基于OFDM调制技术的高速可见光通信系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于OFDM调制技术的高速可见光通信系统及方法，该系统包括随机码产生设备（1）、发送可见光信号的光源LED（2）、数模转换单元（3）、驱动单元（4）、接受可见光信号的接收设备PD（5）、模数转换单元（7）、处理接收信号的设备（8）和放大、滤波、整形单元（6）。随机码产生设备（1）将产生的随机信号经过调制输入到发送可见光信号的光源LED（2）上，并利用发送可见光信号的光源LED（2）将其信号发送出去，接受可见光信号的接收设备PD（5）将接收到的信号经过处理后输入到处理接收信号的设备（8）经过解调以便进行应用。利用本发明专利技术提出的上述方案，可以进行高速可见光通信，利用高速可见光的可靠性及安全性对一些易受电磁干扰的领域进行布网。

High speed visible light communication system and method based on OFDM modulation technology

The invention relates to a high visible light communication system and method based on OFDM modulation technology, the system includes a random code generating apparatus (1), LED light source sending light signal (2), digital analog conversion unit (3), a drive unit (4), visible light signal receiving device PD (5), analog digital conversion unit (7), the receiving signal processing device (8) and amplifying, filtering and shaping unit (6). Random code generating apparatus (1) random signal generated by modulation input to the light source LED sends a visible light signal (2), and the use of LED light source sending light signal (2) to send out the signal receiving visible light signal receiving device PD (5) the received signal is processed after processing the received signal input to the device (8) after demodulation for application. Using the above scheme provided by the invention can communication with visible light, some are vulnerable to electromagnetic interference field distribution by using the reliability and safety of high speed of visible light.

【技术实现步骤摘要】
基于OFDM调制技术的高速可见光通信系统及方法
本专利技术涉及可见光通信
，特别涉及可见光通信系统高速传输技术，具体涉及一种基于OFDM调制技术的高速可见光通信系统及方法。
技术介绍
白光LED(发光二极管)具有低功耗，寿命长，绿色环保等优点，正在代替传统白炽灯成为下一代照明光源。白光LED还具有调制性能好的特点，可以用来作为数据传输的通信光源，实现光学无线信息的传输，即可见光通信技术。OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用)技术是一种高速、高性能的调制、解调技术，广泛用于现代网络传输技术中，白光LED的普及调制技术的发展为可见光通信技术发展提供了条件和机遇。目前，可见光通信及调制技术正在成为国内外研究的热点。国内外一些研究人员搭建了高速的可见光通信系统。文献1：HongleiLi，XiongbinChen，BeijuHuang，DanyingTang，andHongdaChen，“HighBandwidthVisibleLightCommunicationsBasedonaPost-EqualizationCircuit”(PhotonicsTechnologyLetters，IEEE，vol.26，no.2，pp.119-122，Jan.15，2014)中采用NRZ-OOK调制方式，实现了数据传输速率为340Mbit/s的可见光通信系统。文献2：A.H.Azhar，T.A.TranandD.O'brien.“AGigabit/sIndoorWirelesstransmissionUsingMIMO-OFDMVisible-LightCommunications”(PhotonicsTechnologyLetters，IEEE，vol.25，No.2，January15，2013)中采用MIMO-OFDM调制技术，实现了数据传输速率为1.1Gbit/s的可见光通信系统。目前，国内外对高速可见光通信系统大多进行仿真试验，没有具体的试验设备进行其实时性的性能试验。由于受限于实验器材的影响，对高速率可见光通信系统设计方法验证，尤其是高阶调制方法与电学性能和光学性能相结合的测试是一个难点。对于可见光通信系统通过在高速FPGA上采用OFDM方法获得满足通信系统误码率要求的设计方法，目前还没有完善的技术方案。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于OFDM调制技术的高速可见光通信系统及方法，采用实际的硬件模块通过频分复用调制方法，对可见光通信高速传输提供了设计方法，对OFDM在可见光通信中的应用提供了借鉴。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。本专利技术公开了一种基于OFDM调制技术的高速可见光通信系统，它包括随机码产生设备、发送可见光信号的光源LED、数模转换单元、驱动单元、接受可见光信号的接收设备PD、模数转换单元、处理接收信号的设备和放大、滤波、整形单元。所述随机码产生设备，是处理发送可见光信号的设备，用于产生所需的调制信号及对信号进行调制，所述随机码产生设备与数模转换单元、驱动单元相连；所述发送可见光信号的光源LED，用于形成信道及接收调制信号，通过信道发送调制信号，所述发送可见光信号的光源LED连接随机码产生设备、数模转换单元；所述数模转换单元，用于把调制的信号加入发送可见光信号的光源LED；所述驱动单元，用于驱动处理发送可见光信号的随机码产生设备及发送可见光信号的光源LED；所述接受可见光信号的接收设备PD，用于通过信道接收来自发送端带有调制信号的可见光信号，所述接受可见光信号的接收设备PD连接放大、滤波、整形单元；所述放大、滤波、整形单元，用于对接收到的信号进行放大、滤波、整形以便于后续对信号进行处理，所述放大、滤波、整形单元连接接受可见光信号的接收设备PD与模数转换单元；所述模数转换单元，对放大、滤波、整形单元输出的信号进行模数转换，进而输入到处理接收信号的设备，以便于解调输出；所述处理接收信号的设备连接驱动单元与模数转换单元，所述处理接收信号的设备对输入的信号进行解调，以便于获得原始信号形态。优选的是，所述随机码产生设备包括FPGA高速芯片及D/A模块。在上述任一技术方案中优选的是，所述随机码产生设备产生随机码，通过其模块自带的FPGA高速芯片处理所产生的随机码，整个流程首先对输入比特进行加扰，再依次经过QAM映射、添加导频信号、频域插零、IFFT变换、添加循环前缀，将训练序列和添加循环前缀后的数据依次输出，各个部分的控制时钟由一个锁相环模块统一生成。处理发送可见光信号的随机码产生设备，用于产生所需的调制信号。在上述任一技术方案中优选的是，所述发送可见光信号的光源LED包括具有白光发光二极管的电源驱动电路和偏执电路。在上述任一技术方案中优选的是，所述发送可见光信号的光源LED：该白光发光二极管为荧光粉白光发光二极管，该白光发光二极管与处理调制信号发生设备随机码产生设备的输出端连接；用于形成信道及接收调制信号，通过信道发送调制信号。在上述任一技术方案中优选的是，所述数模转换单元与FPGA高速芯片共用一个电源模块，并且通过专用接口与FPGA高速芯片联接。在上述任一技术方案中优选的是，所述数模转换单元：此为12位的高速D/A模块，用于对随机码产生设备的调制信号进行数字模拟转换，转换后的高速调制信号输入发送可见光信号的光源LED；此模块的数字端与随机码产生设备的输出端相连，此模块的模拟段与发送可见光信号的光源LED的输入端连接，用于把调制后的信号加入发送可见光信号的光源LED。在上述任一技术方案中优选的是，所述驱动单元采用5伏的供电电源；用于对随机码产生设备及安装于随机码产生设备上的发送可见光信号的光源LED进行供电，使得随机码产生设备和发送可见光信号的光源LED能够同时工作。在上述任一技术方案中优选的是，所述接收可见光信号的接收设备PD采用自增益PD，以使接收到的信号减少衰减。在上述任一技术方案中优选的是，所述接受可见光信号的接收设备PD：用于通过信道接收来自发送端带有调制信号的可见光信号；由于发送端信号经过信道会有大量的衰减，故在接收端采用采用带有增益特性的PD接收二极管，使得输出端经过光电转换获得大的电信号，次接收设备PD的输出端与放大、滤波、整形单元的输入端进行连接。在上述任一技术方案中优选的是，所述放大、滤波、整形单元采用专门的电路模块以减少其他光源的影响。在上述任一技术方案中优选的是，所述放大、滤波、整形单元：用于对接收到的信号进行放大、滤波、整形以便于后续对信号进行处理；由于接受可见光信号的接收设备PD的输出信号含有大量的干扰信号，故需经过放大及高通滤波器进行滤波，最后对波形进行整形进而输出可用信号，放大、滤波、整形单元的输出端与模数转换单元的输入端进行连接。在上述任一技术方案中优选的是，所述模数转换单元：由于放大、滤波、整形单元输出的信号是模拟信号，而接收端的解调单元处理接收信号的设备只能处理数字信号，故通过单通道的模数转换单元对输入信号进行转换，通过模数转换单元的信号输入解调模块处理接收信号的设备，模数转换单元通过标准的插接口与解调模块处理接收信号的设备的输入端连接。在上述任一技术方案中优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于OFDM调制技术的高速可见光通信系统，包括随机码产生设备（1），其特征在于：它还包括发送可见光信号的光源LED（2）、数模转换单元（3）、驱动单元（4）、接受可见光信号的接收设备PD（5）、模数转换单元（7）、处理接收信号的设备（8）和放大、滤波、整形单元（6）；所述随机码产生设备（1），是处理发送可见光信号的设备，用于产生所需的调制信号及对信号进行调制，所述随机码产生设备（1）与数模转换单元（3）、驱动单元（4）相连；所述发送可见光信号的光源LED（2），用于形成信道及接收调制信号，通过信道发送调制信号，所述发送可见光信号的光源LED（2）连接随机码产生设备（1）、数模转换单元（3）；所述数模转换单元（3），用于把调制的信号加入发送可见光信号的光源LED（2）；所述驱动单元（4），用于驱动处理发送可见光信号的随机码产生设备（1）及发送可见光信号的光源LED（2）；所述接受可见光信号的接收设备PD（5），用于通过信道接收来自发送端带有调制信号的可见光信号，所述接受可见光信号的接收设备PD（5）连接放大、滤波、整形单元（6）；所述放大、滤波、整形单元（6），用于对接收到的信号进行放大、滤波、整形以便于后续对信号进行处理，所述放大、滤波、整形单元（6）连接接受可见光信号的接收设备PD（5）与模数转换单元（7）；所述模数转换单元（7），对放大、滤波、整形单元（6）输出的信号进行模数转换，进而输入到处理接收信号的设备，以便于解调输出；所述处理接收信号的设备（8）连接驱动单元（4）与模数转换单元（7），所述处理接收信号的设备（8）对输入的信号进行解调，以便于获得原始信号形态。...

【技术特征摘要】
1.一种基于OFDM调制技术的高速可见光通信系统，包括随机码产生设备（1），其特征在于：它还包括发送可见光信号的光源LED（2）、数模转换单元（3）、驱动单元（4）、接受可见光信号的接收设备PD（5）、模数转换单元（7）、处理接收信号的设备（8）和放大、滤波、整形单元（6）；所述随机码产生设备（1），是处理发送可见光信号的设备，用于产生所需的调制信号及对信号进行调制，所述随机码产生设备（1）与数模转换单元（3）、驱动单元（4）相连；所述发送可见光信号的光源LED（2），用于形成信道及接收调制信号，通过信道发送调制信号，所述发送可见光信号的光源LED（2）连接随机码产生设备（1）、数模转换单元（3）；所述数模转换单元（3），用于把调制的信号加入发送可见光信号的光源LED（2）；所述驱动单元（4），用于驱动处理发送可见光信号的随机码产生设备（1）及发送可见光信号的光源LED（2）；所述接受可见光信号的接收设备PD（5），用于通过信道接收来自发送端带有调制信号的可见光信号，所述接受可见光信号的接收设备PD（5）连接放大、滤波、整形单元（6）；所述放大、滤波、整形单元（6），用于对接收到的信号进行放大、滤波、整形以便于后续对信号进行处理，所述放大、滤波、整形单元（6）连接接受可见光信号的接收设备PD（5）与模数转换单元（7）；所述模数转换单元（7），对放大、滤波、整形单元（6）输出的信号进行模数转换，进而输入到处理接收信号的设备，以便于解调输出；所述处理接收信号的设备（8）连接驱动单元（4）与模数转换单元（7），所述处理接收信号的设备（8）对输入的信号进行解调，以便于获得原始信号形态。2.如权利要求1所述的基于OFDM调制技术的高速可见光通信系统，其特征在于：所述随机码产生设备（1）包括FPGA高速芯片及D/A模块。3.如权利要求1所述的基于OFDM调制技术的高速可见光通信系统，其特征在于：所述随机码产生设备（1）产生随机码，通过其模块自带的FPGA高速芯片处理所产生的随机码。4.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：高宗余，
申请(专利权)人：北京联合大学，
类型：发明
国别省市：北京,11