一种扩展LED可用通信频带的自适应补偿方法技术

一种扩展LED可用通信频带的自适应补偿方法，包括以下步骤：设备上电，初始化；配置参数；测出LED的幅频特性参数；求出DCO‑OFDM各个子载波的功率预加重系数；载波功率分配，功率放大器的限制输出；在接收端计算子载波功率的均值和方差并传送给发射端；判断子载波功率的均值和方差是否满足范围；对子载波数加一；判断所用子载波数是否满足条件，并决定是否进入下一个循环；判定数字预加重器的最大补偿子载波数；重新调整DCO‑OFDM参数后进行正常通信。本发明专利技术在输出功率的限制下对发送信号进行预补偿，优化LED频响特性，兼容性和灵活性更好，保证了DCO‑OFDM可见光的通信速率和质量。

An Adaptive Compensation Method for Expanding the Available Communication Frequency Band of LED

An adaptive compensation method for expanding the available communication frequency band of LED includes the following steps: power on the device, initialization; configuration parameters; measuring the amplitude-frequency characteristic parameters of LED; calculating the power pre-emphasis coefficients of each subcarrier of DCO OFDM; carrier power allocation, limiting output of power amplifier; calculating the mean and variance of subcarrier power at the receiving end and transmitting them to the transmitter for judgment; Whether the mean and variance of subcarrier power satisfy the range; add one to the number of subcarriers; judge whether the number of subcarriers used satisfies the condition and decide whether to enter the next cycle; determine the maximum number of compensated subcarriers of digital pre-weighter; and conduct normal communication after readjusting the parameters of DCO OFDM. The invention pre-compensates the transmitted signal under the limitation of output power, optimizes the frequency response characteristics of LED, has better compatibility and flexibility, and guarantees the communication speed and quality of DCO OFDM visible light.

【技术实现步骤摘要】
一种扩展LED可用通信频带的自适应补偿方法
本专利技术涉及无线光通信领域，尤其涉及一种扩展LED可用通信频带的自适应补偿方法。
技术介绍
基于LED的可见光通信由于其具有成本低、安全性高、可用带宽资源丰富等优点在短距离高速通信研究领域备受关注。然而，用于发送光信号的LED灯的可用带宽都比较低，一般在6MHz以下，使得可见光通信在传输速率和性能上收到了很大的制约。要利用LED实现短距离高速通信就必须宽展LED带宽。目前实现LED带宽扩展的方法都是利用硬件方式进行预加重补偿，目前有：桥T型均衡电路、多路谐振电路、高通滤波器等几个方案。但是，采用硬件方式进行补偿具有以下几个问题：(1)硬件电路不能结合LED衰减特性进行补偿；(2)硬件补偿电路不能按照实际的输出功率对LED带宽进行补偿，在系统输出功率一定的条件下，若带宽补偿范围过大，补偿的效果并不明显，反而造成带内信号平均功率减小，信噪比降低；(3)硬件电路只能针对某个或者某款LED进行补偿，缺乏灵活性和兼容性。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题是如何在一定输出功率的限制下对发送信号进行预补偿并具有很好的兼容性，从而保证了DCO-OFDM可见光的通信速率和质量。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是一种扩展LED可用通信频带的自适应补偿方法，包括如下步骤：101设备上电，进行初始化；102配置相关的参数，包括扫频的频率间隔fgap，DCO-OFDM子载波的间隔fc和子载波数2N；接收机在未收到信号时的平均噪声功率谱密度在接收端所用子载波的平均功率谱密度与平均噪声功率密度谱的安全间隔在接收端所用子载波的平均功率谱密度的浮动范围所述DCO-OFDM子载波的间隔fc和子载波数2N必须满足以下条件：2N-1×fc≤100MHz≤2N×fc，其中100MHz是事先设定的一个阈值。所述接收机在未收到信号时的平均噪声功率谱密度是经过仪器测得的。103利用扫频方式测出LED的幅频特性参数；针对不同的LED，在发送端发送频率为fs＝n×fgap的正弦波对LED特性进行扫频,其中n为正整数且fs≤100MHz；在接收端获取每个频率的功率PLED(fs)后建立一个表格并发送至发送端，发送端收到该表格后进行保存，并将此表格命名为表格一。104根据当前所测得的LED幅频特性参数，求出DCO-OFDM各个子载波的功率预加重系数，包括以下分步骤；(1)从表格一中根据各个DCO-OFDM各个子载波获取对应的功率，建立表格二，包括以下过程：1)以DCO-OFDM每个子载波频率fk为基准，从表格一中获得相邻的两个频率fm-1和fm，使得fm-1≤fk≤fm；2)若fk-fm-1＜fgap×10％，则Pt(fk)＝PLED(fm-1)；3)若fk-fm-1＞fgap×90％，则Pt(fk)×PLED(fm)；4)若fgap×10％≤fk-fm-1≤fgap×90％，则采用三次样条插值法，构造一个三次函数f(x)＝ax3+bx2+cx+d，利用点(fm-2，PLED(fm-2))，(fm-1，PLED(fm-1))，(fm，PLED(fm))和(fm+1，PLED(fm+1))求解函数f(x)中的常量a，b，c，d，求得f(fk)，令Pt(fk)＝f(fk)；5)利用点(fk，Pt(fk))建立一个表格并保存，并命名为表格二。所述DCO-OFDM子载波频率fk具体值为kfc,其中k∈[0，2N-1]且k为自然数。(2)根据表格二求得DCO-OFDM各个子载波的功率预加重系数；以Pt(f0)为参考，则子载波的功率预加重系数并利用点建立表格三并保存。105信号发射端利用设定好的子载波数Ndata并选取DCO-OFDM前Ndata个子载波，利用得到的子载波的功率预加重系数对这些子载波进行功率分配，在功率放大器的最大输出功率的限制下将信号发送出去；针对所指定的子载波，结合表格三对各个子载波进行功率分配，各个子载波获得的功率为：所述功率放大器的输出功率的限制指的是所指定子载波在分配功率后的总功率经过功率放大器的输出功率不应该超出功率放大器最大输出功率：其中G为功率放大器的增益，Pamp为功率放大器的最大输出功率。106接收端收到信号后计算得到所使用子载波功率的均值和方差，并传送给发射端；发送端接收到所使用子载波功率的均值和方差后对判断其是否满足可靠的范围，若满足，则进入下一步骤,反之则进入步骤109，具体分步骤如下：(1)获得接收信号的各个子载波功率ξ′j的均值E(ξ′j)；(2)获得接收信号的各个子载波功率ξ′j的方差D(ξ′j)；(3)若且则判定满足要求，否则判定不满足要求。107对所用子载波数Ndata加一；108判断所用子载波数Ndata是否大于2N-1-1，若是则进入步骤109，反之则进入步骤105，2N为DCO-OFDM子载波个数；109判定均衡器在功率限制和所设定参数的情况下的最大补偿子载波数Nuse＝Ndata-1；110根据事先设定的参数和最大补偿子载波数Nuse，重新调整DCO-OFDM参数后进行正常通信。所述重新调整DCO-OFDM参数，是在给出OFDM的载波频率fc、数字预加重器所能补偿的最大子载波个数Nuse条件下，按照实际通信需求重构DCO-OFDM子载波个数，实现正常通信。与现有技术相比，采用本专利技术的技术方案通过采用扫频方式来获得LED的幅频特性，在一定输出功率的限制下有针对性地对发送信号进行预补偿，优化LED频响特性，具有很好的兼容性和灵活性，从而保证了DCO-OFDM可见光的通信速率和质量。附图说明图1为本专利技术流程图；图2为利用扫频方式测出各个LED的幅频特性参数的流程图；图3为实施例中测得的第一个LED的幅频特性曲线图；图4为实施例中测得的第二个LED的幅频特性曲线图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明，但不是对本专利技术的限定。图1示出了一种扩展LED可用通信频带的自适应补偿方法，包括如下步骤：101设备上电，进行初始化，设备初始化的目的是对设备的工作运行环境参数的初始化；102配置相关的参数，包括扫频的频率间隔fgap，DCO-OFDM子载波的间隔fc和子载波数2N；接收机在未收到信号时的平均噪声功率谱密度在接收端所用子载波的平均功率谱密度与平均噪声功率密度谱的安全间隔在接收端所用子载波的平均功率谱密度的浮动范围所述DCO-OFDM子载波的间隔fc和子载波数2N必须满足以下条件：2N-1×fc≤100MHz≤2N×fc，其中100MHz是事先设定的一个阈值。所述接收机在未收到信号时的平均噪声功率谱密度是经过仪器测得的。103利用扫频方式测出LED的幅频特性参数；针对不同的LED，在发送端发送频率为fs＝n×fgap的正弦波对LED特性进行扫频,其中n为正整数且fs≤100MHz，测出LED的幅频特性参数。如图2所示，其具体分步骤如下：201初始化正弦波发送频率的步进数n＝1和发送频率fs＝n×fgap；202发送指定频率的正弦波；203接收端收到正弦波后求出在该频率下对应功率谱密度，并记录下来；204更新正弦波发送频率的步进数n＝n+1和发送频率fs＝n×fgap；205判断更新的正弦波发送频率fs是否大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扩展LED可用通信频带的自适应补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：101设备上电，进行初始化；102配置相关的参数，包括扫频的频率间隔fgap，DCO‑OFDM子载波的间隔fc和子载波数2

【技术特征摘要】
1.一种扩展LED可用通信频带的自适应补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：101设备上电，进行初始化；102配置相关的参数，包括扫频的频率间隔fgap，DCO-OFDM子载波的间隔fc和子载波数2N；103利用扫频方式测出LED的幅频特性参数；104根据当前所测得的LED幅频特性参数，求出DCO-OFDM各个子载波的功率预加重系数；105信号发射端利用设定好的子载波数Ndata并选取DCO-OFDM前Ndata个子载波，利用得到的子载波的功率预加重系数对这些子载波进行功率分配，在功率放大器的最大输出功率的限制下将信号发送出去；106接收端收到信号后计算得到所使用子载波功率的均值和方差，并传送给发射端；发送端接收到所使用子载波功率的均值和方差后对判断其是否满足可靠的范围，若满足，则进入下一步骤,反之则进入步骤109；107对所用子载波数Ndata加一；108判断所用子载波数Ndata是否大于2N-1-1，若是则进入步骤109，反之则进入步骤105，2N为DCO-OFDM子载波个数；109判定均衡器在功率限制和所设定参数的情况下的最大补偿子载波数Nuse＝Ndata-1；110根据事先设定的参数和最大补偿子载波数Nuse，重新调整DCO-OFDM参数后进行正常通信。2.如权利要求1所述的扩展LED可用通信频带的自适应补偿方法，其特征在于，步骤102中，接收机在未收到信号时的平均噪声功率谱密度在接收端所用子载波的平均功率谱密度与平均噪声功率密度谱的安全间隔在接收端所用子载波的平均功率谱密度的浮动范围3.如权利要求2所述的扩展LED可用通信频带的自适应补偿方法，其特征在于，所述DCO-OFDM子载波的间隔fc和子载波数2N必须满足以下条件：2N-1×fc≤100MHz≤2N×fc，其中100MHz是事先设定的一个阈值。4.如权利要求2所述的扩展LED可用通信频带的自适应补偿方法，其特征在于，所述接收机在未收到信号时的平均噪声功率谱密度是经过仪器测得的。5.如权利要求1所述的扩展LED可用通信频带的自适应补偿方法，其特征在于，步骤103中，针对不同的LED，在发送端发送频率为fs＝n×fgap的正弦波对LED特性进行扫频,其中n为正整数且fs≤100MHz；在接收端获取每个频率的功率PLED(fs)后建立一个表格并发送至发送端，发送端收到该表格后进行保存，并将此表格命名为表格一。6.如权利要求1所述的扩展LED可用通信...

【专利技术属性】
技术研发人员：符杰林，王俊华，李燕龙，仇洪冰，李晓记，梁川，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45