一种基于KK关系的可见光通信单载波及多载波调制方法技术

本发明专利技术涉及光通信技术领域，涉及一种基于KK关系的可见光通信单载波及多载波调制方法，单载波调制包括：一、生成初始数据信息流；二、将数据信息映射到QAM信号中；三、得到单边带调制SSB复值信号；四、从复值信号中取绝对值，实信号和正信号被馈送到数模转换器DAC；LED驱动器输出驱动LED运转，使得输出电信号转换为光信号；五、光信号通过无线信道传输给接收机；六、光信号由雪崩光电二极管接收，并由跨阻抗放大器放大；通过模数转换器，将信号转换为数字域，在KK接收机中利用KK关系从信号幅度中提取相位信息；七、利用相位信息将信号重构为复值信号，降采样后，信号被解调。本发明专利技术能较佳地进行调制。进行调制。进行调制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于KK关系的可见光通信单载波及多载波调制方法


[0001]本专利技术涉及光通信
，具体地说，涉及一种基于KK关系的可见光通信单载波及多载波调制方法。

技术介绍

[0002]可见光通信(VLC)利用发光二极管(LED)作为光源，由于具有照明和数据传输的双重功能，已经引起了人们的极大兴趣。基于LED的VLC系统具有低成本、高安全性、免许可和抗电磁干扰等优点，成为新一代6G通信的潜在关键技术之一。下一代6G和物联网(IoT)设备(如自动驾驶汽车和机器人、工业4.0、虚拟或增强现实)的势头推动了对高无线容量的需求。因此，特别是对于强度调制和直接检测(IMDD)VLC系统，关于高频谱效率的正交信号的研究是非常有意义的。
[0003]在IMDDVLC系统中，光的强度是由数据调制的，它既不能是复数，也不能是负的。因此，诸如脉冲幅度调制(PAM)之类的幅度调制通常与DC偏置一起使用。正交频分复用(OFDM)通过在每个频段优化分配功率和比特，允许高效使用远远超出LED和荧光粉3dB带宽的调制频率。然而，在OFDM调制过程中，必须使用厄米对称技术以提供实值信号作为快速傅立叶逆变换(IFFT)的输入，然后通常应用DC偏置来确保正输出，这种称为DC偏置光学OFDM(DCO
‑
OFDM)。即使在偏置仅用于承载数据信号的传统IR通信中，DCO
‑
OFDM仍然是在高信噪比(SNR)区域实现高频谱和能量效率的更合适的调制方案。
[0004]传统上，在IMDD系统中，利用复信号中的相位信息进行正交信令传输是不可能的。最近在相干光通信中使用一种Kramers
‑
Kronig(KK)关系可以降低接收器的复杂度，并且KK接收器可以从平方律光电二极管(PD)接收的幅度中恢复出相位信息。
[0005]KK关系也被应用于开发一种带限的IMDD光OFDM调制格式，称为KK光OFDM(KKO
‑
OFDM)；但是目前并不完善。

技术实现思路

[0006]本专利技术的内容是提供一种基于KK关系的可见光通信单载波及多载波调制方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
[0007]根据本专利技术的一种基于KK关系的可见光通信单载波调制方法，其包括以下步骤：
[0008]一、生成初始数据信息流；
[0009]二、将数据信息映射到QAM信号中；
[0010]三、将QAM信号与虚拟数字载波辅助方法VDCA相结合，得到单边带调制SSB复值信号；
[0011]四、使用直流偏置DC从复值信号中取绝对值，实信号和正信号被馈送到数模转换器DAC，其中模拟信号输出作为发光二极管LED驱动器的输入；LED驱动器输出驱动LED运转，使得输出电信号转换为光信号；
[0012]五、光信号通过无线信道传输给接收机；
[0013]六、在接收机处，光信号由雪崩光电二极管APD接收，并由跨阻抗放大器TIA进行放大；然后通过模数转换器DAC，将信号转换为数字域，在KK接收机中利用KK关系从信号幅度中提取相位信息；
[0014]七、利用相位信息将信号重构为复值信号，经过降采样后，信号被解调。
[0015]作为优选，步骤三中，利用虚拟数字载波辅助方法VDCA产生单边带SSB信号。
[0016]作为优选，步骤四中，直流偏置DC可在数模转换器DAC之后添加，载波与信号功率比CSPR定义为载波功率相对于信号功率，描述为：
[0017][0018]其中，A
c
为载波振幅，A
s
(t)为信号振幅。。
[0019]作为优选，步骤六中，用KK关系从振幅中提取相位信息的具体方法为：
[0020]a、应用信道均衡技术来补偿信道特性；
[0021]b、采用数字过采样方法来取消非线性操作取对数所产生的频谱拓宽影响后，信号被分割成一个主路径和一个修正路径进行传输；
[0022]c、修正路径进行取对数操作，希尔伯特变换后，产生复值修正信号；
[0023]d、带有相位信息的修正信号与主路径传输信号相乘得到原有复值信号。
[0024]本专利技术还提供了一种基于KK关系的可见光通信多载波调制方法，其包括以下步骤：
[0025]步骤1、生成初始数据信息流单边带SSB信号位；
[0026]步骤2、数据信息流经过串并转换后信息位并行对齐并映射到QAM信号中；
[0027]步骤3、对映射后的QAM信号进行快速傅里叶逆变换IFFT，生成OFDM调制信号；
[0028]步骤4、对OFDM调制信号进行并串转换后，采用虚拟数字载波辅助VDCA方法产生单边带信号SSB，使用直流偏置DC OFDM信号取信号绝对值，添加保护间隔用于避免子载波间干扰，实信号和正信号被馈送到数模转换器DAC，其中模拟信号输出作为发光二极管LED驱动器的输入；LED驱动器输出驱动LED运转，使得输出电信号转换为光信号；模拟输出输入LED驱动器；LED驱动器输出驱动LED，电信号转换为光信号；在OFDM信号转换为串联后，包含虚拟载体，并产生防护间隔，避免信号间的干扰；
[0029]步骤5、光信号通过无线通道信道传输给接收机；
[0030]步骤6、在接收机处，光信号由雪崩光电二极管APD接收，并由跨阻抗放大器TIA进行放大；然后通过模数转换器DAC，将信号转换为数字域，在数字域中，通过时间同步消除保护间隔；在KK接收机中利用KK关系从信号幅度振幅中提取相位信息；
[0031]步骤7、利用相位信息将信号重构为复值信号，采用快速傅里叶变换FFT将该信号解调为QAM信号信息位，并通过信道估计和信道监测对QAM信号进行解调，最后进行并串转换。
[0032]本专利技术针对IMDD
‑
VLC系统，提出了两种基于KK接收机的正交调制方法，包括单载波QAM和多载波OFDM。采用KK关系，从振幅中提取相位信息，从而重建复值正交信号。通过这种方式，与信息只编码在振幅中的信号相比，可实现率能够提高两倍。
附图说明
[0033]图1为实施例1中一种基于KK关系的可见光通信单载波调制方法的流程图；
[0034]图2为实施例1中一种基于KK关系的可见光通信多载波调制方法的流程图；
[0035]图3为实施例1中最小相位条件下取绝对值前(左)和取绝对值后(右)的单载波QAM频谱示意图；
[0036]图4为实施例1中CSPR分别为4和10dB时单载波QAM的发射波形示意图；
[0037]图5为实施例1中去掉直流和频移前(左)后(右)的单载波QAM的频谱示意图；
[0038]图6为实施例1中不同CSPR情况下的带有KK接收机QAM的BER的示意图；
[0039]图7为实施例1中CSPR分别为4和10dB时多载波OFDM的发射波形示意图；
[0040]图8为实施例1中不同CSPR情况下的带有KK接收机OFDM的BER的示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于KK关系的可见光通信单载波调制方法，其特征在于：包括以下步骤：一、生成初始数据信息流；二、将数据信息映射到QAM信号中；三、将QAM信号与虚拟数字载波辅助方法VDCA相结合，得到单边带调制SSB复值信号；四、使用直流偏置DC从复值信号中取绝对值，实信号和正信号被馈送到数模转换器DAC，其中模拟信号输出作为发光二极管LED驱动器的输入；LED驱动器输出驱动LED运转，使得输出电信号转换为光信号；五、光信号通过无线信道传输给接收机；六、在接收机处，光信号由雪崩光电二极管APD接收，并由跨阻抗放大器TIA进行放大；然后通过模数转换器DAC，将信号转换为数字域，在KK接收机中利用KK关系从信号幅度中提取相位信息；七、利用相位信息将信号重构为复值信号，经过降采样后，信号被解调。2.根据权利要求1所述的一种基于KK关系的可见光通信单载波调制方法，其特征在于：步骤三中，利用虚拟数字载波辅助方法VDCA产生单边带SSB信号。3.根据权利要求1所述的一种基于KK关系的可见光通信单载波调制方法，其特征在于：步骤四中，直流偏置DC可在数模转换器DAC之后添加，载波与信号功率比CSPR定义为载波功率相对于信号功率，描述为：其中，A
c
为载波振幅，A
s
(t)为信号振幅。4.根据权利要求1所述的一种基于KK关系的可见光通信单载波调制方法，其特征在于：步骤六中，用KK关系从振幅中提取相位信息的具体方法为：a...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓雄，董一娴，邹喜华，叶佳，闫连山，潘炜，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：