CN114844565A - 一种基于pam-dmt调制的低复杂度可见光通信系统及方法 - Google Patents

一种基于pam-dmt调制的低复杂度可见光通信系统及方法 Download PDF

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CN114844565A CN202210367354.4A CN202210367354A CN114844565A CN 114844565 A CN114844565 A CN 114844565A CN 202210367354 A CN202210367354 A CN 202210367354A CN 114844565 A CN114844565 A CN 114844565A
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洪焕东
关少义
马可
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Abstract

本发明公开了一种基于PAM‑DMT调制的低复杂度可见光通信系统及方法，属于无线光通信技术领域。所述光通信系统包括发射端和接收端，所述发射端与所述接收端通过VLC光信道连接，通过将数据进行分组，采用对子载波资源的实部和虚部分别进行调制，并且利用不同的性质对调制之后的信号进行构建处理，使用了较少次数的快速傅里叶逆变换，使发射端复杂度得到明显降低；由于接收端可以根据发射端不同信号构建的特性，对待解调信号进行时域处理，完成重构操作，然后直接进行信号解调，从而在接收端中避免去除噪声的操作，使得系统接收端的复杂度大大降低；相比较传统的可见光通信调制方法，本发明的峰均功率比显著降低，系统性能明显提升。

Description

一种基于PAM-DMT调制的低复杂度可见光通信系统及方法
技术领域
本发明涉及一种基于PAM-DMT调制的低复杂度可见光通信系统及方法，属于无线光通信技术领域。
背景技术
在可见光通信中，将日常生活中使用的LED照明装置和信息传输技术相结合，解决了射频中频谱资源紧张的问题，而且该技术拥有高速率，高保密性以及频谱资源丰富等优势。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术是一种能够抵抗信号传输过程中的多径衰落以及码间干扰的多载波调制技术，因其特有的优势，被广泛应用于可见光通信中。
强度调制直接检测(IM/DD)技术已被广泛应用于可见光通信中，故在可见光通信系统中传输的信号需为非负的实信号。在已有的技术中，混合非对称削幅光正交频分复用(HACO-OFDM)技术，通过对调制信号进行裁剪操作，确保传输信号的非负性，但是由于该技术接收端复杂度较高，并且峰均功率比(PAPR)偏高，导致其容易产生非线性失真，限制了其技术的推广与应用。
接收端复杂度的降低方法通常为：在发射端对传输信息不进行裁剪操作，直接添加直流偏置确保信号的非负性，这样可以避免产生裁剪噪声对信号的检测产生影响，由于添加的直流偏置没有用来传输有用信息，故这样会造成功率损耗，使得功率利用率偏低，影响系统整体性能；在发射端的传输信息中添加自适应偏置，这样既可以保证传输信号的非负性同时降低接收端复杂度，但是由于不同信号所需要的自适应偏置不同，并且自适应偏置需要特定的性质，这样在可见光通信系统中设计自适应偏置的时候需要格外注意，因为系统的容错率较低。
发明内容
为了解决可见光通信系统中复杂度较高以及峰均功率比偏高导致其容易产生非线性失真的问题，本发明提供了一种基于PAM-DMT调制的低复杂度可见光通信系统，所述可见光通信系统包括发射端和接收端，所述发射端与所述接收端通过VLC光信道连接；
所述发射端包括：数据分配器、PAM-DMT调制模块、发射数模转换器及LED；其中，所述数据分配器、所述PAM-DMT调制模块、所述发射数模转换器及所述LED依次连接；
所述接收端包括：光电转换器、接收模数转换器、PAM-DMT解调模块、数据结合器；其中，所述光电转换器、所述接收模数转换器、所述PAM-DMT解调模块及所述数据结合器依次连接。
可选的，所述PAM-DMT调制模块包括：并行连接第一PAM-DMT调制器、第二PAM-DMT调制器、第三PAM-DMT调制器，分别与所述数据分配器连接；
所述数据分配器将待发送数据D进行计算并划分数据为第一组数据D1、第二组数据D2以及第三组数据D3，所述第一组数据D1首先经过第一PAM-DMT调制器形成频域信号Y1，然后进行N/2-point快速傅里叶逆变换，得到时域信号y1,n，其次对y1,n进行信号构建过程，得到时域信号t1,n；所述第二组数据D2首先经过第二PAM-DMT调制器形成频域信号Y2，然后进行N/2-point快速傅里叶逆变换，得到时域信号y2,n，其次对y2,n进行信号构建过程，得到时域信号t2,n；所述第三组数据D3首先经过第三PAM-DMT调制器形成频域信号Y3，然后进行N/2-point快速傅里叶逆变换，得到时域信号y3,n，其次对y3,n进行信号构建过程，得到时域信号t3,n；为了确保传输信号的非负性，将三组时域信号t1,n、t2,n、t3,n分别进行裁剪操作，然后将裁剪之后的三组时域信号叠加，输出发送混合信号zn。
可选的，所述PAM-DMT调制模块对所述待发送数据D进行调制的过程包括：
第一组数据D1采用所述第一PAM-DMT调制器对子载波实部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y1；
第二组数据D2采用所述第二PAM-DMT调制器对子载波虚部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y2；
第三组数据D3采用所述第三PAM-DMT调制器对子载波虚部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y3。
可选的，所述PAM-DMT调制模块分别通过N/2-point快速傅里叶逆变换且经过信号构建得到三组时域信号以及进行裁剪的过程包括：
利用调制奇数子载波的实部进行传输的时域信号x1,n满足以下性质：
Figure BDA0003586440310000021
将所述第一PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y1,n根据时域信号x1,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t1,n，其具体构建过程为：
Figure BDA0003586440310000031
然后t1n进行裁剪操作，得到裁剪之后的时域信号
Figure BDA0003586440310000032
其具体过程为：
Figure BDA0003586440310000033
利用调制奇数子载波的虚部进行传输的时域信号x2,n满足以下性质：
Figure BDA0003586440310000034
将所述第二PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y2,n根据时域信号x2,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t2,n，其具体构建过程为：
Figure BDA0003586440310000035
然后t2,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的信号
Figure BDA0003586440310000036
其具体过程为：
Figure BDA0003586440310000037
利用调制偶数子载波的虚部进行传输的时域信号x3,n满足以下性质：
Figure BDA0003586440310000038
将所述第三PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y3,n根据时域信号x3,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t3,n，其具体构建过程为：
Figure BDA0003586440310000041
然后对t3,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的信号
Figure BDA0003586440310000042
其具体过程为：
Figure BDA0003586440310000043
可选的，所述发射端的混合信号zn经所述发射数模转换器转换及LED传输到所述接收端，由所述光电转换器及接收模数转换器转换成接收混合信号zn'，其特征在于，所述PAM-DMT解调模块对所述接收混合信号zn'进行时域处理，首先对所述时域信号y1,n、时域信号y2,n和时域信号y3,n进行信号重构过程，得到时域信号y1,n'、时域信号y2,n'和时域信号y3,n'，然后经过N/2-point快速傅里叶变换后，得到频域信号Y1'、频域信号Y2'和频域信号Y3'，最后对三组频域信号分别进行解调。
可选的，所述PAM-DMT解调模块对接收到的混合信号进行时域处理，完成所述时域信号y1,n、时域信号y2,n、时域信号y3,n的信号重构过程包括：
接收端的混合信号zn'与发射端的混合信号zn可表示为zn'＝zn+w，其中w表示VLC信道中的噪声；
记
Figure BDA0003586440310000044
r0＝z0′,rN/4＝zN/4′,rN/2＝zN/2′,r3N/4＝z3N/4′
对zn'进行时域处理的过程为：
Figure BDA0003586440310000045
p1＝r0-rN/2,pN/4＝rN/4-r3N/4
然后对信号进行重构，其过程为：
Figure BDA0003586440310000051
最后将y1,n'和y2,n'同时经过N/2-point快速傅里叶变换，得到接收端频域信号Y1'和频域信号Y2'，y3,n'也经过N/2-point快速傅里叶变换，得到频域信号Y3'。
本发明还提供一种可见光通信方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：待发送数据D进行计算并划分数据为第一组数据D1、第二组数据D2以及第三组数据D3，所述第一组数据D1首先经过第一PAM-DMT调制器形成频域信号Y1，然后进行N/2-point快速傅里叶逆变换，得到时域信号y1,n，其次对y1,n进行信号构建过程，得到时域信号t1,n；所述第二组数据D2首先经过第二PAM-DMT调制器形成频域信号Y2，然后进行N/2-point快速傅里叶逆变换，得到时域信号y2,n，其次对y2,n进行信号构建过程，得到时域信号t2,n；所述第三组数据D3首先经过第三PAM-DMT调制器形成频域信号Y3，然后进行N/2-point快速傅里叶逆变换，得到时域信号y3,n，其次对y3,n进行信号构建过程，得到时域信号t3,n；为了确保传输信号的非负性，将三组时域信号t1,n、t2,n、t3,n分别进行裁剪操作，然后将裁剪之后的三组时域信号叠加，输出发送混合信号zn。
步骤二：由所述PAM-DMT调制模块在所述发射混合信号zn中加入循环前缀，并传输至发射端数模转换器，得到发射模拟信号，所述发射模拟信号驱动LED发光，并转换为发射光信号，所述发射光信号通过VLC信道传输至接收端；
步骤三：接收端光电转换器接收由所述VLC信道传输的光信号，并将光信号转换为电信号，所述电信号经过接收端模数转换器后，得到接收端的混合信号zn'，由PAM-DMT解调模块对混合信号zn'进行解调，移除循环前缀，对所述混合信号zn'进行时域处理，首先对所述时域信号y1,n、时域信号y2,n和时域信号y3,n进行信号重构过程，得到时域信号y1,n'、时域信号y2,n'和时域信号y3,n'，然后经过N/2-point快速傅里叶变换后，得到频域信号Y1'、频域信号Y2'和频域信号Y3'，最后输出三组频域信号Y1'，Y2'和Y3'；
步骤四：接收端PAM-DMT1信号和PAM-DMT2信号的频域信号Y1'和Y2'同时经过PAM-DMT解调器，得到数据D1’和数据D2’，PAM-DMT3的频域信号Y3'经过PAM-DMT解调器，得到数据D3’；
步骤五：将三组解调后的数据D1’、D2’和D3’传输至数据结合器，经过数据结合器恢复出原始数据D’。
可选的，所述待发送数据D被调制的过程包括：
第一组数据D1采用所述第一PAM-DMT调制器对子载波实部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y1；
第二组数据D2采用所述第二PAM-DMT调制器对子载波虚部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y2；
第三组数据D3采用所述第三PAM-DMT调制器对子载波虚部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y3。
可选的，所述步骤二包括：
利用调制奇数子载波的实部进行传输的时域信号x1,n满足以下性质：
Figure BDA0003586440310000061
将所述第一PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y1,n根据时域信号x1,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t1,n，其具体构建过程为：
Figure BDA0003586440310000062
然后t1,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的时域信号
Figure BDA0003586440310000063
其具体过程为：
Figure BDA0003586440310000064
利用调制奇数子载波的虚部进行传输的时域信号x2,n满足以下性质：
Figure BDA0003586440310000065
将所述第二PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y2,n根据时域信号x2,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t2,n，其具体构建过程为：
Figure BDA0003586440310000071
然后t2,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的信号
Figure BDA0003586440310000072
其具体过程为：
Figure BDA0003586440310000073
利用调制偶数子载波的虚部进行传输的时域信号x3,n满足以下性质：
Figure BDA0003586440310000074
将所述第三PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y3,n根据时域信号x3,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t3,n，其具体构建过程为：
Figure BDA0003586440310000075
然后对t3,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的信号
Figure BDA0003586440310000076
其具体过程为：
Figure BDA0003586440310000077
然后将裁剪之后的三组时域信号进行叠加，得到所述发射混合信号
Figure BDA0003586440310000078
可选的，所述PAM-DMT解调模块对接收到的混合信号进行时域处理，完成所述时域信号y1,n、时域信号y2,n、时域信号y3,n的信号重构过程包括：
接收端的混合信号zn'与发射端的混合信号zn可表示为zn'＝zn+w，其中w表示VLC信道中的噪声；
记
Figure BDA0003586440310000081
r0＝z0′,rN/4＝zN/4′,rN/2＝zN/2′,r3N/4＝z3N/4′
对zn'进行时域处理的过程为：
Figure BDA0003586440310000082
p1＝r0-rN/2,pN/4＝rN/4-r3N/4
然后对信号进行重构，其过程为：
Figure BDA0003586440310000083
最后将y1,n'和y2,n'同时经过N/2-point快速傅里叶变换，得到接收端频域信号Y1'和频域信号Y2'，y3,n'也经过N/2-point快速傅里叶变换，得到频域信号Y3'。
本发明有益效果是：
(1)本发明的可见光通信系统及方法，在发射端，PAM-DMT调制器每组信号的调制中只利用了N/2-point快速傅里叶逆变换，相比较传统的发射端每组信号的调制中需要利用N-point快速傅里叶逆变换，发射端的复杂度得到明显的降低。
(2)本发明的方法通过将数据进行分组，采用对子载波资源的实部和虚部分别进行调制，并且利用不同的性质对调制之后的信号进行构建处理，这一过程中使用了较少次数的快速傅里叶逆变换，使得发射端复杂度得到明显降低；由于接收端可以根据发射端不同信号构建的特性，对待解调信号进行时域处理，完成重构操作，然后直接进行信号解调，从而在接收端中避免去除噪声的操作，使得系统接收端的复杂度大大降低；
(3)仿真结果显示，本发明的方法相比较传统的可见光通信调制方法如混合非对称削幅光正交频分复用(HACO-OFDM)，峰均功率比(PAPR)显著降低，有效地提升了系统性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种基于PAM-DMT调制的低复杂度可见光通信系统的原理图。
图2为本发明的一种基于PAM-DMT调制的低复杂度可见光通信系统与HACO-OFDM的误码率比较图。
图3为本发明的一种基于PAM-DMT调制的低复杂度可见光通信系统与HACO-OFDM的PAPR互补累计分布函数图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一：
本实施例提供一种基于PAM-DMT调制的低复杂度可见光通信系统，包括发射端和接收端，发射端与接收端通过VLC光信道连接；
发射端包括：数据分配器、PAM-DMT调制模块、发射数模转换器及LED；其中，所述数据分配器、所述PAM-DMT调制模块、所述发射数模转换器及所述LED依次连接；
接收端包括：光电转换器、接收模数转换器、PAM-DMT解调模块、数据结合器；其中，所述光电转换器、所述接收模数转换器、所述PAM-DMT解调模块及所述数据结合器依次连接。
PAM-DMT调制模块包括：并行连接第一PAM-DMT调制器、第二PAM-DMT调制器、第三PAM-DMT调制器，分别与数据分配器连接；
PAM-DMT解调模块包括：第一解调器和第二解调器，第一解调器用于解调频域信号Y1'和频域信号Y2'，第二解调器用于解调频域信号Y3'。
数据结合器用于结合数据D1’、数据D2’和数据D3’，与发射端数据分配器对应。
本实施例的系统中，数据分配器将待发送数据D进行计算并划分数据为第一组数据D1、第二组数据D2和第三组数据D3，第一组数据D1经过第一PAM-DMT调制器形成频域信号Y1，第二组数据D2经过第二PAM-DMT调制器形成频域信号Y2，第三组数据D3通过第三PAM-DMT调制器形成频域信号Y3；
调制的过程包括：
第一组数据D1采用所述第一PAM-DMT调制器对子载波实部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y1；
第二组数据D2采用所述第二PAM-DMT调制器对子载波虚部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y2；
第三组数据D3采用所述第三PAM-DMT调制器对子载波虚部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y3。
然后，第一PAM-DMT调制器、第二PAM-DMT调制器、第三PAM-DMT调制器分别对频域信号Y1、频域信号Y2和频域信号Y3进行N/2-point快速傅里叶逆变换，经过信号构建过程，对应得到三组时域信号，为了确保传输信号的非负性，将这三组时域信号分别进行裁剪操作，然后将裁剪之后的三组时域信号叠加，输出发送混合信号zn。
PAM-DMT调制模块分别通过N/2-point快速傅里叶逆变换且经过信号构建得到三组时域信号以及进行裁剪的过程包括：
利用调制奇数子载波的实部进行传输的时域信号x1,n满足以下性质：
Figure BDA0003586440310000101
将所述第一PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y1,n根据时域信号x1,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t1,n，其具体构建过程为：
Figure BDA0003586440310000102
然后t1,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的时域信号
Figure BDA0003586440310000103
其具体过程为：
Figure BDA0003586440310000104
利用调制奇数子载波的虚部进行传输的时域信号x2,n满足以下性质：
Figure BDA0003586440310000111
将所述第二PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y2,n根据时域信号x2,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t2,n，其具体构建过程为：
Figure BDA0003586440310000112
然后t2,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的信号
Figure BDA0003586440310000113
其具体过程为：
Figure BDA0003586440310000114
利用调制偶数子载波的虚部进行传输的时域信号x3,n满足以下性质：
Figure BDA0003586440310000115
将所述第三PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y3,n根据时域信号x3,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t3,n，其具体构建过程为：
Figure BDA0003586440310000116
然后对t3,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的信号
Figure BDA0003586440310000117
其具体过程为：
Figure BDA0003586440310000118
所述发射端的混合信号zn经所述发射数模转换器转换及LED传输到所述接收端，由所述光电转换器及接收模数转换器转换成接收混合信号zn'，其特征在于，所述PAM-DMT解调模块对所述接收混合信号zn'进行时域处理，首先对所述时域信号y1,n、时域信号y2,n和时域信号y3,n进行信号重构过程，得到时域信号y1,n'、时域信号y2,n'和时域信号y3,n'，然后经过N/2-point快速傅里叶变换后，得到频域信号Y1'、频域信号Y2'和频域信号Y3'，最后对三组频域信号分别进行解调。
PAM-DMT解调模块对接收到的混合信号进行时域处理，所述PAM-DMT解调模块对接收到的混合信号进行时域处理，完成所述时域信号y1,n、时域信号y2,n、时域信号y3,n的信号重构过程包括：
接收端的混合信号zn'与发射端的混合信号zn可表示为zn'＝zn+w，其中w表示VLC信道中的噪声；
记
Figure BDA0003586440310000121
r0＝z0′,rN/4＝zN/4′,rN/2＝zN/2′,r3N/4＝z3N/4′
对zn'进行时域处理的过程为：
Figure BDA0003586440310000122
p1＝r0-rN/2,pN/4＝rN/4-r3N/4
然后对信号进行重构，其过程为：
Figure BDA0003586440310000123
最后将y1,n'和y2,n'同时经过N/2-point快速傅里叶变换，得到接收端频域信号Y1'和频域信号Y2'，y3,n'也经过N/2-point快速傅里叶变换，得到频域信号Y3'。
实施例二：
本实施例提供一种可见光通信方法，包括如下步骤：
步骤一：待发送数据D进行计算并划分数据为第一组数据D1、第二组数据D2以及第三组数据D3，所述第一组数据D1首先经过第一PAM-DMT调制器形成频域信号Y1，然后进行N/2-point快速傅里叶逆变换，得到时域信号y1,n，其次对y1,n进行信号构建过程，得到时域信号t1,n；所述第二组数据D2首先经过第二PAM-DMT调制器形成频域信号Y2，然后进行N/2-point快速傅里叶逆变换，得到时域信号y2,n，其次对y2,n进行信号构建过程，得到时域信号t2,n；所述第三组数据D3首先经过第三PAM-DMT调制器形成频域信号Y3，然后进行N/2-point快速傅里叶逆变换，得到时域信号y3,n，其次对y3,n进行信号构建过程，得到时域信号t3,n；为了确保传输信号的非负性，将三组时域信号t1,n、t2,n、t3,n分别进行裁剪操作，然后将裁剪之后的三组时域信号叠加，输出发送混合信号zn；
第一组数据D1采用所述第一PAM-DMT调制器对子载波实部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y1；
第二组数据D2采用所述第二PAM-DMT调制器对子载波虚部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y2；
第三组数据D3采用所述第三PAM-DMT调制器对子载波虚部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y3。
利用调制奇数子载波的实部进行传输的时域信号x1,n满足以下性质：
Figure BDA0003586440310000131
将所述第一PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y1,n根据时域信号x1,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t1,n，其具体构建过程为：
Figure BDA0003586440310000132
然后t1,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的时域信号
Figure BDA0003586440310000133
其具体过程为：
Figure BDA0003586440310000141
利用调制奇数子载波的虚部进行传输的时域信号x2,n满足以下性质：
Figure BDA0003586440310000142
将所述第二PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y2,n根据时域信号x2,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t2,n，其具体构建过程为：
Figure BDA0003586440310000143
然后t2,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的信号
Figure BDA0003586440310000144
其具体过程为：
Figure BDA0003586440310000145
利用调制偶数子载波的虚部进行传输的时域信号x3 n满足以下性质：
Figure BDA0003586440310000146
将所述第三PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y3,n根据时域信号x3,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t3,n，其具体构建过程为：
Figure BDA0003586440310000147
然后对t3,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的信号
Figure BDA0003586440310000148
其具体过程为：
Figure BDA0003586440310000149
然后将裁剪之后的三组时域信号进行叠加，得到所述发射混合信号
Figure BDA0003586440310000151
步骤二：由所述PAM-DMT调制模块在所述发射混合信号zn中加入循环前缀，并传输至发射端数模转换器，得到发射模拟信号，所述发射模拟信号驱动LED发光，并转换为发射光信号，所述发射光信号通过VLC信道传输至接收端；
步骤三：接收端光电转换器接收由所述VLC信道传输的光信号，并将光信号转换为电信号，所述电信号经过接收端模数转换器后，得到接收端的混合信号zn'，由PAM-DMT解调模块对混合信号zn'进行解调，移除循环前缀，对所述混合信号zn'进行时域处理，首先对所述时域信号y1,n、时域信号y2,n和时域信号y3,n进行信号重构过程，得到时域信号y1,n'、时域信号y2,n'和时域信号y3,n'，然后经过N/2-point快速傅里叶变换后，得到频域信号Y1'、频域信号Y2'和频域信号Y3'，最后输出三组频域信号Y1'，Y2'和Y3'；
PAM-DMT解调模块对接收到的混合信号进行时域处理，完成所述时域信号y1,n、时域信号y2,n、时域信号y3,n的信号重构过程包括：
接收端的混合信号zn'与发射端的混合信号zn可表示为zn'＝zn+w，其中w表示VLC信道中的噪声；
记
Figure BDA0003586440310000152
r0＝z0 ’ ,rN/4＝zN/4 ’ ,rN/2＝zN/2 ’ ,r3N/4＝z3N/4 ’
对zn'进行时域处理的过程为：
Figure BDA0003586440310000153
p1＝r0-rN/2,pN/4＝rN/4-r3N/4
然后对信号进行重构，其过程为：
Figure BDA0003586440310000161
最后将y1,n'和y2,n'同时经过N/2-point快速傅里叶变换，得到接收端频域信号Y1'和频域信号Y2'，y3,n'也经过N/2-point快速傅里叶变换，得到频域信号Y3'。
步骤四：接收端PAM-DMT1信号和PAM-DMT2信号的频域信号Y1'和Y2'同时经过PAM-DMT解调器，得到数据D1’和数据D2’，PAM-DMT3的频域信号Y3'经过PAM-DMT解调器，得到数据D3’；
步骤五：将三组解调后的数据D1’、D2’和D3’传输至数据结合器，经过数据结合器恢复出原始数据D’。
为了进一步说明本发明能够达到降低系统复杂度，降低峰均功率比(PAPR)的有益效果，进行了一系列实验，实验结果如图2和图3显示。
图2为根据本发明的一种基于PAM-DMT调制的低复杂度可见光通信系统与HACO-OFDM的误码率比较图，HACO-OFDM中分别采用16QAM-4PAM、64QAM-8PAM、256QAM-16PAM三种仿真条件，本发明的系统分别采用4PAM、8PAM、16PAM三种仿真条件，为了对这两种系统进行公平比较，所给两者三种仿真条件一一对应进行对比。从图2中的曲线可知，本发明的系统和HACO-OFDM系统在所给出的仿真条件下，误码率性能几乎一样。并且本发明的系统保持和HACO-OFDM系统相同的较高频谱利用率，但是系统的复杂度相比HACO-OFDM系统却大大降低。
图3为根据本发明的一种基于PAM-DMT调制的低复杂度可见光通信系统与HACO-OFDM系统的PAPR性能的互补累计分布函数图，在公平的比较条件下，对比两种不同调制系统的PAPR性能，本发明的系统比HACO-OFDM系统约提升0.9dB，这说明本发明的系统在保持相同的频谱利用率以及大大降低接收端复杂度的情况下，有效地提升了系统的PAPR性能。
本发明实施例中的部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于PAM-DMT调制的低复杂度可见光通信系统，其特征在于，所述可见光通信系统包括发射端和接收端，所述发射端与所述接收端通过VLC光信道连接；
所述发射端包括：数据分配器、PAM-DMT调制模块、发射数模转换器及LED；其中，所述数据分配器、所述PAM-DMT调制模块、所述发射数模转换器及所述LED依次连接；
所述接收端包括：光电转换器、接收模数转换器、PAM-DMT解调模块、数据结合器；其中，所述光电转换器、所述接收模数转换器、所述PAM-DMT解调模块及所述数据结合器依次连接。
2.根据权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于，所述PAM-DMT调制模块包括：并行连接第一PAM-DMT调制器、第二PAM-DMT调制器、第三PAM-DMT调制器，分别与所述数据分配器连接；
所述数据分配器将待发送数据D进行计算并划分数据为第一组数据D1、第二组数据D2以及第三组数据D3，所述第一组数据D1首先经过第一PAM-DMT调制器形成频域信号Y1，然后进行N/2-point快速傅里叶逆变换，得到时域信号y1,n，其次对y1,n进行信号构建过程，得到时域信号t1,n；所述第二组数据D2首先经过第二PAM-DMT调制器形成频域信号Y2，然后进行N/2-point快速傅里叶逆变换，得到时域信号y2,n，其次对y2,n进行信号构建过程，得到时域信号t2,n；所述第三组数据D3首先经过第三PAM-DMT调制器形成频域信号Y3，然后进行N/2-point快速傅里叶逆变换，得到时域信号y3,n，其次对y3,n进行信号构建过程，得到时域信号t3,n；为了确保传输信号的非负性，将三组时域信号t1,n、t2,n、t3,n分别进行裁剪操作，然后将裁剪之后的三组时域信号叠加，输出发送混合信号zn。
3.根据权利要求2所述的可见光通信系统，其特征在于，所述PAM-DMT调制模块对所述待发送数据D进行调制的过程包括：
第一组数据D1采用所述第一PAM-DMT调制器对子载波实部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y1；
第二组数据D2采用所述第二PAM-DMT调制器对子载波虚部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y2；
第三组数据D3采用所述第三PAM-DMT调制器对子载波虚部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y3。
4.根据权利要求2所述的可见光通信系统，其特征在于，所述PAM-DMT调制模块分别通过N/2-point快速傅里叶逆变换且经过信号构建得到三组时域信号以及进行裁剪的过程包括：
利用调制奇数子载波的实部进行传输的时域信号x1,n满足以下性质：
Figure FDA0003586440300000021
将所述第一PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y1,n根据时域信号x1,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t1,n，其具体构建过程为：
Figure FDA0003586440300000022
然后t1,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的时域信号
Figure FDA0003586440300000023
其具体过程为：
Figure FDA0003586440300000024
利用调制奇数子载波的虚部进行传输的时域信号x2,n满足以下性质：
Figure FDA0003586440300000025
将所述第二PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y2,n根据时域信号x2,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t2,n，其具体构建过程为：
Figure FDA0003586440300000026
然后t2,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的信号
Figure FDA0003586440300000027
其具体过程为：
Figure FDA0003586440300000028
利用调制偶数子载波的虚部进行传输的时域信号x3,n满足以下性质：
Figure FDA0003586440300000031
将所述第三PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y3,n根据时域信号x3,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t3,n，其具体构建过程为：
Figure FDA0003586440300000032
然后对t3,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的信号
Figure FDA0003586440300000033
其具体过程为：
Figure FDA0003586440300000034
5.根据权利要求4所述的可见光通信系统，所述发射端的混合信号zn经所述发射数模转换器转换及LED传输到所述接收端，由所述光电转换器及接收模数转换器转换成接收混合信号zn'，其特征在于，所述PAM-DMT解调模块对所述接收混合信号zn'进行时域处理，首先对所述时域信号y1,n、时域信号y2,n和时域信号y3,n进行信号重构过程，得到时域信号y1,n'、时域信号y2,n'和时域信号y3,n'，然后经过N/2-point快速傅里叶变换后，得到频域信号Y1'、频域信号Y2'和频域信号Y3'，最后对三组频域信号分别进行解调。
6.根据权利要求5所述的可见光通信系统，其特征在于，所述PAM-DMT解调模块对接收到的混合信号进行时域处理，完成所述时域信号y1,n、时域信号y2,n、时域信号y3,n的信号重构过程包括：
接收端的混合信号zn'与发射端的混合信号zn可表示为zn'＝zn+w，其中w表示VLC信道中的噪声；
记
Figure FDA0003586440300000041
r0＝z0’,rN/4＝zN/4’,rN/2＝zN/2’,r3N/4＝z3N/4’
对zn'进行时域处理的过程为：
Figure FDA0003586440300000042
p1＝r0-rN/2,pN/4＝rN/4-r3N/4
然后对信号进行重构，其过程为：
Figure FDA0003586440300000043
最后将y1,n'和y2,n'同时经过N/2-point快速傅里叶变换，得到接收端频域信号Y1'和频域信号Y2'，y3,n'也经过N/2-point快速傅里叶变换，得到频域信号Y3'。
7.一种可见光通信方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：待发送数据D进行计算并划分数据为第一组数据D1、第二组数据D2以及第三组数据D3，所述第一组数据D1首先经过第一PAM-DMT调制器形成频域信号Y1，然后进行N/2-point快速傅里叶逆变换，得到时域信号y1,n，其次对y1,n进行信号构建过程，得到时域信号t1,n；所述第二组数据D2首先经过第二PAM-DMT调制器形成频域信号Y2，然后进行N/2-point快速傅里叶逆变换，得到时域信号y2,n，其次对y2,n进行信号构建过程，得到时域信号t2,n；所述第三组数据D3首先经过第三PAM-DMT调制器形成频域信号Y3，然后进行N/2-point快速傅里叶逆变换，得到时域信号y3,n，其次对y3,n进行信号构建过程，得到时域信号t3,n；为了确保传输信号的非负性，将三组时域信号t1,n、t2,n、t3,n分别进行裁剪操作，然后将裁剪之后的三组时域信号叠加，输出发送混合信号zn；
步骤二：由所述PAM-DMT调制模块在所述发射混合信号zn中加入循环前缀，并传输至发射端数模转换器，得到发射模拟信号，所述发射模拟信号驱动LED发光，并转换为发射光信号，所述发射光信号通过VLC信道传输至接收端；
步骤三：接收端光电转换器接收由所述VLC信道传输的光信号，并将光信号转换为电信号，所述电信号经过接收端模数转换器后，得到接收端的混合信号zn'，由PAM-DMT解调模块对混合信号zn'进行解调，移除循环前缀，对所述混合信号zn'进行时域处理，首先对所述时域信号y1,n、时域信号y2,n和时域信号y3,n进行信号重构过程，得到时域信号y1,n'、时域信号y2,n'和时域信号y3,n'，然后经过N/2-point快速傅里叶变换后，得到频域信号Y1'、频域信号Y2'和频域信号Y3'，最后输出三组频域信号Y1'，Y2'和Y3'；
步骤五：接收端PAM-DMT1信号和PAM-DMT2信号的频域信号Y1'和Y2'同时经过PAM-DMT解调器，得到数据D1’和数据D2’，PAM-DMT3的频域信号Y3'经过PAM-DMT解调器，得到数据D3’；
步骤六：将解调后的三组数据D1’和D2’及D3’传输至数据结合器，经过数据结合器恢复原始数据D’。
8.根据权利要求7所述的可见光通信方法，其特征在于，所述待发送数据D被调制的过程包括：
第一组数据D1采用所述第一PAM-DMT调制器对子载波实部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y1；
第二组数据D2采用所述第二PAM-DMT调制器对子载波虚部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y2；
第三组数据D3采用所述第三PAM-DMT调制器对子载波虚部进行调制，调制后的信号经过串并转换，再进行映射和厄米特对称，得到频域信号Y3。
9.根据权利要求8所述的可见光通信方法，其特征在于，所述步骤一包括：
利用调制奇数子载波的实部进行传输的时域信号x1,n满足以下性质：
Figure FDA0003586440300000051
将所述第一PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y1,n根据时域信号x1,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t1,n，其具体构建过程为：
Figure FDA0003586440300000061
然后t1,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的时域信号
Figure FDA0003586440300000062
其具体过程为：
Figure FDA0003586440300000063
利用调制奇数子载波的虚部进行传输的时域信号x2,n满足以下性质：
Figure FDA0003586440300000064
将所述第二PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y2,n根据时域信号x2,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t2,n，其具体构建过程为：
Figure FDA0003586440300000065
然后t2,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的信号
Figure FDA0003586440300000066
其具体过程为：
Figure FDA0003586440300000067
利用调制偶数子载波的虚部进行传输的时域信号x3,n满足以下性质：
Figure FDA0003586440300000068
将所述第三PAM-DMT调制器中所得到的时域信号y3,n根据时域信号x3,n的性质进行构建，得到构建后的时域信号t3,n，其具体构建过程为：
Figure FDA0003586440300000071
然后对t3,n进行裁剪操作，得到裁剪之后的信号
Figure FDA0003586440300000072
其具体过程为：
Figure FDA0003586440300000073
然后将裁剪之后的三组时域信号进行叠加，得到所述发射混合信号
Figure FDA0003586440300000074
10.根据权利要求9所述的可见光通信方法，其特征在于，所述PAM-DMT解调模块对接收到的混合信号进行时域处理，完成所述时域信号y1,n、时域信号y2,n、时域信号y3,n的信号重构过程包括：
接收端的混合信号zn'与发射端的混合信号zn可表示为zn'＝zn+w，其中w表示VLC信道中的噪声；
记
Figure FDA0003586440300000075
r0＝z0’,rN/4＝zN/4’,rN/2＝zN/2’,r3N/4＝z3N/4’
对zn'进行时域处理的过程为：
Figure FDA0003586440300000076
p1＝r0-rN/2,pN/4＝rN/4-r3N/4
然后对信号进行重构，其过程为：
Figure FDA0003586440300000081
最后将y1,n'和y2,n'同时经过N/2-point快速傅里叶变换，得到接收端频域信号Y1'和频域信号Y2'，y3,n'也经过N/2-point快速傅里叶变换，得到频域信号Y3'。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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