结合调光控制的反极性多脉冲位置调制光OFDM系统技术方案

本发明专利技术提供一种结合调光控制的反极性多脉冲位置调制光OFDM系统，该系统它有效地结合了MPPM和RPO‑OFDM技术，在支持灵活的调光功能的同时，利用MPPM模式携带的额外比特在带宽不变的前提下提升了数据传输速率，与传统的RPO‑OFDM相比，本方法在计算复杂度和能耗都相似的情况下，能实现更高的频谱效率。

Inverse polarity multi pulse position modulation optical OFDM system combined with dimming control

The present invention provides an anti polarity multi pulse position modulation optical OFDM system combined with dimming control, which effectively combines the MPPM and RPO OFDM technology. While supporting the flexible dimming function, it uses the extra bits carried by the MPPM mode to raise the data transmission rate on the premise of the constant bandwidth, and the traditional RPO O. Compared with FDM, the proposed method can achieve higher spectral efficiency when computing complexity and energy consumption are similar.

【技术实现步骤摘要】
结合调光控制的反极性多脉冲位置调制光OFDM系统
本专利技术涉及无线光通信领域，更具体地，涉及一种结合调光控制的反极性多脉冲位置调制光OFDM系统。
技术介绍
二十一世纪，无线数据传输速率的需求正在呈几何级数增长。尽管当前蜂窝网络标准仍在不断的演进，移动数据流量的需求仍极有可能超过传统频谱能够提供的支持。可见光通信(VisibleLightCommunication，VLC)的出现，正好能解决频谱资源日益紧张的问题。VLC的基础器件是在照明上广泛使用的发光二极管(LightEmittingDiode，LED)。VLC有很多优点，包括无需频谱授权、无射频干扰、无辐射等。作为长期演进(Long-TermEvolution，LTE)系统中的关键技术，正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)技术可以用于VLC系统中以提高数据传输速率，并且能够抵抗多径效应造成的符号间干扰。用于VLC系统中的光OFDM时域信号必须是非负的实信号，因此历史文献中提出了许多光OFDM技术，如直流偏置光OFDM(DC-biasedOpticalOFDM，DCO-OFDM)和非对称限幅光OFDM(AsymmetricallyClippedOpticalOFDM，ACO-OFDM)等。另一方面，VLC系统必须同时实现照明和通信两种功能，因此把调光技术结合到调制技术里是非常重要的。一般地，数字调光技术的应用更加广泛。这是因为模拟调光技术比数字调光技术更加容易产生照明颜色偏移的现象，并且数字调光技术通过简单地调节占空比，就能实现多级的照明亮度调节，容易实现。因此，结合光OFDM技术与调光技术成为了VLC实际系统的设计目标之一。现有技术中有只利用脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)的“on”时隙来传输光OFDM信号，因此在调制带宽不变的情况下，降低占空比会大大降低数据传输速率。现有技术中还有提出了使用多脉冲位置调制(MultiplePulsePositionModulation，MPPM)来代替传统的PWM的方法(记为MPPM-OFDM)，通过MPPM模式携带的比特信息来提高数据传输速率。然而，在占空比比较低的情况下，MPPM模式携带的比特数非常少，所以此方法能提供的数据传输速率在这种情况下仍然很低。现有技术中还有提出了一种反向极性光OFDM(ReversePolarityOpticalOFDM，RPO-OFDM)方法，既利用了PWM的“on”时隙又利用了它的“off”时隙，使得数据传输速率不受占空比影响，并且充分利用了LED的线性动态范围以减少非线性失真。但是，这种方法中用于调光的PWM并不能携带信息。现有技术中还有提出了一种非对称混合光OFDM(AsymmetricHybridOpticalOFDM，AHO-OFDM)方法，它虽然能提供比较高的频谱效率，但是系统复杂度却比较大，而且并没有使用数字调光技术。
技术实现思路
本专利技术提供一种可实现更高的频谱效率的结合调光控制的反极性多脉冲位置调制光OFDM系统。为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：一种结合调光控制的反极性多脉冲位置调制光OFDM系统，包括发射机和接收机，发射机和接收机通过VLC光信道连接，所述发射机包括顺次连接的数据分配器、光OFDM调制器、第一极性反转器、截断器、数模转换器和LED，所述数据分配器还经MPPM模式选择器与第一极性反转器连接；所述接收机包括顺次连接的光电检测器、模数转换器、第二极性反转器、光OFDM解调器和数据组合器，所述模数转换器还经MPPM解调器与数据组合器连接，MPPM解调器还与第二极性反转器连接；LED的光信号通过VLC光信道传递到光电二极管上。进一步地，数据分配器将每一帧的原始二进制比特流b分成两部分，第一部分比特流bMPPM用于MPPM模式的选择，第二部分比特流bOFDM用于光OFDM信号的调制，记每一帧含有l个MPPM符号和p个OFDM符号，则bMPPM的长度为l·BMPPM，其中为每一个MPPM符号携带的比特数，n为MPPM符号的时隙数，w为MPPM符号的“on”时隙的个数，表示小于或等于x的最大整数；bOFDM的长度为p·ΒOFDM，其中BOFDM为每一个OFDM符号携带的比特数；通过调节w来调节MPPM信号的占空比即利用数字调光技术，达到所需的不同的照明亮度。进一步地，MPPM模式选择器对输入的第一部分比特流bMPPM进行编码映射，并输出MPPM信号sMPPM；光OFDM调制器对输入的第二部分比特流bOFDM进行光OFDM调制，输出功率归一化的OFDM时域信号sOFDM；sMPPM与sOFDM的长度应保持一致，即n·a·l＝p·N，其中a为MPPM符号中每个时隙的采样点个数，N为一个OFDM符号的采样点数，在采用ACO-OFDM的情况下也等于光OFDM调制器中逆傅里叶变换的点数，sMPPM的同一个时隙中的a个采样点的值相同，“on”时隙中的值为1，“off”时隙中的值为0。进一步地，第一极性反转器根据公式(1)的变换将OFDM信号sOFDM加载到MPPM信号sMPPM的“on”和“off”时隙上，输出混合信号s：其中，IH表示LED线性范围的最大电流，IL表示LED线性范围的最小电流，1表示元素全为1的向量，表示同维向量的逐元素相乘。记ssc＝α·sOFDM为缩放后的OFDM信号，α为缩放因子，使得ssc的电功率POFDM＝α2；通过调节POFDM来拓展调光范围，可实现比常规数字调光能达到的更高或者更低的照明亮度；截断器将混合信号s高于IH的部分截断为IH，低于IL的部分截断为IL，输出截断后的信号sc，并通过数模转换器转换为模拟信号，通过LED发射出去。进一步地，LED发射出的信号通过VLC信道，再经过光电检测器和模数转换器得到信号r，MPPM解调器将r中的每一个时隙的a个采样点取平均值，得到信号R，如公式(2)：其中R(i-1)n+j表示R中的第[(i-1)n+j]个元素，即为该帧中第i个MPPM符号的第j个时隙的幅度平均值，i＝1,2,...,l，j＝1,2,...,n；rk为r中的第k个元素。进一步地，MPPM解调器依次为第i＝1,2,...,l个MPPM符号中的n个时隙的幅度平均值{R(i-1)n+j|j＝1,2,...,n}进行排序，并选出该MPPM符号中最大的w个值，将这些值所在的时隙判决为“on”时隙，其余的为“off”时隙，将r中判决为“on”时隙的元素的值设为1，判决为“off”时隙的元素的值设为0，即得到估计的MPPM信号并输出到第二极性反转器中，然后，MPPM解调器对进行MPPM反映射，得到第一部分比特流的估计值进一步地，第二极性反转器根据输入的和r，按照公式(3)输出OFDM信号的估计值到光OFDM解调器中：光OFDM解调器对进行解调，得到第二部分比特流的估计值数据组合器将和组合得到原始比特流的估计值与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术它有效地结合了MPPM和RPO-OFDM技术，在支持灵活的调光功能的同时，利用MPPM模式携带的额外比特在带宽不变的前提下提升了数据传输速率，与传统的RPO-OFDM相比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合调光控制的反极性多脉冲位置调制光OFDM系统，包括发射机和接收机，发射机和接收机通过VLC光信道连接，其特征在于，所述发射机包括顺次连接的数据分配器、光OFDM调制器、第一极性反转器、截断器、数模转换器和LED，所述数据分配器还经MPPM模式选择器与第一极性反转器连接；所述接收机包括顺次连接的光电检测器、模数转换器、第二极性反转器、光OFDM解调器和数据组合器，所述模数转换器还经MPPM解调器与数据组合器连接，MPPM解调器还与第二极性反转器连接；LED的光信号通过VLC光信道传递到光电二极管上。

【技术特征摘要】
1.一种结合调光控制的反极性多脉冲位置调制光OFDM系统，包括发射机和接收机，发射机和接收机通过VLC光信道连接，其特征在于，所述发射机包括顺次连接的数据分配器、光OFDM调制器、第一极性反转器、截断器、数模转换器和LED，所述数据分配器还经MPPM模式选择器与第一极性反转器连接；所述接收机包括顺次连接的光电检测器、模数转换器、第二极性反转器、光OFDM解调器和数据组合器，所述模数转换器还经MPPM解调器与数据组合器连接，MPPM解调器还与第二极性反转器连接；LED的光信号通过VLC光信道传递到光电二极管上。2.根据权利要求1所述的结合调光控制的反极性多脉冲位置调制光OFDM系统，其特征在于，数据分配器将每一帧的原始二进制比特流b分成两部分，第一部分比特流bMPPM用于MPPM模式的选择，第二部分比特流bOFDM用于光OFDM信号的调制，记每一帧含有l个MPPM符号和p个OFDM符号，则bMPPM的长度为l·BMPPM，其中为每一个MPPM符号携带的比特数，n为MPPM符号的时隙数，w为MPPM符号的“on”时隙的个数，表示小于或等于x的最大整数；bOFDM的长度为p·ΒOFDM，其中BOFDM为每一个OFDM符号携带的比特数；通过调节w来调节MPPM信号的占空比即利用数字调光技术，达到所需的不同的照明亮度。3.根据权利要求2所述的结合调光控制的反极性多脉冲位置调制光OFDM系统，其特征在于，MPPM模式选择器对输入的第一部分比特流bMPPM进行编码映射，并输出MPPM信号sMPPM；光OFDM调制器对输入的第二部分比特流bOFDM进行光OFDM调制，输出功率归一化的OFDM时域信号sOFDM；sMPPM与sOFDM的长度应保持一致，即n·a·l＝p·N，其中a为MPPM符号中每个时隙的采样点个数，N为一个OFDM符号的采样点数，在采用ACO-OFDM的情况下也等于光OFDM调制器中逆傅里叶变换的点数，sMPPM的同一个时隙中的a个采样点的值相同，“on”时隙中的值为1，“off”时隙中的值为0。4.根据权利要求3所述的结合调光控制的反极性多脉冲位置调制光OFDM系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：江明，杨子贤，张琳，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44