一种可见光通信中基于多光源的预编码方法技术

一种可见光通信中基于多光源的预编码方法，串行的数据比特流在经过星座图映射之后，经串并转换为N路并行数据，分别使用N个正交子载波对N路并行数据进行调制，根据提前测得的信道衰落特性，得出各子信道的平衰落增益σi，i=0,1,...,N-1，若子信道i期望的接收功率为Pi，信道平衰落增益为σi，则采用预编码时，子信道i的发射功率为Pi'=Pi/σi，之后根据各子信道的发射功率进行分组，然后将每组信号叠加，加载至不同的LED光源上，本发明专利技术不但可以降低OFDM符号较高的PAPR对可见光传输系统的影响，提高功率利用率，而且通过发射端的信道衰落反转，可以提高接收端的信噪比。

A multi light source precoding method in visible light communication

A visible light communication in multi source precoding method based on data bit serial flow after constellation mapping, and converted to N by the serial parallel data respectively, modulation of the N parallel data using N orthogonal subcarriers according to the characteristics of the channel fading in advance is measured by the sub the flat fading channel gain of a I, i=0,1,..., N-1, if the received power sub channel I expectations for the Pi, the channel flat fading gain sigma I, using precoding, transmitting power sub channel I for Pi'=Pi/ I, according to the transmitting power of each sub channel is divided into groups, and then each signal is superimposed, loaded to different LED light source, the invention can not only reduce the effect of high PAPR OFDM symbol of the visible light transmission system, improve power utilization, but also through the fading channel transmitter receiver can improve the inversion. Signal to noise ratio.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于可见光通信
，特别涉及一种可见光通信中基于多光源的预编码方法。
技术介绍
20世纪90年代后期，被誉为绿色照明的半导体LED照明技术发展迅猛，由于白光LED所具备的低碳、绿色和高效等特点，政府也推出政策和措施鼓励其发展，近些年，随着LED技术的成熟和成本的降低，其应用迅速铺展开来。可见光通信正是近十年来在此背景下发展起来的新型通信技术，利用白光LED的高速电光响应特性，信息通过注入LED的电流控制其发射光功率，在接收端使用光电探测器完成光电信号的转换，进一步完成信息的解调。OOK、PPM等单载波调制方式在高速率传输情况下，码间干扰将导致系统性能恶化，成为影响速率提升的主要因素。因此在可见光高速通信系统中，正交频分复用（OFDM）技术成为当前研究的热点。OFDM技术的原理是将一路高速的串行数据流转换成N路并行的低速数据，之后分别去调制N路正交的子载波，N路子载波在叠加之后以基带或射频的形式发射出去。在子载波数目N足够大时，可以有效减少信道的时间弥散带来的码间干扰，同时正交子载波的使用也使其频谱利用率较单载波传输有近一倍的提升。此外正交调制的调制解调可以使用技术非常成熟的IFFT/FFT，这大大简化了系统实现难度。传统OFDM应用于可见光通信系统的典型结构如图1所示，由于OFDM符号是多个子载波信号叠加生成，当多个子载波信号相位一致时，信号的瞬时功率将远大于信号的平均功率，所以OFDM符号存在峰值平均功率比（PAPR）较高的问题。考虑到LED光源的非线性（传输特性的非线性以及截止特性），目前的可见光OFDM系统通常需要使用功率衰减避免信号发生削波，这会造成了功率效率的降低，系统的传输速率和覆盖范围也会因此受到影响。而其他方法诸如限制性编码、选择性映射会增加系统的实现复杂度。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种可见光通信中基于多光源的预编码方法，不仅可以降低OFDM符号较高的PAPR对可见光传输系统的影响，提高功率利用率，而且通过发射端的信道衰落反转，可以提高接收端的信噪比。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种可见光通信中基于多光源的预编码方法，串行的数据比特流在经过星座图映射之后，经串并转换为N路并行数据，分别使用N个正交子载波对N路并行数据进行调制，根据提前测得的信道衰落特性，得出各子信道的平衰落增益σi，i=0,1,...,N-1，若子信道i期望的接收功率为Pi，信道平衰落增益为σi，则采用预编码时，子信道i的发射功率为Pi'=Pi/σi，之后根据各子信道的发射功率进行分组，然后将每组信号叠加，加载至不同的LED光源上。考虑到更通用的情况，可以根据各子信道发射功率之间的关系，选取合适的值P'，进行子信道分组。如在各子信道发射功率相差较小的情况下，如子信道最大发射功率与最小发射功率之比小于等于k(k可取的范围是9到16)，这里的P'可以是发射功率最大的两个或几个子信道发射功率之和，然后从低序号子载波开始分组，分组标准是每组所包含的子载波的发射功率之和约为P'。如在各子信道发射功率相差较大的情况下，如子信道最大发射功率与最小发射功率之比大于等于k（k可取约16），此时可取P'为发射功率最大的子信道发射功率，从低序号子载波开始分组，分组标准是每组所包含的子载波发射功率之和约为P'。与现有技术相比，由于本专利技术每组信号的总发射功率相一致，且每组子信道数目有限（如可通过P'的选择人为将每组子载波个数控制在4个以内），因此通过控制信号功率将其幅度严格控制在LED光源的线性工作区域。经过平衰落σi之后，接收功率仍然是Piσi/σi=Pi。信道反转在发送端完成，而接收端噪声功率仍为N0BN，起到了提高接收端信噪比的效果。附图说明图1是可见光OFDM通信系统典型结构图。图2是本专利技术基于多光源的预编码方案系统结构示意图。图3为使用冲激响应法测试所得的一个归一化的典型的可见光直视链路的信道频率响应曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。如图2所示，本专利技术是一种可见光通信中基于多光源的预编码方法，串行的数据比特流在经过星座图映射之后，经串并转换为N路并行数据，分别使用N个正交子载波对N路并行数据进行调制，即使用cos2πf0t对第一路数据进行调制，使用cos2πf1t对第二路数据进行调制，……，使用cos2πfN-1t对第N路数据进行调制。相对于射频无线信道，可见光通信信道的衰落是相对稳定的，所以可以提前对信道衰落特性进行测试估计，如使用扫频法或冲激响应法测试信道的频率响应。如图3所示为使用冲激响应法测试所得的一个归一化的典型的可见光直视链路的信道频率响应曲线。根据测得的信道衰落特性，可得出各子信道的平衰落增益σi，i=0,1,...,N-1，若子信道i期望的接收功率为Pi，信道平衰落增益为σi，则采用预编码时，子信道i的发射功率为Pi'=Pi/σi。之后根据各子信道的发射功率进行分组，考虑到更通用的情况，可以根据各子信道发射功率之间的关系，选取合适的值P'，进行子信道分组。在各子信道发射功率相差较小的情况下，如子信道最大发射功率与最小发射功率之比小于等于k(k可取的范围是9到16)，可取P'为发射功率最大的两个或几个子信道发射功率之和，然后从低序号子载波开始分组，分组标准是每组所包含的子载波的发射功率之和约为P'。在各子信道发射功率相差较大的情况下，如子信道最大发射功率与最小发射功率之比大于等于k（k可取约16），此时可取P'为发射功率最大的子信道发射功率，从低序号子载波开始分组，分组标准是每组所包含的子载波发射功率之和约为P'。之后将每组信号叠加，加载至不同的LED光源上，由于每组信号的总发射功率相一致，且每组子信道数目有限（如可通过P'的选择人为将每组子载波个数控制在4个以内，防止出现高功率峰值），因此通过控制信号功率将其幅度严格控制在LED光源的线性工作区域。经过平衰落σi之后，接收功率仍然是Piσi/σi=Pi。信道反转在发送端完成，而接收端噪声功率仍为N0BN，起到了提高接收端信噪比的效果。其中数模转换是由数模转换器（DAC）完成，直流偏置可以使用bias-T器件或者经过设计的模拟电路完成，直流偏置点需要精心选择以保证信号工作在LED灯传输曲线的线性范围内。在接收端，通过光电检测器将光信号转换为电信号，之后通过模数转换器将模拟电信号其转换为数字电信号，在数字器件（FPGA/DSP）中完成信号的同步，去除循环前缀，FFT操作，星座图逆映射以及并串转换，输出解码比特流。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可见光通信中基于多光源的预编码方法，串行的数据比特流在经过星座图映射之后，经串并转换为N路并行数据，其特征在于，分别使用N个正交子载波对N路并行数据进行调制，根据提前测得的信道衰落特性，得出各子信道的平衰落增益σi，i=0,1,...,N‑1，若子信道i期望的接收功率为Pi，信道平衰落增益为σi，则采用预编码时，子信道i的发射功率为Pi'=Pi/σi，之后根据各子信道的发射功率进行分组，然后将每组信号叠加，加载至不同的LED光源上。

【技术特征摘要】
1.一种可见光通信中基于多光源的预编码方法，串行的数据比特流在经
过星座图映射之后，经串并转换为N路并行数据，其特征在于，分别使用N
个正交子载波对N路并行数据进行调制，根据提前测得的信道衰落特性，得
出各子信道的平衰落增益σi，i=0,1,...,N-1，若子信道i期望的接收功率为Pi，
信道平衰落增益为σi，则采用预编码时，子信道i的发射功率为Pi'=Pi/σi，之
后根据各子信道的发射功率进行分组，然后将每组信号叠加，加载至不同的
LED光源上。
2.根据权利要求1所述的一种可见光通信中基于多光源的预...

【专利技术属性】
技术研发人员：董昊，张洪明，郎凯，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11