一种可见光分集接收方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种可见光分集接收方法及系统。该方法包括：通过多个光电探测器分集接收可见光信号并转化为电信号；通过A/D转换电路对分集接收的各路电信号进行A/D转换；对经过A/D转换的各路信号进行滑动平均滤波；对经过滤波的各路信号进行合并；对合并后的信号进行信号时钟恢复处理，并得到最终的信号。在本发明专利技术中提出的可见光分集接收方法和装置中，采用了多个光电探测器替代了单个光电探测器来接收数据，在不改变发射端功率的情况下，可以有效减小随着通信距离拉长而随之变大的接收端误码率，显著提升系统的信号接收质量；同时分集接收的方法可以降低接收端信号衰落的影响，获得较高分集增益，提高接收的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种可见光分集接收方法及系统
本专利技术涉及无线光通信
，尤其涉及一种可见光分集接收方法及系统。
技术介绍
高亮度白光发光二极管(LED)面世后，随着光效的逐步提高，其应用从显示领域逐步扩展到照明领域，并且发展迅速。与传统的照明设备相比，白光LED具有功耗低、使用寿命长、尺寸小、绿色环保等优点，被视为第四代节能环保型照明产品。白光LED的另外一个突出优点是响应灵敏度非常高，因此可以用LED进行超高速数据通信。可见光通信(visiblelightcommunication，VLC)是一种在白光LED技术上发展起来的新兴的光无线通信技术。与传统的射频通信和其他光无线通信相比，可见光通信具有发射功率高、无电磁干扰、节约能源等优点，因而可见光通信技术具有极大的发展前景，已引起人们的广泛关注和研究。现有技术中针对可见光通信的研究有很多，但一般都是针对发送端的模型构建和性能优化，或者针对接收数据的信号进一步处理：比如针对不同数据率的不同调制模式、或者各种均衡器的研究等。但在现有技术中，可见光接收一般采用单接收方案，多接收方案是研究尝试的方向。而由于可见光传输过程中的衰减问题，通过单接收的实验可知，随着通信距离的拉长，接收端的误码率也随之变大，这样会非常影响可见光远距离的通信质量。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供一种可见光分集接收方法及系统。可以对接收端进行有效改进，减小随着通信距离拉长而随之变大的接收端误码率，提高系统总增益。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供一种可见光的分集接收方法，包括：通过多个光电探测器分集接收可见光信号并转化为电信号；通过A/D转换电路对分集接收的各路电信号进行A/D转换；对经过A/D转换的各路信号利用如下公式进行滑动平均滤波：式中N为收集到的非平稳数据的个数，2n+1为相邻平稳数据的区间，其取值依据采样时钟与数据速率的比值，选取[5,15]内的奇数，yk为动态测试数据，fk为平滑滤波数据，j的取值范围为[-n,n]；对经过滤波的各路信号进行合并；对合并后的信号进行信号时钟恢复处理，并得到最终的数字信号与同步时钟。进一步地，所述光电探测器的数量是4个。进一步地，所述对经过滤波的各路信号进行合并，包括：对经过滤波的各路信号进行等增益合并，方法为：已知经可见光通信信道后，第k条信道接收信号的复包络为：其中，表示M条信道的衰减因子和相移，ak是泊松分布的，表示发送的信号，所有信号具有相同的能量，表示第k条信道上的加性高斯白噪声，xk(t)为第k条信道接收到的信号，T为信号包络的起伏周期；则接收分集时，从接收端得到M个不同独立的信号，合并信号可以表达为：其中，ωk为加权系数，对于等增益合并，ωk系数归一化时不需要考虑每条支路上的信噪比，只需先将各分集支路信号进行同相处理，然后再合并叠加即可得到信号合并结果；进一步地，所述对经过滤波的各路信号进行合并，包括：对经过滤波的各路信号进行最大比合并或选择合并。进一步地，所述对合并后的信号进行信号时钟恢复处理包括：对合并后的信号进行CDR电路恢复处理或FPGA编程恢复处理。另一方面，本专利技术还提供一种可见光的分集接收系统，包括：多个光电探测器，用于分集接收可见光信号并转化为电信号，分别输出至A/D转换电路；A/D转换电路，连接各个光电探测器，用于对接收到的各路电信号进行A/D转换并发送给滤波器；滤波器，用于对经过A/D转换的各路信号利用如下公式进行滑动平均滤波并发送给信号合并模块：式中N为非平稳数据的个数，2n+1为相邻平稳数据的区间，其取值依据采样时钟与数据速率的比值，选取[5,15]内的奇数，yk为动态测试数据，fk为平滑滤波数据，j的取值范围为[-n,n]；信号合并模块，用于对滤波器滤波后的各路信号进行合并并发送给数据时钟恢复模块；数据时钟恢复模块，用于对信号合并模块合并后的信号进行时钟恢复处理，并输出最终的数字信号与同步时钟。进一步地，所述光电探测器包括：光电倍增管、雪崩光电二极管或PIN光电二极管；和/或，所述光电探测器的数量是4个。进一步地，所述信号合并模块，包括：等增益合并模块，用于对分集接收到的经过A/D转换、滤波后的各路信号进行等增益合并：已知经可见光通信信道后，第k条信道接收信号的复包络为：其中，表示M条信道的衰减因子和相移，ak是泊松分布的，表示发送的信号，所有信号具有相同的能量，表示第k条信道上的加性高斯白噪声，xk(t)为第k条信道接收到的信号，T为信号包络的起伏周期；则接收分集时，从接收端得到M个不同独立的信号，等增益合并模块用于合并后的信号可以表达为：其中，ωk为加权系数，对于等增益合并，ωk系数归一化时不需要考虑每条支路上的信噪比，只需先将各分集支路信号进行同相处理，然后再合并叠加即可得到信号合并结果。进一步地，所述信号合并模块，包括：最大比合并模块，对经过滤波的各路信号进行最大比合并；或，选择合并模块，对经过滤波的各路信号进行选择合并。进一步地，所述数据时钟恢复模块包括：CDR电路恢复模块或FPGA编程恢复模块。(三)有益效果可见，在本专利技术中提出的可见光分集接收方法和系统中，自可见光通信系统的接收端采用了多个光电探测器替代了单个光电探测器来接收数据，在不改变发射端发射功率的情况下，可以有效减小随着通信距离拉长而随之变大的接收端误码率，显著提升系统的信号接收质量；同时分集接收的方法可以降低接收端信号衰落的影响，获得分集增益，相应的提高系统总增益，提高接收的灵敏度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。图1是本专利技术实施例中可见光通信系统分集接收方法的基本流程示意图；图2是本专利技术实施例中可见光发送装置结构示意图；图3是本专利技术一个优选实施例中可见光通信系统分集接收方法流程示意图；图4是本专利技术实施例中可见光通信系统分集接收装置的基本结构示意图；图5是本专利技术一个优选实施例中可见光通信系统分集接收装置结构示意图；图6是本专利技术实施例中改变接收端光电探测器个数后得到的系统总增益vs.接收机数量曲线图(左)和误码率vs.接收机个数曲线图(右)。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例首先提出了一种可见光分集接收方法，参见图1，包括：步骤101：通过多个光电探测器分集接收可见光信号并转化为电信号。步骤102：通过A/D转换电路对分集接收的各路电信号进行A/D转换。步骤103：对经过A/D转换的信号各路信号利用如下公式进行滤波：式中N为非平稳数据的个数，2n+1为相邻平稳数据的区间，其取值依据采样时钟与数据速率的比值，选取[5,15]内的奇数，yk为动态测试数据，fk为平滑滤波数据，j的取值范围为[-n,n]；步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可见光的分集接收方法，其特征在于，包括：?通过多个光电探测器分集接收可见光信号并转化为电信号；?通过A/D转换电路对分集接收的各路电信号进行A/D转换；?对经过A/D转换的各路信号利用如下公式进行滤波：?式中N为收集到的非平稳数据的总个数，2n+1为相邻平稳数据的区间，其取值依据采样时钟与数据速率的比值，选取[5，15]内的奇数，yk为动态测试数据，fk为平滑滤波数据；?对经过滤波的各路信号进行合并；?对合并后的信号进行信号时钟恢复处理，并得到最终的数字信号与同步时钟。?FDA00003584891600011.jpg

【技术特征摘要】
1.一种可见光的分集接收方法，其特征在于，包括：通过多个光电探测器分集接收可见光信号并转化为电信号；通过A/D转换电路对分集接收的各路电信号进行A/D转换；对经过A/D转换的各路信号利用如下公式进行滤波：式中N为收集到的非平稳数据的总个数，2n+1为相邻平稳数据的区间，其取值依据采样时钟与数据速率的比值，选取[5,15]内的奇数，yk+j为动态测试数据，fk为平滑滤波数据，j的取值范围为[-n,n]；对经过滤波的各路信号进行合并；对合并后的信号进行信号时钟恢复处理，并得到最终的数字信号与同步时钟；其中，所述对经过滤波的各路信号进行合并，包括：对经过滤波的各路信号进行等增益合并，方法为：已知经可见光通信信道后，第k条信道接收信号的复包络为：其中，表示M条信道的衰减因子和相移，ak是泊松分布，表示发送的信号，所有信号具有相同的能量，表示第k条信道上的加性高斯白噪声，xk(t)为第k条信道接收到的信号，T为信号包络的起伏周期；则接收分集时，从接收端得到M个不同独立的信号，合并信号可以表达为：其中，ωk为加权系数，对于等增益合并，ωk系数归一化时不需要考虑每条支路上的信噪比，只需先将各分集支路信号进行同相处理，然后再合并叠加即可得到信号；或者，所述对经过滤波的各路信号进行合并，包括：对经过滤波的各路信号进行最大比合并或选择合并。2.根据权利要求1所述的一种可见光的分集接收方法，其特征在于，所述光电探测器的数量是4个。3.根据权利要求1或2中所述的一种可见光的分集接收方法，其特征在于，所述对合并后的信号进行信号时钟恢复处理包括：对合并后的信号进行CDR电路恢复处理或FPGA编程恢复处理。4.一种可见光的分集接收系统，其特征在于，包括：多个光电探测器，用于分集接收可见光信号并转化为电信号，分别输出至A/D转换电路；A/D转换电路，连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩大海，王绪峰，张民，焦璐，李青，张翔，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：