有机可见光通信系统及基于Volterra级数的自适应非线性均衡器技术方案

本发明专利技术公开了一种有机可见光通信系统及基于Volterra级数的自适应非线性均衡器，相关有机可见光通信系统包括：设置在发送端的白光OLED，设置在接收端且依次连接的光学透镜、光电探测器和基于Volterra级数的自适应非线性均衡器；所述白光OLED作为光源，所述光学透镜与光电探测器对接收的光信号进行光电信号转换，输出电信号至基于Volterra级数的自适应非线性均衡器；所述基于Volterra级数的自适应非线性均衡器用来抑制白光OLED带有记忆效应的非线性失真，提高电信号的有效SNR。上述方案能够在一定程度上抑制有机可见光通信系统的非线性失真，从而可以提升有效的SNR，在满足一定误码率门限的要求下增加传输距离，进而提高有机可见光通信系统的整体性能。

【技术实现步骤摘要】
有机可见光通信系统及基于Volterra级数的自适应非线性均衡器
本专利技术涉及可见光通信
，尤其涉及一种有机可见光通信系统及基于Volterra级数的自适应非线性均衡器。
技术介绍
可见光通信(VLC)技术作为一种新型的无线通信方式，利用调制发光二极管(LED)的发光强度，使得LED可以同时实现照明和通信的功能，并以光电探测器作为接收端。相比于传统的无线射频通信，可见光通信具有极宽的频谱、无需无线电频谱认证、保密性好、绿色环保等优点。同时，有机发光二极管(OLED)作为一种新型的照明光源，其具有可弯曲、透明、寿命长和显色指数高等特性，已经广泛应用于护眼照明和屏幕显示等场景。在潜在的有机可见光通信应用场景下，一般采用白光OLED作为照明光源，因此基于白光OLED进行照明通信一体化是有机VLC技术中的重要研究方向。作为有机可见光通信系统的重要组成部分，发射端OLED的特性很大程度上会影响系统的性能。通信性能的核心指标是信噪比(SNR)，而提高信噪比就需要增加有效信号的功率，因而需要增大OLED的可用动态范围。而大的动态范围会带来严重的非线性失真，同时OLED器件本身带宽有限的特性又会产生一定的记忆效应。这种非线性失真会恶化通信性能，特别是对一些高峰均功率比(PAPR)的调制方式，例如正交频分复用(OFDM)技术，这种失真会更加严重。对于有机可见光通信系统，已有工作提出了一些技术来提高通信性能，其中在接收端通过数字域均衡是一种常见手段。现有技术只是针对于传输速率的提高，并未考虑这种记忆效应的非线性失真。因此设计一种适用于有机可见光通信系统的自适应非线性抑制均衡器，对于提高有机可见光系统的通信性能是很有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种有机可见光通信系统及基于Volterra级数的自适应非线性均衡器，利用基于Volterra级数的自适应非线性均衡器能够在一定程度上抑制有机可见光通信系统的非线性失真，从而可以提升有效的SNR，在满足一定误码率(BER)门限的要求下增加传输距离，进而提高有机可见光通信系统的整体性能。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种有机可见光通信系统，包括：设置在发送端的白光有机发光二极管，设置在接收端且依次连接的光学透镜、光电探测器和基于Volterra级数的自适应非线性均衡器；所述白光有机发光二极管作为光源，所述光学透镜与光电探测器对接收的光信号进行光电信号转换，输出电信号至基于Volterra级数的自适应非线性均衡器；所述基于Volterra级数的自适应非线性均衡器用来抑制白光有机发光二极管带有记忆效应的非线性失真，提高电信号的有效SNR。所述白光有机发光二极管最佳直流工作电压为7V；白光有机发光二极管为一个色温4000K的白光暖光源，光谱图包含452nm、477nm、540nm与610nm四个峰值波长。所述光电探测器为PIN-硅光电二极管或雪崩光敏二极管。所述基于Volterra级数的自适应非线性均衡器包含两种简化模型；其中一种简化模型是一种记忆多项式模型，表示为：其中，xk(n-q)表示记忆深度为q，非线性阶数为k的相应项，wkq为其对应系数；另一种简化模型考虑2阶非线性失真，以及相邻输入的非线性失真，表示为：其中，K为非线性的阶数，Q为最大的记忆深度，x(n)是接收端在时刻n的电信号，是根据Volterra级数展开估计的原始输入信号，wq为对应记忆深度下线性项的系数，wql,wQQ为对应记忆深度下非线性项的系数。记忆多项式模型的记忆深度和非线性阶数的参数依据所用光源和信道的特性来选取，并且通过递归最小二乘算法求解均衡器的各项抽头系数，从而在不同输入电压峰峰值和距离的条件下，根据发送训练符号自适应的抑制白光有机发光二极管带有记忆效应的非线性失真。使用向量形式表示记忆多项式模型的方程：其中，WT、Xvec(n)分别为均衡器的抽头系数、接收端的电信号的向量形式；原始输入信号y(n)和估计的原始输入信号之间的误差e(n)表示为：在恢复原始输入信号时，确保误差e(n)最小，即：采用递归最小二乘算法来求解上式，从而自适应的得到基于Volterra级数的自适应非线性均衡器的相应抽头系数。一种基于Volterra级数的自适应非线性均衡器，应用于有机可见光通信系统，其包含两种简化模型；其中一种简化模型是一种记忆多项式模型，表示为：其中，xk(n-q)表示记忆深度为q，非线性阶数为k的相应项，wkq为其对应系数；另一种简化模型考虑2阶非线性失真，以及相邻输入的非线性失真，表示为：其中，K为非线性的阶数，Q为最大的记忆深度，x(n)是接收端在时刻n的电信号，是根据Volterra级数展开估计的原始输入信号，wq为对应记忆深度下线性项的系数，wql,wQQ为对应记忆深度下非线性项的系数。记忆多项式模型的记忆深度和非线性阶数的参数依据所用光源和信道的特性来选取，并且通过递归最小二乘算法求解均衡器的各项抽头系数，从而在不同输入电压峰峰值和距离的条件下，根据发送训练符号自适应的抑制白光有机发光二极管带有记忆效应的非线性失真。使用向量形式表示记忆多项式模型的方程：其中，WT、Xvec(n)分别为均衡器的抽头系数、接收端的电信号的向量形式；原始输入信号y(n)和估计的原始输入信号之间的误差e(n)表示为：在恢复原始输入信号时，确保误差e(n)最小，即：采用递归最小二乘算法来求解上式，从而自适应的得到基于Volterra级数的自适应非线性均衡器的相应抽头系数。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，自适应体现的是可以根据已知训练序列在不同实验环境下都能自动求得均衡器的各项抽头系数，进而利用所述均衡器抑制系统非线性失真；而非线性体现的是所述均衡器的结构是非线性的，同时也利用到了接收信号的非线性项；一方面，利用基于Volterra级数的自适应非线性均衡器用于抑制发送端OLED的带有记忆效应的非线性失真，可以提高有效SNR，增加通信距离；另一方面，还可以使得有机可见光通信系统在不同输入电压峰峰值(Vpp)和距离条件下误码率都满足FEC门限，抑制系统的非线性失真，进而提高有机可见光通信系统的整体性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，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专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。图1为本专利技术实施例提供的一种有机可见光通信系统的示意图；图2为本专利技术实施例提供的白光有机发光二极管的电光(P-U)转化曲线图和光谱图；图3为本专利技术实施例提供的基于Volterra级数的自适应非线性均衡器的示意图；图4为本专利技术实施例提供的有机可见光系统接收信号频谱在不同Vpp的实验结果图图5为本专利技术实施例提供的有机可见光通信系统的基于2阶记忆多项式自适应非线性均衡器在不同记忆深度下的BER随Vpp实验结果图；图6为本专利技术实施例提供的有机可见光通信系统的基于2阶记忆多项式自适应非线性均衡器在不同记忆深度下的均方误差随迭代次数实验结果图；图7为本专利技术实施例提供的有机可见光通信系统对不同均衡器的BER随Vpp的实验结果图图8为本专利技术实施例提供的有机可见光通信系统对频域均衡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机可见光通信系统，其特征在于，包括：设置在发送端的白光有机发光二极管，设置在接收端且依次连接的光学透镜、光电探测器和基于Volterra级数的自适应非线性均衡器；所述白光有机发光二极管作为光源，所述光学透镜与光电探测器对接收的光信号进行光电信号转换，输出电信号至基于Volterra级数的自适应非线性均衡器；所述基于Volterra级数的自适应非线性均衡器用来抑制白光有机发光二极管带有记忆效应的非线性失真，提高电信号的有效SNR。

【技术特征摘要】
1.一种有机可见光通信系统，其特征在于，包括：设置在发送端的白光有机发光二极管，设置在接收端且依次连接的光学透镜、光电探测器和基于Volterra级数的自适应非线性均衡器；所述白光有机发光二极管作为光源，所述光学透镜与光电探测器对接收的光信号进行光电信号转换，输出电信号至基于Volterra级数的自适应非线性均衡器；所述基于Volterra级数的自适应非线性均衡器用来抑制白光有机发光二极管带有记忆效应的非线性失真，提高电信号的有效SNR。2.根据权利要求1所述的一种有机可见光通信系统，其特征在于，所述白光有机发光二极管最佳直流工作电压为7V；白光有机发光二极管为一个色温4000K的白光暖光源，光谱图包含452nm、477nm、540nm与610nm四个峰值波长。3.根据权利要求1所述的一种有机可见光通信系统，其特征在于，所述光电探测器为PIN-硅光电二极管或雪崩光敏二极管。4.根据权利要求1所述的一种有机可见光通信系统，其特征在于，所述基于Volterra级数的自适应非线性均衡器包含两种简化模型；其中一种简化模型是一种记忆多项式模型，表示为：其中，xk(n-q)表示记忆深度为q，非线性阶数为k的相应项，wkq为其对应系数；另一种简化模型考虑2阶非线性失真，以及相邻输入的非线性失真，表示为：其中，K为非线性的阶数，Q为最大的记忆深度，x(n)是接收端在时刻n的电信号，是根据Volterra级数展开估计的原始输入信号，wq为对应记忆深度下线性项的系数，wql,wQQ为对应记忆深度下非线性项的系数。5.根据权利要求4所述的一种有机可见光通信系统，其特征在于，记忆多项式模型的记忆深度和非线性阶数的参数依据所用光源和信道的特性来选取，并且通过递归最小二乘算法求解均衡器的各项抽头系数，从而在不同输入电压峰峰值和距离的条件下，根据发送训练符号自适应的抑制白光有机发光二极管带有记忆效应的非线性失真。6.根据权利要求4或5所述的一种有机可见光通信系统，其特征在于，使用向量形式表示记忆多项式模型的方程：其中，WT、Xvec(n)分别为均衡器的抽头系数、接收端的电信号的向量形式；原始输入信号y(n)和估计的原始...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐正元，李翔宇，陈涵洁，高谦，龚晨，李上宾，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34