CN109547103B - 一种可见光信道的监测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种可见光信道的监测方法及系统，涉及光通信应用领域。发送端对加载数据的子载波进行分区，将各分区的信号在时域上加载不同的导频后进行叠加；接收端滤出各分区加载的导频，经快速傅立叶变换FFT变换后，用各导频对应的信号幅值近似各分区的功率衰减曲线，从而得到待监测带宽范围内的衰减情况。本发明硬件结构简单且复杂度低，降低可见光监测的成本和复杂度。

Description

一种可见光信道的监测方法及系统
技术领域
本发明涉及光通信应用领域，具体来讲涉及一种可见光信道的监测方法及系统。
背景技术
LED(Lighting Emitting Diode，发光二极管)在提供室内照明的同时还可应用于无线光通信系统中，同时满足室内上网以及一系列扩展应用。
不同于光纤通信，可见光信道带宽有限且严重不平坦，基于商用白光LED的可见光通信系统，在加入各种均衡之后依然只有数百MHz可用带宽。另外，接收的可见光信号质量通常受到信号的发送接收角度、多径干扰、多光源干扰等因素影响，信道波动大，极易受到干扰，因此可见光信道的可用带宽、衰减等指标需要实时监测和调整，才能及时调整保证可见光信道始终可用。
通过仪表对接收信号进行分析可获得信道的完整频谱，已有多种基于频谱的分析方法用于监测信道性能。但是，仪表等硬件价格较高且比较复杂，在可见光通信系统中无疑提高了成本和复杂度。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可见光信道的监测方法及系统，降低可见光监测的成本和复杂度。
为达到以上目的，一方面，本发明提供一种可见光信道的监测方法，包括：
发送端对加载数据的子载波进行分区，将各分区的信号在时域上加载不同的导频后进行叠加；
接收端滤出各分区加载的导频，经快速傅立叶变换FFT变换后，用各导频对应的信号幅值近似各分区的功率衰减曲线，从而得到待监测带宽范围内的衰减情况。
优选的，所述发送端对数据进行正交频分复用调制OFDM处理，得到OFDM帧；再采用多载波调制的方式，将数据加载在不同的子载波上。
优选的，所述待监测带宽范围内，加载数据的子载波按照均等频谱宽度分区。
优选的，所述待监测带宽范围包括可见光信道的全部可用带宽。
优选的，所述待监测带宽范围仅包括可见光信道的衰减区域。
优选的，所述加载导频的方式包括：各分区中，加载数据的子载波信号通过快速傅里叶逆变换IFFT变换成时域信号，再乘以1+mn sin(2πfnt+θn)，其中n为分区的编号，n＝1、2、……N，mn为调制幅度，fn为调制的导频频率，θn为调制导频的初始相位。
优选的，所述不同分区的信号加载的导频频率等间隔，且导频频率小于100KHz，不同分区信号的调制幅度mn都相等。
优选的，所述接收端对收到的信号进行低通滤波，滤出各分区加载的导频，再经过FFT变换到频域，测量各导频对应的信号幅值。
优选的，所述发送端各分区信号叠加后，经过数模转换，将数字信号变为模拟信号发出；所述接收端收到模拟信号后，首先经过模数转换变为数字信号。
另一方面，本发明还提供一种可见光信道的监测系统，发送端包括：
数据处理模块，其用于将数据加载在不同的子载波，并对子载波进行分区；
多个IFFT模块，其用于将每个分区的信号变换到时域；
多个乘法器，其用于将各分区的信号加载不同的导频；
加法器，其用于将各分区加载导频后的信号叠加；
数模转换器，其用于将加法器叠加后的数字信号转换为模拟信号并发出；
接收端包括：
模数转换模块，其用于将接收到的模拟信号转换为数字信号；
低通滤波模块，其用于滤出各分区加载的导频；
FFT模块，其用于将所述导频信号变换到频域；
测量模块，其用于根据各导频对应的信号幅值量化各导频强度。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：
由于接收端接收的信号中导频的强度衰减与其分区对应的子载波的光强衰落一致，因此通过监测导频的强度变化来观察各分区的光衰减。接收端滤出各分区加载的导频，经FFT(fast Fourier transform，快速傅立叶变换)变换后，各导频对应的信号幅值大小反映导频的强度，用各导频对应的信号幅值近似各分区的功率衰减曲线，从而得到待监测带宽范围内的衰减情况。其中，导频信号的叠加、接收端的滤波、测量和FFT全部在数字域进行，硬件结构简单且复杂度低，降低可见光监测的成本和复杂度。
附图说明
图1为本发明实施例发送端信号处理示意图；
图2为本发明实施例发送端对子载波的分区加载导频的示意图；
图3为本发明实施例接收端信号处理示意图；
图4为本发明实施例接收端测量各分区导频功率后获得频谱示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明可见光信道的监测方法，具体包括步骤：
发送端对加载数据的子载波进行分区，将各分区的信号在时域上加载不同的导频后进行叠加，然后发送出去。
接收端滤出各分区加载的导频，经FFT变换后得到各导频对应的信号幅值，各导频及其对应的信号幅值连线得到的包络近似于各分区的功率衰减曲线，从而获知待监测带宽范围内的衰减情况。
如图1所示，发送端对于信号进行处理的具体过程包括：
S101.首先对数据进行OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用调制)处理，得到OFDM帧。
S102.采用多载波调制的方式，将数据加载在OFDM帧不同的子载波上。
S103.对加载数据的子载波进行分区，优选的，设定一个待监测带宽范围，该待监测带宽范围可以包括可见光信道的全部可用带宽，或者仅包括可见光信道的衰减区域。然后将待监测带宽范围内加载数据的子载波按照均等频谱宽度分区。如图2所示，每个划线区域为一个分区，各分区中，加载数据的子载波信号先通过IFFT(Inverse Fast FourierTransform，快速傅里叶逆变换)变换成时域信号，然后加载导频。具体的，每个分区的时域信号乘以1+mnsin(2πfnt+θn)，其中n为分区的编号，n＝1、2、……N，mn为调制幅度，fn为调制的导频频率，如图3中f1、f2、……fN，θn为调制导频的初始相位。并且，不同分区的信号加载的导频频率等间隔，且导频频率小于100KHz，不同分区信号的调制幅度mn都相等。
S104.将各分区加载导频后的信号进行叠加，叠加后的信号经过数模转换，变为模拟信号发出。
如图3所示，接收端对于信号进行处理的具体过程包括：
S201.接收来自发送端的模拟信号，经过模数转换变为数字信号。
S202.对转换后的数字信号进行低通滤波，滤出各分区加载的导频。
S203.将滤出的导频信号经过FFT变换到频域，测量每个分区导频对应的信号幅值，各导频对应的信号幅值大小反映导频的强度，如图4所示，其中f1、f2、……fN为导频频率，各导频及其对应的信号幅值连线得到的包络近似于各分区的功率衰减曲线，从而获知待监测带宽范围内的衰减情况。
上述实施例通过导频对应的信号幅值，进而或者待测带宽范围内的频谱衰落情况，由于通过数字方法实现载波的导频信号的叠加、接收端的滤波、测量和FFT变换，复杂度低且硬件简单，尤其适用于可见光通信系统。
本发明还提供一种可见光信道的监测系统，包括发送端和接收端。
发送端包括数据处理模块、加法器、数模转换器、多个IFFT模块和多个乘法器。
数据处理模块，其用于将数据加载在不同的子载波，并对子载波进行分区。加载不同子载波之前，还需要对数据进行OFDM处理，并采用上述方法中的分区方式，将待监测带宽范围内加载数据的子载波按照均等频谱宽度分区。
多个IFFT模块，其用于将每个分区的信号变换到时域。
多个乘法器，其用于将各分区的信号加载不同的导频。其中，每个分区的时域信号乘以1+mn sin(2πfnt+θn)，其中n为分区的编号，n＝1、2、……N，mn为调制幅度，fn为调制的导频频率，如图3中f1、f2、……fN，θn为调制导频的初始相位。并且，不同分区的信号加载的导频频率等间隔，且导频频率小于100KHz，不同分区信号的调制幅度mn都相等。
加法器，其用于将各分区加载导频后的信号叠加。
数模转换器，其用于将加法器叠加后的数字信号转换为模拟信号并发出。
接收端包括模数转换模块、低通滤波模块、FFT模块和测量模块。
模数转换模块，其用于将接收到的模拟信号转换为数字信号。
低通滤波模块，其用于滤出各分区加载的导频。
FFT模块，其用于将所述导频信号变换到频域。
测量模块，其用于根据各导频对应的信号幅值量化各导频的强度，进而得到测量带宽范围内的频谱衰落情况。其中，测量模块可以包括普通的功率探测器件，直接测量各分区导频的强度。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种可见光信道的监测方法，其特征在于，包括：
发送端对加载数据的子载波进行分区，将各分区的信号在时域上加载不同的导频后进行叠加；
接收端对收到的信号进行低通滤波，滤出各分区加载的导频，经快速傅立叶变换FFT变换后，测量各导频对应的信号幅值，用各导频对应的信号幅值近似各分区的功率衰减曲线，从而得到待监测带宽范围内的衰减情况；
所述加载导频的方式包括：
各分区中，加载数据的子载波信号通过快速傅里叶逆变换IFFT变换成时域信号，再乘以1+mnsin(2πfnt+θn)，其中n为分区的编号，n＝1、2、……N，mn为调制幅度，fn为调制的导频频率，θn为调制导频的初始相位；所述不同分区的信号加载的导频频率等间隔，且导频频率小于100KHz，不同分区信号的调制幅度mn都相等。
2.如权利要求1所述的可见光信道的监测方法，其特征在于：所述发送端对数据进行正交频分复用调制OFDM处理，得到OFDM帧；再采用多载波调制的方式，将数据加载在不同的子载波上。
3.如权利要求1所述的可见光信道的监测方法，其特征在于：所述待监测带宽范围内，加载数据的子载波按照均等频谱宽度分区。
4.如权利要求3所述的可见光信道的监测方法，其特征在于：所述待监测带宽范围包括可见光信道的全部可用带宽。
5.如权利要求3所述的可见光信道的监测方法，其特征在于：所述待监测带宽范围仅包括可见光信道的衰减区域。
6.如权利要求1所述的可见光信道的监测方法，其特征在于：
所述发送端各分区信号叠加后，经过数模转换，将数字信号变为模拟信号发出；
所述接收端收到模拟信号后，首先经过模数转换变为数字信号。
7.一种可见光信道的监测系统，特征在于，
发送端包括：
数据处理模块，其用于将数据加载在不同的子载波，并对子载波进行分区；
多个IFFT模块，其用于将每个分区的信号变换到时域；
多个乘法器，其用于将各分区的信号加载不同的导频；所述加载导频的方式包括：
各分区中，加载数据的子载波信号通过快速傅里叶逆变换IFFT变换成时域信号，再乘以1+mnsin(2πfnt+θn)，其中n为分区的编号，n＝1、2、……N，mn为调制幅度，fn为调制的导频频率，θn为调制导频的初始相位；所述不同分区的信号加载的导频频率等间隔，且导频频率小于100KHz，不同分区信号的调制幅度mn都相等；
加法器，其用于将各分区加载导频后的信号叠加；
数模转换器，其用于将加法器叠加后的数字信号转换为模拟信号并发出；
接收端包括：
模数转换模块，其用于将接收到的模拟信号转换为数字信号；
低通滤波模块，其用于滤出各分区加载的导频；
FFT模块，其用于将所述导频信号变换到频域；
测量模块，其用于根据各导频对应的信号幅值量化各导频的强度，用各导频对应的信号幅值近似各分区的功率衰减曲线，从而得到待监测带宽范围内的衰减情况。
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