CN111934768A - 一种基于空间合成调制的noma vlc系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于空间合成调制的NOMA VLC系统及控制方法，其包括发射机以及接收机，所述发射机包括依次相连的调制模块；功率分配模块；查表模块；数字控制模块；LED阵列，所述接收机包括依次相连的光敏探测器；模数转换器；自适应解调模块；数据提取模块。本发明仅用数字控制信号就可生成NOMA调制信号，可消除LED的非线性影响；采用普通照明LED灯珠组成LED整列和数字控制技术，降低了系统复杂度和成本；采用自适应解调技术，可消除串行解码干扰和降低系统复杂度；可实现大范围的功率分配比设置。

Description

一种基于空间合成调制的NOMA VLC系统及控制方法
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是一种基于空间合成调制的NOMA VLC系统及控制方法。
背景技术
随着照明LED的普及，基于照明LED的可见光通信(VLC)技术受到了越来越多的关注。但是由于普通照明LED的通信带宽有限，因而不能够满足大规模的用户接入。最近，先进的非正交接入(NOMA)技术被引入到可见光通信系统中，用以提高其接入能力。部分研究工作也证实了，NOMA技术能够很好的提高可见光通信系统的性能和接入能力。但大多数的工作，仍沿用传统的调制方式，未解决制约基于普通照明LED的可见光通信系统的关键因素：LED的非线性。
如C.Chen,W.Zhong,H.Yang,P.Du,and Y.Yang，“Flexible-rate sic-free nomafor downlink vlc based on constellation partitioning coding,”IEEEWirel.Commun.Lett.8,568–571(2019)提出了一种灵活划分数据的串行干扰消除NOMA技术，来扩展可用的功率分配比，但并未考虑LED分线性对NOMA VLC的影响。而B.Lin,X.Tang,and Z.Ghassemlooy,“Optical power domain noma for visible lightcommunications,”IEEE Wirel.Commun.Lett.8,1260–1263(2019).考虑使用传统的调制方式结合空间合成调制，来降低LED的最大驱动电流，从而抑制LED非线性的影响，但受限于使用传统的模拟信号链路，其系统复杂且成本高，不利于实际推广和使用。总的来说，现有NOMA VLC(非正交多址可见光通信)系统存在以下缺陷：
1采用传统的模拟信号链路和器件，无法消除LED非线性影响；
2使用数模转换器、直流偏置等模拟器件，系统复杂成本高；
3可用功率分配比范围小和分配比分辨率低，不能很好的满足实际需求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供针对上述问题，本发明提出了一种基于空间合成调制的NOMA VLC系统及控制方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种基于空间合成调制的NOMA VLC系统，其包括发射机以及接收机，
所述发射机包括依次相连的
调制模块，将接收的若干用户输入数据转换为若干数字调制信号；
功率分配模块，根据用户的信道特性对数字调制信号进行功率系数分配；
查表模块，根据功率系数以及数字调制信号获取对应的控制码；
数字控制模块，根据接收的控制码分别生成对应的LED阵列驱动信号；
LED阵列，受所述数字控制模块驱动输出对应控制码的NOMA光信号，
所述接收机包括依次相连的
光敏探测器，接收NOMA光信号并转换为电流信号；
模数转换器，将接收的电流信号转换为数字信号；
自适应解调模块，解调获取的数字信号；
数据提取模块，对解调后的数字信号进行数据提取，输出和还原发射机发射的信息。
进一步的，所述光敏探测器为光电二极管或光电三极管或其阵列。
进一步的，所述功率分配模块的光域功率分配比可选范围为0-1的全部范围且功率分配比最小分辨率最小为1/254。
进一步的，所述查表模块所使用的功率分配表，由发射机根据LED阵列自动生成和优化。
进一步的，所述数字控制模块主要由三极管或场效应管组成。
进一步的，所述LED阵列排布为同心圆形或多边形。
一种基于上述基于空间合成调制的NOMA VLC系统的控制方法，其包括以下步骤：
a、调制模块调制若干用户的输入数据，并形成相应的数字调制信号；
b、功率分配模块根据用户的信道特性，为数字调制信号分配合适的功率比；
c、根据功率比和数字调制信号，查表得到对应的控制码；
d、数字控制模块根据控制码驱动LED阵列，发射NOMA光信号；
e、接收机光敏探测器接收自由空间传播的NOMA光信号，并转换为电流信号；
f、模数转换器转换电流信号为数字信号；
g、自适应解调模块解调信号并传输解调信号给数据提取模块，最终由数据提取模块输出发射信息。
进一步的，查表所得控制码为M位二进制数据，其中M＝Log2(N+1)，N为LED整列中LED灯珠数。
进一步的，所述自适应解调模块的解调方法如下：首先遍历所有接收到的数字信号，并获取接收到的数字信号的强度、均值或极值，并根据获得的均值或极值设置解调阈值，然后依次比较接收数据和阈值，得到原始数据，并判断是否收到完整的数据包，直至解调完整个数据包。
进一步的，所述数据提取模块根据用户号，从数据包中提取出该用户的数据，正确接收完整信息。
本发明的有益效果：可以克服现有技术受限于LED非线性影响，同时扩大系统可用功率分配比范围，因此使用场景更加丰富。具体的说，本发明可有效降低NOMA VLC的系统成本和控制复杂度，同时提升其应用范围。
1、仅用数字控制信号就可生成NOMA调制信号，可消除LED的非线性影响；
2、采用普通照明LED灯珠组成LED整列和数字控制技术，降低了系统复杂度和成本；
3、采用自适应解调技术，可消除串行解码干扰和降低系统复杂度；
4、可实现大范围的功率分配比设置。
附图说明
图1为本发明的逻辑框图。
图2为本发明的自适应解调模块的解调方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种基于空间合成调制的NOMAVLC系统，其包括通信连接的发射机以及接收机，
所述发射机包括依次相连的
调制模块11，将接收的若干用户输入数据转换为若干数字调制信号；
功率分配模块12，根据用户的信道特性对数字调制信号进行功率系数分配；
查表模块13，根据功率系数以及数字调制信号获取对应的控制码；
数字控制模块14，根据接收的控制码分别生成对应的LED阵列驱动信号；
LED阵列15，受所述数字控制模块驱动输出对应控制码的调制光信号，
所述接收机包括依次相连的
光敏探测器24，接收调制光信号并转换为电流信号；
模数转换器23，将接收的电流信号转换为数字信号；
自适应解调模块22，解调获取的数字信号；
数据提取模块21，对解调后的数字信号进行数据提取，输出和还原发射机发射的信息。
所述发射机，由调制模块把2个用户输入数据转换为2路数字调制信号，随后根据两用户的信道特性，为2路数字调制信号给配不同的功率系数，进一步地，本发明中功率系数分配比可选范围为0-1的全部范围且功率分配比最小分辨率最小为1/254。随后查表模块13根据功率分配比和数字调制信号查表得到对应的控制码，数字控制模块通过对应的控制码，驱动LED阵列生成NOMA调制光信号；进一步地，本查表模块所使用的功率分配表，由发射机根据LED阵列自动生成和优化；查表所得控制码为M位二进制数据，其中M＝Log2(N+1)，N为LED整列中LED灯珠数；数字控制模块主要由低成本三极管或场效应管组成，通过由三极管或场效应管组成的开关电路，利用相应的驱动信号驱动，从而实现NOMA信号的输出，LED阵列排布为同心圆形或多边形。
所述接收机，光敏探测器24接收经由可见光信道传输的调制光信号，并转换光信号为电信号，模数转换模块23转换模拟电信号为数字信号，自适应解调模块22解调NOMA信号，得到数据包，最后由数据提取模块21从数据包中提出用户对应的信息，完成数据接收，进一步地，所述光敏探测器为一般为光电二极管或光电三极管及其阵列。
本发明还公开了一种控制方法，其包括以下步骤：
a、调制模块调制若干用户的输入数据，并形成相应的数字调制信号；
b、功率分配模块根据用户的信道特性，为数字调制信号分配合适的功率比；
c、根据功率比和数字调制信号，查表得到对应的控制码；
d、数字控制模块根据控制码驱动LED阵列，发射NOMA光信号；
e、接收机光敏探测器接收自由空间传播的NOMA光信号，并转换为电信号；
f、模数转换器转换电信号为数字信号；
g、自适应解调模块解调信号并传输解调信号给数据提取模块，最终由数据提取模块输出发射信息。
所述自适应解调模块工作流程如图2所示，模块首先遍历接收数字信号，并或者接收信号的强度，均值或极值，并根据获得的均值或极值设置解调阈值，然后依次比较接收数据和阈值，得到原始数据，并判断是否收到完整的数据包，直至解调完整个数据包。
最后由数据提取模块根据用户号，从数据包中提取出该用户的数据，从而正确接收完整信息。
实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于空间合成调制的NOMA VLC系统，其特征在于，其包括发射机以及接收机，
所述发射机包括依次相连的
调制模块，将接收的若干用户输入数据转换为若干数字调制信号；
功率分配模块，根据用户的信道特性对数字调制信号进行功率系数分配；
查表模块，根据功率系数以及数字调制信号获取对应的控制码；
数字控制模块，根据接收的控制码分别生成对应的LED阵列驱动信号；
LED阵列，受所述数字控制模块驱动输出对应控制码的NOMA光信号，
所述接收机包括依次相连的
光敏探测器，接收NOMA光信号并转换为电流信号；
模数转换器，将接收的电流信号转换为数字信号；
自适应解调模块，解调获取的数字信号；
数据提取模块，对解调后的数字信号进行数据提取，输出和还原发射机发射的信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于空间合成调制的NOMA VLC系统，其特征在于，所述光敏探测器为光电二极管或光电三极管或其阵列。
3.根据权利要求1所述的一种基于空间合成调制的NOMA VLC系统，其特征在于，所述功率分配模块的功率分配比可选范围为0-1的全部范围且功率分配比最小分辨率最小为1/254。
4.根据权利要求1所述的一种基于空间合成调制的NOMA VLC系统，其特征在于，所述查表模块所使用的功率分配表，由发射机根据LED阵列自动生成和优化。
5.根据权利要求1所述的一种基于空间合成调制的NOMA VLC系统，其特征在于，所述数字控制模块主要由三极管或场效应管组成。
6.根据权利要求1所述的一种基于空间合成调制的NOMA VLC系统，其特征在于，所述LED阵列排布为同心圆形或多边形。
7.一种基于上述权利要求1-6中任意一项所述的基于空间合成调制的NOMA VLC系统的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
a、调制模块调制若干用户的输入数据，并形成相应的数字调制信号；
b、功率分配模块根据用户的信道特性，为数字调制信号分配合适的功率比；
c、根据功率比和数字调制信号，查表得到对应的控制码；
d、数字控制模块根据控制码驱动LED阵列，发射NOMA光信号；
e、接收机光敏探测器接收自由空间传播的NOMA光信号，并转换为电流信号；
f、模数转换器转换电流信号为数字信号；
g、自适应解调模块解调信号并传输解调信号给数据提取模块，最终由数据提取模块输出发射信息。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：查表所得控制码为M位二进制数据，其中M＝Log2(N+1)，N为LED整列中LED灯珠数。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述自适应解调模块的解调方法如下：首先遍历所有接收到的数字信号，并获取接收到的数字信号的强度、均值或极值，并根据获得的均值或极值设置解调阈值，然后依次比较接收数据和阈值，得到原始数据，并判断是否收到完整的数据包，直至解调完整个数据包。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：所述数据提取模块根据用户号，从数据包中提取出该用户的数据，正确接收完整信息。
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