
所述接收端包括光电探测器、去直流模块、FFT模块、去厄密特(Hermitian)对称模块、迫零检测模块、比特恢复模块。
根据本发明优选的，所述比特分组模块用于：将待发送的比特按先后顺序分成G组；每组按先后顺序输入到所述载波索引调制模块；
所述载波索引调制模块用于载波索引，所述M阶单极性PAM调制模块用于单极性PAM映射，输出完成载波索引调制的复数信号；将调制后的复数信号输入至所述OFDM数据生成模块中；
所述OFDM数据生成模块用于将所有分组的调制后的复数信号整合成一个OFDM数据块，并将该OFDM数据块输入到所述厄密特(Hermitian)对称模块中；
所述厄密特(Hermitian)对称模块用于将输入的OFDM数据块进行厄密特对称操作，并将处理后数据输入IFFT模块中；
所述IFFT模块用于IFFT运算，将复数信号转化为双极性实数信号，经过所述IFFT模块处理后的信号输入到所述直流偏置发射模块；
所述直流偏置发射模块用于将双极性实数信号加上直流偏置转换为单极性实数信号，并通过发光二极管发送光信号；
所述光电探测器、所述去直流模块用于检测发光二极管发送的光信号的强度，将光信号转换为电信号，并去掉发送端附加的直流偏置，将信号输送到FFT模块中；
所述FFT模块用于将接收到的实数信号变换为频域上的复数信号，并将复数信号输入到所述去厄密特(Hermitian)对称模块中；
所述去厄密特(Hermitian)对称模块用于移除发送端附加的厄密特(Hermitian)对称，并将处理后的信号输入到所述迫零检测模块；
所述迫零检测模块用于对输入的信号进行运算，检测出每一组中载波图样，即每一个组中哪几个载波传输原始信号；
所述比特恢复模块用于根据载波图样恢复出载波索引比特，将去厄密特对称输出的复数信号的实部和虚部分别进行MPAM解映射操作，恢复出发送比特数据。
本发明的有益效果为：
1、本发明利用所有载波传输数据，比IM-DCO-OFDM系统很大程度上提高了频效。
2、本发明不使用多个星座图调制数据，利用容易实现的单极性MPAM组合成一个复数信号，提高系统频谱效率。
3、本发明用MPAM代替了MQAM，在解调端使用迫零检测(Zero-forcing)代替最大似然估计(maximum likelihood)，减少了运算量，降低了系统复杂度。
4、本系统利用判断接收复数信号的虚部符号来对索引比特进行判决，使得星座比特和索引比特判决相互独立，降低了系统误码率。
附图说明
图1为本发明基于载波索引调制的可见光通信调制方法的实现系统的结构框图；
图2为基于载波索引调制的可见光通信调制方法的误码率曲线示意图；
图3为实施例1中与DM-DCO-OFDM在相同调制阶数下的频效对比曲线示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种基于载波索引调制的可见光通信调制方法,采用1个发射端和1个接收端传输1路数据，本实施例中，采用128个子载波传输数据，分为G＝32个组，每组n＝4个载波。在每个组中选择l＝2载波传输原始的复数信号。采用M＝2阶的单极性PAM进行星座比特映射，星座符号集S＝{1,3}包括：
(1)将发射端发射的信号比特流和总载波数N，按前后顺序平均分成G＝32组，每组载波数表示为n＝4；
(2)从每组载波中选l＝2个载波，用来传输原始的复数信号，计算每组输入比特数m；计算公式如式(Ⅰ)所示：
Figure BDA0001622547550000061
(3)根据从每组载波中选择的载波个数设计查找表；包括：
a、从4个载波中选择2个载波，
Figure BDA0001622547550000062
b、p1所有的组合数为22＝4，所有的载波组合数为
Figure BDA0001622547550000063
c、从6种载波组合中随机选择4种组合作为载波图样I＝[I1,I2,...,Ii,...,In],Ii＝0,1，并与索引比特形成一一对应的关系，查找表如表1所示。
表1
载波索引比特 载波组合图样I
(0，0) (1,1,0,0)
(0，1) (1,0,1,0)
(1，0) (0,1,1,0)
(1，1) (0,1,0,1)
表1中，(1,1,0,0)表示选择第一和第二个载波传输原始信号，第三和第四个载波传输共轭信号。
将每组输入的比特流m＝10分成p1、p2、p3三部分，p1比特根据查找表选择n个载波中的l个载波传输原始的复数信号，剩下n-l个载波传输共轭信号；
p2、p3比特进行单极性MPAM调制，假设MPAM的星座集合为S＝[S1,S2,....,SM]，每两个调制后的单极性MPAM符号Sa,Sb∈S，组成一个复数信号X＝Sa+jSb，j是指虚部，根据p1的比特组合按照查找表确定每组载波传输的复数信号Xi＝[X1,X2,...,Xn],i∈(1,2,...,G)，
Figure BDA0001622547550000071
p2＝p3＝nlog2(M)＝4log2(2)＝4
假设输入比特为“1011011001”，索引比特为p1＝“10”，根据附图说明表1，输入比特为“10”，载波图样为“1001”，即该组的第一个和第四个载波传输原始共轭信号，第二个和第三个载波传输共轭信号。星座比特为p2＝“11011001”，经过2-PAM映射得到复数信号为[3+3j,1+3j,3+1j,1+3j]。根据p1比特确定的传输规则，载波索引调制后的复数信号为[3+3j,1-3j,3-1j,1+3j]。
(4)经过步骤(3)调制后的全部复数信号X＝[X0,X1,...,XN-1]，经过厄密特(Hermitian)对称后得到复数信号
Figure BDA0001622547550000073
厄密特(Hermitian)对称计算公式如式(Ⅱ)所示：
Figure BDA0001622547550000072
式(Ⅱ)中，N表示经过载波索引调制的总载波数，
Figure BDA0001622547550000074
表示X2N-i的复数共轭。
(5)复数信号
Figure BDA0001622547550000075
输入到IFFT变换得到双极性实数信号xR＝[x0,x1,....,xi,...,x2N-1]；IFFT变换如式(Ⅲ)所示
Figure BDA0001622547550000081
式(Ⅲ)中，N表示总载波数；Xk∈XH表示经过厄密特(Hermitian)对称后的频域复数信号。
(6)双极性实数信号xR加上直流偏置DC，如果双极性实数信号xR加上直流偏置DC的值小于0，则将该值设置为0，否则，不作变动，得到单极性实数信号xT；
(7)并串转换：将得到的单极性实数信号xT转换成串行数据xk，通过发光二极管(LED)进行传输；
(8)串行数据xk经过加性高斯白噪声信道(AWGN)后，光电探测器(PD)接收到信号值yk；
如式(Ⅳ)所示：
yk＝Hxk+nAWGN (Ⅳ)
式(Ⅳ)中，信道增益矩阵H内元素计算如下：0≤ψr≤Ψc时，
Figure BDA0001622547550000082
ψr>Ψc时，hr,t＝0；1≤r≤2N，1≤t≤2N；dr,t代表接收端r和发射端t之间的距离；Ar为接收探测面积；φt为发射角；ψr为接收角；Ψc为FOV，即为视场角度；Ts(ψr)为光滤波器增益；m′称为朗伯辐射序数，其值与光源半功率强度角有关，具体关系为
Figure BDA0001622547550000083
Φ1/2为半功率角；nAWGN为高斯白噪声。
(9)对接收到的信号值yk进行解调，采用迫零检测(Zero-forcing)检测得到解调信号
Figure BDA0001622547550000085
如式(Ⅴ)所示：
Figure BDA0001622547550000084
式(Ⅴ)中，y为接收矩阵，H-1与经过信道衰减和噪声干扰后得到的接收矩阵y相乘后得到
Figure BDA0001622547550000086
(10)将步骤(9)中检测得到解调信号
Figure BDA0001622547550000087
去掉直流偏置DC并进行串并转换，将串行数据转换成并行数据，作为FFT变换的输入数据
Figure BDA0001622547550000088
(12)输入数据
Figure BDA0001622547550000092
经过FFT变换输出信号
Figure BDA0001622547550000093
Figure BDA0001622547550000094
去掉厄密特(Hermitian)对称，得到待解调信号
Figure BDA0001622547550000095
判断
Figure BDA0001622547550000096
虚部的符号，如式(Ⅵ)所示：
Figure BDA0001622547550000091
式(Ⅵ)中，Ii∈I为载波图样取值，Ii＝1表示该载波传输原始信号，Ii＝0表示该载波传输共轭信号；
(13)将待解调信号
Figure BDA0001622547550000097
的实部、虚部分别进行MPAM解映射，恢复出传输的比特p2，p3，判断
Figure BDA0001622547550000098
虚部的符号，根据查找表恢复出p1比特；
本实施例不使用多个星座图调制数据，利用容易实现的单极性MPAM组合成一个复数信号，提高系统频谱效率。实施例1中与DM-DCO-OFDM在相同调制阶数下的频效对比曲线示意图如图3所示，本实施例使用4-PAM调制调制系统比使用两个4-QAM星座图的DM-DCO-OFDM系统频效提升了约80％。
本实施例用MPAM代替了MQAM，在解调端使用迫零检测(Zero-forcing)代替最大似然估计(maximum likelihood)，减少了运算量，降低了系统复杂度。例如，最大似然估计每一次判决需要遍历所有的载波和复数信号组合情况，并选择概率最大的一种情况作为判决标准，计算复杂度为o(n2)。本发明使用迫零检测只需要每次判决接收复数信号的虚部符号和实部虚部数值大小即可恢复发送比特信息，计算复杂度为o(3n)。
本实施例利用判断接收复数信号的虚部符号来对索引比特进行判决，使得星座比特和索引比特判决相互独立，降低了系统误码率。基于载波索引调制的可见光通信调制方法的误码率曲线如图2所示，在频谱效率为1.21bit/s/Hz条件下，本实施例提出的调制方案比DM-DCO-OFDM调制方案有1dB信号强度增益。
实施例2
实施例1所述可见光通信调制方法的实现系统，包括发送端、接收端；发送端包括比特分组模块、载波索引调制模块、M阶单极性PAM调制模块、OFDM数据生成模块、厄密特(Hermitian)对称模块、IFFT模块、直流偏置发射模块；接收端包括光电探测器、去直流模块、FFT模块、去厄密特(Hermitian)对称模块、迫零检测模块、比特恢复模块。
如图1所示，比特分组模块用于：将待发送的比特按先后顺序分成G组；每组按先后顺序输入到所述载波索引调制模块；载波索引调制模块用于载波索引，M阶单极性PAM调制模块用于单极性PAM映射，输出完成载波索引调制的复数信号；将调制后的复数信号输入至OFDM数据生成模块中；OFDM数据生成模块用于将所有分组的调制后的复数信号整合成一个OFDM数据块，并将该OFDM数据块输入到厄密特(Hermitian)对称模块中；厄密特(Hermitian)对称模块用于将输入的OFDM数据块进行厄密特对称操作，并将处理后数据输入IFFT模块中；IFFT模块用于IFFT运算，将复数信号转化为双极性实数信号，经过IFFT模块处理后的信号输入到所述直流偏置发射模块；直流偏置发射模块用于将双极性实数信号加上直流偏置转换为单极性实数信号，并通过发光二极管发送光信号；光电探测器、去直流模块用于检测发光二极管发送的光信号的强度，将光信号转换为电信号，并去掉发送端附加的直流偏置，将信号输送到FFT模块中；FFT模块用于将接收到的实数信号变换为频域上的复数信号，并将复数信号输入到去厄密特(Hermitian)对称模块中；去厄密特(Hermitian)对称模块用于移除发送端附加的厄密特(Hermitian)对称，并将处理后的信号输入到迫零检测模块；迫零检测模块用于对输入的信号进行运算，检测出每一组中载波图样，即每一个组中哪几个载波传输原始信号；比特恢复模块用于根据载波图样恢复出载波索引比特，将去厄密特对称输出的复数信号的实部和虚部分别进行MPAM解映射操作，恢复出发送比特数据。

Claims (10)

1.一种基于载波索引调制的可见光通信调制方法，采用1个发射端和1个接收端传输1路数据，其特征在于，包括：
(1)将发射端发射的信号比特流和总载波数N，按前后顺序平均分成G组，每组载波数表示为n；
(2)从每组载波中选l个载波，用来传输原始的复数信号，计算每组输入比特数m；
(3)根据从每组载波中选择的载波个数设计查找表，将每组输入的比特流m分成p1、p2、p3三部分，p1比特根据查找表选择n个载波中的l个载波传输原始的复数信号，剩下n-l个载波传输共轭信号；
p2、p3比特进行单极性MPAM调制，假设MPAM的星座集合为S＝[S1,S2,....,SM]，每两个调制后的单极性MPAM符号Sa,Sb∈S，组成一个复数信号X＝Sa+jSb，j是指虚部，根据p1的比特组合按照查找表确定每组载波传输的复数信号Xi＝[X1,X2,...,Xn],i∈(1,2,...,G)，
Figure FDA0002814107510000011
p2＝p3＝nlog2(M)；M为单极性MPAM调制阶数；
(4)经过步骤(3)调制后的全部复数信号X＝[X0,X1,...,XN-1]，经过厄密特对称后得到复数信号
Figure FDA0002814107510000012
(5)复数信号
Figure FDA0002814107510000013
输入到IFFT变换得到双极性实数信号xR＝[x0,x1,....,xi,...,x2N-1]；
(6)双极性实数信号xR加上直流偏置DC，如果双极性实数信号xR加上直流偏置DC的值小于0，则将该值设置为0，否则，不作变动，得到单极性实数信号xT；
(7)并串转换：将得到的单极性实数信号xT转换成串行数据xk，进行传输；
(8)串行数据xk经过加性高斯白噪声信道后，接收到信号值yk；
(9)对接收到的信号值yk进行解调，检测得到解调信号
Figure FDA0002814107510000014
(10)将步骤(9)中检测得到解调信号
Figure FDA0002814107510000015
去掉直流偏置DC并进行串并转换，将串行数据转换成并行数据，作为FFT变换的输入数据
Figure FDA0002814107510000021
(12)输入数据
Figure FDA0002814107510000022
经过FFT变换输出信号
Figure FDA0002814107510000023
去掉厄密特对称，得到待解调信号
Figure FDA0002814107510000024
(13)将待解调信号
Figure FDA0002814107510000025
的实部、虚部分别进行MPAM解映射，恢复出传输的比特p2，判断
Figure FDA0002814107510000026
虚部的符号，根据查找表恢复出p1比特；
(14)对DHT输出信号
Figure FDA0002814107510000027
进行MPAM解调，得到比特流。
2.根据权利要求1所述的一种基于载波索引调制的可见光通信调制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，计算每组输入比特数m，计算公式如式(Ⅰ)所示：
Figure FDA0002814107510000028
式(Ⅰ)中，n为每个分组中的载波数；l为传输原始信号的载波数；M为单极性MPAM调制阶数。
3.根据权利要求1所述的一种基于载波索引调制的可见光通信调制方法，其特征在于，所述步骤(3)，根据从每组载波中选择的载波个数设计查找表，包括：
a、计算从n个载波中选l个载波所有的组合数量即
Figure FDA0002814107510000029
b、计算载波索引比特
Figure FDA00028141075100000210
所有的可能的组合数量即
Figure FDA00028141075100000211
c、从
Figure FDA00028141075100000212
种载波组合中随机选择出
Figure FDA00028141075100000213
种载波组合，载波索引比特与
Figure FDA00028141075100000214
种载波组合形成一一对应的关系，得到查找表。
4.根据权利要求1所述的一种基于载波索引调制的可见光通信调制方法,其特征在于，所述步骤(4)中，厄密特对称计算公式如式(Ⅱ)所示：
Figure FDA00028141075100000215
式(Ⅱ)中，N表示经过载波索引调制的总载波数，
Figure FDA00028141075100000216
表示X2N-i的复数共轭。
5.根据权利要求1所述的一种基于载波索引调制的可见光通信调制方法,其特征在于，所述步骤(5)中，IFFT变换如式(Ⅲ)所示
Figure FDA0002814107510000031
式(Ⅲ)中，N表示总载波数；Xk∈XH表示经过厄密特对称后的频域复数信号。
6.根据权利要求1所述的一种基于载波索引调制的可见光通信调制方法,其特征在于，所述步骤(8)中，接收到的信号值yk如式(Ⅳ)所示：
yk＝Hxk+nAWGN (Ⅳ)
式(Ⅳ)中，信道增益矩阵H内元素计算如下：0≤ψr≤Ψc时，
Figure FDA0002814107510000032
ψr>Ψc时，hr,t＝0；1≤r≤2N，1≤t≤2N；dr,t代表接收端r和发射端t之间的距离；Ar为接收探测面积；φt为发射角；ψr为接收角；Ψc为FOV，即为视场角度；Ts(ψr)为光滤波器增益；m′称为朗伯辐射序数，其值与光源半功率强度角有关，具体关系为
Figure FDA0002814107510000033
Φ1/2为半功率角；nAWGN为高斯白噪声。
7.根据权利要求6所述的一种基于载波索引调制的可见光通信调制方法,其特征在于，r＝t＝1。
8.根据权利要求1所述的一种基于载波索引调制的可见光通信调制方法,其特征在于，所述步骤(9)，采用迫零检测得到解调信号
Figure FDA0002814107510000034
如式(Ⅴ)所示：
Figure FDA0002814107510000035
式(Ⅴ)中，y为接收矩阵，H-1与经过信道衰减和噪声干扰后得到的接收矩阵y相乘后得到
Figure FDA0002814107510000036
9.一种根据权利要求1-8任一所述的可见光通信调制方法的实现系统，其特征在于，包括发送端、接收端；所述发送端包括比特分组模块、载波索引调制模块、M阶单极性PAM调制模块、OFDM数据生成模块、厄密特对称模块、IFFT模块、直流偏置发射模块；
所述接收端包括光电探测器、去直流模块、FFT模块、去厄密特对称模块、迫零检测模块、比特恢复模块。
10.根据权利要求9所述的可见光通信调制方法的实现系统，其特征在于，所述比特分组模块用于：将待发送的比特按先后顺序分成G组；每组按先后顺序输入到所述载波索引调制模块；
所述载波索引调制模块用于载波索引，所述M阶单极性PAM调制模块用于单极性PAM映射，输出完成载波索引调制的复数信号；将调制后的复数信号输入至所述OFDM数据生成模块中；
所述OFDM数据生成模块用于将所有分组的调制后的复数信号整合成一个OFDM数据块，并将该OFDM数据块输入到所述厄密特对称模块中；
所述厄密特对称模块用于将输入的OFDM数据块进行厄密特对称操作，并将处理后数据输入IFFT模块中；
所述IFFT模块用于IFFT运算，将复数信号转化为双极性实数信号，经过所述IFFT模块处理后的信号输入到所述直流偏置发射模块；
所述直流偏置发射模块用于将双极性实数信号加上直流偏置转换为单极性实数信号，并通过发光二极管发送光信号；
所述光电探测器、所述去直流模块用于检测发光二极管发送的光信号的强度，将光信号转换为电信号，并去掉发送端附加的直流偏置，将信号输送到FFT模块中；
所述FFT模块用于将接收到的实数信号变换为频域上的复数信号，并将复数信号输入到所述去厄密特对称模块中；
所述去厄密特对称模块用于移除发送端附加的厄密特对称，并将处理后的信号输入到所述迫零检测模块；
所述迫零检测模块用于对输入的信号进行运算，检测出每一组中载波图样，即每一个组中哪几个载波传输原始信号；
所述比特恢复模块用于根据载波图样恢复出载波索引比特，将去厄密特对称输出的复数信号的实部和虚部分别进行MPAM解映射操作，恢复出发送比特数据。
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