基于MPPM调光控制的混合可见光通信方法技术

本发明专利技术提供基于MPPM调光控制的混合可见光通信方法，其可同时支持可见光数据通信和调光控制，同时具有较高的频谱效率。本发明专利技术的技术方案中，首先生成具有厄米尔对称性的OFDM信号，经反向傅里叶变换成具有奇对称性质的时域信号，再基于MPPM基本原理生成具有偶对称性质的亮度控制序列。然后对OFDM信号矩阵进行预处理操作，可确保其与亮度控制序列叠加后的信号在线性范围内，最后对OFDM信号矩阵和调光序列进行简单的叠加，得到发光装置的驱动信号，且接收端两个信号均能正确检测。

Hybrid visible light communication method based on MPPM dimming control

【技术实现步骤摘要】
基于MPPM调光控制的混合可见光通信方法
本专利技术涉及无线光通信
，具体为基于MPPM调光控制的混合可见光通信方法。
技术介绍
可见光通信将LED技术与信息传输相结合，不占用射频频谱资源，具有广阔的应用前景，具有成本低、传输速率高、保密性好、无电磁辐射等优点。OFDM是一种具有较高频谱利用率的多载波调制技术，可以有效地抵抗无线传输过程中的多径衰落和符号间干扰，被广泛应用在可见光通信技术中；而可见光通信系统通常采用低成本、低复杂度的强度调制/直接探测(IM/DD)方式，因此可见光通信仅能传输正的实信号；在实际应用中，在保证信号传输的同时，还需要实现对LED亮度调节的功能，以满足用户需求；但是现有调制技术，存在着频谱效率不高，且无法同时满足数据通信和亮度调节两个需求的问题；现有技术中，通常是通过调节LED的正向驱动电流，改变电流的大小达到LED的亮度调节；但是这种方式会影响发射光的波长，会使发送的信号产生色度漂移问题。所以，如何同时兼顾频率效率和调光效果是一个急需解决的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的可见光调制方法无法同时兼顾频谱效率和LED亮度调节效果的技术问题，本专利技术提供基于MPPM调光控制的混合可见光通信方法，其可同时支持可见光数据通信和调光控制，同时具有较高的频谱效率。本专利技术的技术方案是这样的：基于MPPM调光控制的混合可见光通信方法，其包括以下步骤：S1：定义由QAM调制的OFDM信号为X，所述OFDM信号X满足厄米尔对称性：X＝[0,X1,0,X3,...,XN-1]；S2：对所述OFDM信号X进行反向快速傅里叶变换操作，得到OFDM时域信号为xn：并且满足其特征在于，其还包括以下步骤：S3：在发射端，基于MPPM基本原理，生成携带信息的亮度控制序列b，调光信号sn由bn决定，具体表示为：其中，IL和IH分别表示为LED的最小最大电流，并且满足S4：将所述调光信号sn、所述OFDM时域信号xn进行叠加，得到输出信号yn：yn＝xn+sn其中：n＝0,1,…,N-1,；S5：将所述输出信号yn进行削波处理后，进行数模转换，然后通过LED进行传输。其进一步特征在于：其还包括以下步骤：S6：在接收端，对接收到的信号加入高斯白噪声，形成接收信号,对所述接收信号进行模数转换、串并转换、去掉循环前缀、进行FFT计算后，获得解调后的频域信号；在接收端，MPPM信号可以根据下式直接被检测：其中A为决策阈值，具体计算公式为其中P和σ2分别是OFDM信号能量跟噪声能量；步骤S2中，所述亮度控制序列b为：b＝[b0,b1,...,bN-1]其中：bn等于0或者1；步骤S3包括以下详细步骤：a1：把连续的L个二进制信号调制到M个时隙组成的时段，光脉冲设置在其中N个时隙上，其N个脉冲的规律排列为：a2：选择对应的L、M、N，生成携带信息的所述亮度控制序列b；所述步骤S5中，对所述输出信号yn进行的所述削波处理，为消除超出LED线性范围的信号，所述削波处理的过程表示为：其中：IL和IH分别表示为LED的最小最大电流；步骤S5中，发送端通过所述OFDM时域信号xn在叠加前进行预处理，进而实现对所述输出信号yn进行的所述削波处理，其预处理过程表示为：其中；为xn经过预处理后得到的信号；bn为所述亮度控制序列b的值，等于0或者1；步骤S5中，削波处理后的输出信号表示为：其中：an由所述OFDM时域信号xn决定；zn的表达式如下：步骤S5中，an表达式为：在接收端，系统的调光度为：其中：η为调光等级，IL和IH分别表示为LED的最小最大电流，δd为MPPM的占空比，δx为未削波OFDM信号的标准偏差；所述调光等级η的计算方法为：其中：Iavg为输入LED的平均电流。本专利技术提供的基于MPPM调光控制的混合可见光通信方法，首先生成具有厄米尔对称性的OFDM信号，经反向傅里叶变换成具有奇对称性质的时域信号，再基于MPPM基本原理生成具有偶对称性质的亮度控制序列，然后对OFDM信号矩阵进行预处理操作，确保其与亮度控制序列叠加后的信号在线性范围内，最后对OFDM信号矩阵和调光序列进行简单的叠加，得到发光装置的驱动信号；在本方案中，没有直接去除OFDM时域信号的负数部分，相对于ACO-OFDM方案采用了更多的子载波传输信息数据，因此能兼顾较高的功率效率和频谱效率；同时，能够兼容调光控制，支持高速可见光通信链路；特别在削波过程中，对OFDM信号进行特定的处理，即能保证叠加后的信号在线性范围内，且叠加后的混合信号对OFDM的检测不产生干扰，确保在接收端对MPPM的检测也只需通过简单的阈值检测即可实现信号恢复，降低了系统的复杂度；本专利技术的技术方案实施简单，且能够在可见光通信的同时兼顾照明调光控制，创建各种亮度级别，具有更高的功率效率，比单载波调制MPPM提升了频谱效率。附图说明图1为本专利技术中基于MPPM调光控制的混合可见光通信方案原理图；图2为本专利技术技术方案中调光度与占空比之间的关系图；图3为本专利技术技术方案中BER性能随σx2变化曲线图；图4为本专利技术技术方案中频谱效率与调光度关系图。具体实施方式本专利技术基于多脉冲位置调制(multiplepulsepositionmodulation，以下简称MPPM)调光控制的混合可见光通信方法，其包括以下步骤。S1：定义由QAM调制的OFDM信号为X，OFDM信号X满足厄米尔对称性：X＝[0,X1,0,X3,...,XN-1]；S2：如图1所示，对OFDM信号数据进行过QAM调制使OFDM信号变成频带信号，把频带信号构造为满足对称特性的Hermitian对称矩阵，然后进行IFFT变换获得对应的时域信号，对得到变换后的矩阵添加循环前缀CP，得到最终的OFDM信号矩阵；其中，对OFDM信号X进行反向快速傅里叶变换操作，得到OFDM时域信号为xn：并且满足传统ACO-OFDM方案相对于需要添加直流偏置的DCO-OFDM方案相比，拥有较高的功率效率，但是直接将负的时域信号限幅为零，降低了频谱效率；而本方案并没有直接去除OFDM时域信号的负数部分，相对于ACO-OFDM方案采用了更多的子载波传输信息数据，因此能兼顾较高的功率效率和频谱效率。S3：在发射端，基于MPPM基本原理，把连续的L个二进制信号调制到M个时隙组成的时段，光脉冲设置在其中N个时隙上，其N个脉冲的规律排列为：选择对应的L、M、N，生成携带信息的亮度控制序列b；b＝[b0,b1,...,bN-1]本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于MPPM调光控制的混合可见光通信方法，其包括以下步骤：/nS1：定义由QAM调制的OFDM信号为X，所述OFDM信号X满足厄米尔对称性：/nX＝[0,X

【技术特征摘要】
1.基于MPPM调光控制的混合可见光通信方法，其包括以下步骤：
S1：定义由QAM调制的OFDM信号为X，所述OFDM信号X满足厄米尔对称性：
X＝[0,X1,0,X3,...,XN-1]；
S2：对所述OFDM信号X进行反向快速傅里叶变换操作，得到OFDM时域信号为xn：



并且满足
其特征在于，其还包括以下步骤：
S3：在发射端，基于MPPM基本原理，生成携带信息的亮度控制序列b，调光信号sn由bn决定，具体表示为：



其中，IL和IH分别表示为LED的最小最大电流，并且满足
S4：将所述调光信号sn、所述OFDM时域信号xn进行叠加，得到输出信号yn：
yn＝xn+sn
其中：n＝0,1,…,N-1,；
S5：将所述输出信号yn进行削波处理后，进行数模转换，然后通过LED进行传输。


2.根据权利要求1所述基于MPPM调光控制的混合可见光通信方法，其特征在于，其还包括以下步骤：
S6：在接收端，对接收到的信号加入高斯白噪声，形成接收信号,对所述接收信号进行模数转换、串并转换、去掉循环前缀、进行FFT计算后，获得解调后的频域信号；
在接收端，MPPM信号可以根据下式直接被检测：



其中A为决策阈值，具体计算公式为



其中P和σ2分别是OFDM信号能量跟噪声能量。


3.根据权利要求1所述基于MPPM调光控制的混合可见光通信方法，其特征在于：步骤S2中，所述亮度控制序列b为：
b＝[b0,b1,...,bN-1]
其中：bn等于0或者1。


4.根据权利要求3所述基于MPPM调光控制的混合可见光通信方法，其特征在于：步骤S3包括以下详细步骤：
a1：把连续的L个二进制信号调制到M个时隙组成的时段，光脉冲设置在其...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛晓妹，李宝龙，周颖，洪焕东，关少义，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32