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基于副載波調(diào)制的可見光通信多址接入實現(xiàn)方法和系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:7798094閱讀:216來源:國知局
基于副載波調(diào)制的可見光通信多址接入實現(xiàn)方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于可見光通信【技術領域】,具體為一種基于副載波調(diào)制的可見光通信多址接入實現(xiàn)方法和系統(tǒng)。本發(fā)明主要是基于副載波調(diào)制技術和頻帶分割技術,利用高頻譜效率的多階編碼,通過優(yōu)化配置的帶寬分配方案,實現(xiàn)基于可見光通信的高速多址接入。本發(fā)明系統(tǒng)包括:發(fā)送端依次連接的高階編碼調(diào)制模塊、副載波調(diào)制模塊;接收端依次連接的光電探測器、數(shù)字帶通濾波器、信道估計模塊、解碼模塊。本發(fā)明可以在保證覆蓋范圍的條件下,實現(xiàn)整個頻譜資源全覆蓋,高頻譜利用率,各用戶帶寬獨享的高速可見光通信多址接入。
【專利說明】基于副載波調(diào)制的可見光通信多址接入實現(xiàn)方法和系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于可見光通信【技術領域】,具體涉及一種多用戶可見光通信多址接入實現(xiàn)方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著計算機、智能設備的迅速普及,使移動數(shù)字終端的范疇發(fā)生革命性的變化,對接入網(wǎng)的帶寬要求越來越高?,F(xiàn)今的接入技術雖然也在不斷的發(fā)展以適應眾多用戶的需求,但光纖到戶“最后一里路”的困境,無線接入網(wǎng)頻譜資源的緊張,光載無線波(RoF)技術的不成熟和電磁輻射都制約接入速率的進一步突破。因而需要開發(fā)一種新的拓寬頻譜資源、綠色節(jié)能、可移動的接入方式,可見光通信(VLC)技術應運而生。
[0003]可見光通信技術,是利用熒光燈或發(fā)光二極管等發(fā)出的肉眼看不到的高速明暗閃爍信號來傳輸信息的,將高速因特網(wǎng)的電線裝置連接在照明裝置上,插入電源插頭即可使用,其擁有眾多優(yōu)點,首先,由于白光對人眼的安全性,室內(nèi)白光LED燈的功率之和可以高達十瓦以上,這就使可見光通信具備了非常高的信噪比,為其高速通信打下了良好的基礎,非其他技術可比;其次,由于室內(nèi)表面對光的漫反射,即使在有遮擋的地方,也可以進行高速率的通信;第三,由于白光不可穿透墻壁,甚至窗簾,因此可見光通信具有高度的保密性;第四,由于白光和射頻信號不相互干擾,所以它可以應用在電磁敏感環(huán)境中,如機艙、醫(yī)院等;第五,由于頻譜無需授權即可使用,所以可見光通信應用靈活,可以單獨使用,也可以作為射頻無線設備的有效備份。
[0004]可見光通信技術技術真正有影響力的開創(chuàng)性研究開始于2000年日本Keio大學。之后,可見光通信技術越來越受到世界各國的重視??梢姽馔ㄐ诺募夹g發(fā)展現(xiàn)狀可以從三個方面來說明:首先是通信速率,其世界紀錄由德國的Heinrich Hertz研究所保持。在2010年春季的OFC會議上,他們報道了基于OOK (On-Off Keying)調(diào)制的230Mbits/s的實驗系統(tǒng)。同年7月,他們完成了基于正交頻分復用調(diào)制的513Mbits/s的實驗系統(tǒng)。其次是通信距離。由于可見光通信一般用于局域網(wǎng),所以通信距離一般從幾米到數(shù)十米,但是也有長距離通信的研究,一般用于交通信號燈和車輛之間的通信或燈塔等系統(tǒng)。這一記錄由日本于2008年10月創(chuàng)造,通信距離達2Km,通信速率為1024bits/s。最后是可見光網(wǎng)絡,2009年日本Keio大學實現(xiàn)了全雙工的100Mbits/s可見光局域網(wǎng),其下行采用可見光,上行采用850nm的紅外波段,其通信距離約為3米。
[0005]相對于日本以及歐美,我國可見光通信領域的研究起步較晚,主要研究機構有西安理工大學、浙江大學、暨南大學等。研究方向僅限于提高下行傳輸速率。為了提高傳輸性能,各種調(diào)制技術也引入到可見光通信系統(tǒng)中。
[0006]然而可見光通信的多址接入目前還沒有成熟的解決方案,一般一個信道只容納一個用戶進行通話,許多同時通話的用戶,互相以信道來區(qū)分,如何高效的支持多用戶通信,這就需要用到多址接入技術,它關系到系統(tǒng)容量、結構、頻譜和信道利用效率以及系統(tǒng)復雜性。一般來講在無線通信中有三種不同的接入手段,當以傳輸信號的載波頻率不同來區(qū)分信道建立多址接入時,稱為頻分多址方式(FDMA);當以傳輸信號存在的時間不同來區(qū)分信道建立多址接入時,稱為時分多址方式(TDMA);當以傳輸信號的碼型不同來區(qū)分信道建立多址接入時,稱為碼分多址方式(CDMA)。由于可見光通信系統(tǒng)屬于光通信范疇,其特有的高帶寬特性使得頻分多址方式具有很大的優(yōu)勢,將傳輸帶寬劃分成正交的子載波集,通過將不同的子載波集分配給不同的用戶,可用帶寬資源可靈活的在不同終端之間共享,從而避免了不同用戶間的多址干擾,可以通過只將具有高信躁比的子載波分配給每個用戶來實現(xiàn)。分配給這多個用戶的子載波集中,子載波之間具有最大的不相關性,可以抑制多址干擾,而且信令的開銷最小。
[0007]目前一些通用的可見光通信系統(tǒng)的調(diào)制方式還是直接調(diào)制,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),上述技術至少存在如下缺點:
現(xiàn)今的可見光系統(tǒng)直接調(diào)制方式不能有效的利用可見光系統(tǒng)中的頻帶資源,不能實現(xiàn)多個用戶之間的有效的帶寬分配,因而在高速可見光通信多址接入系統(tǒng)中的應用受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提出一種可見光通信中多用戶通信實現(xiàn)方法和系統(tǒng),以實現(xiàn)有效的用戶帶寬分配和高速的多用戶接入。
[0009]本發(fā)明提出的基于副載波調(diào)制技術的可見光通信多址接入實現(xiàn)方法,具體步驟如下:
(O首先,對各用戶的信號進行多階編碼調(diào)制,以提高傳輸?shù)谋忍芈剩?br> (2)然后,采用副載波調(diào)制技術,進行復數(shù)信號的調(diào)制,并且對用戶傳輸頻帶進行劃分;通過設定不同副載波的中心頻率,將用戶信號調(diào)制到不同的子信號頻帶上;根據(jù)接入網(wǎng)用戶端數(shù)目,設定不同數(shù)目的副載波,實現(xiàn)多用戶分配;
(3)在接收端,根據(jù)不同用戶,設定中心頻率不同的濾波器進行信號接收,實現(xiàn)高速可見光通信多址接入;
(4)最后,對信號進行信道估計和多階編碼的解調(diào),實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的恢復。
[0010]基于上述方法的可見光通信多址接入系統(tǒng),如圖2所示,系統(tǒng)包括:發(fā)送端依次連接的高階編碼調(diào)制模塊、副載波調(diào)制模塊;接收端依次連接的光電探測器、數(shù)字帶通濾波器、信道估計模塊、解碼模塊;
各用戶的信號首先送入高階編碼調(diào)制模塊(編碼模塊),進行多階編碼,以提高傳輸?shù)谋忍芈?,然后進行1、Q兩路信號的分離;接下來信號進入副載波調(diào)制模塊。
[0011]所述副載波調(diào)制模塊中,采用副載波調(diào)制技術,具體是將信號和對應的副載波相乘,進行負載波調(diào)制。通過設定不同副載波的中心頻率,將用戶信號調(diào)制不同的子信號頻帶上;根據(jù)接入網(wǎng)用戶端數(shù)目,設定不同數(shù)目的副載波,實現(xiàn)多用戶分配;最后將副載波調(diào)制信號加載到LED上發(fā)射出去。
[0012]本發(fā)明中,高速可見光通信多址接入系統(tǒng)發(fā)射機可以由多個用戶信號一起驅動單個LED發(fā)光實現(xiàn),也可以各用戶信號分別驅動LED陣列的一路發(fā)光實現(xiàn)。由于各用戶信號在頻帶上是分離的,所以兩種驅動LED發(fā)光的方式均可實現(xiàn)多址接入的LED發(fā)射機。
[0013]在系統(tǒng)接收端,LED發(fā)射的光信號由光電探測器進行接收;然后將信號被送入接數(shù)字帶通濾波器中,進行信號解調(diào)。對于每個用戶端,只需要將數(shù)字帶通濾波器的中心頻率設定在與發(fā)射端副載波相同的頻率,就可以實現(xiàn)不同副載波調(diào)制信號的解調(diào),也就是實現(xiàn)頻譜搬移。
[0014]經(jīng)副載波解調(diào)后的信號,送入信道估計模塊;在信道估計模塊中,信道均衡方案是采用訓練序列的迫零算法,直接對信道進行頻域的估計,再利用其逆矩陣進行信道補償。
[0015]最后,將信道均衡后的數(shù)據(jù)信號送入解碼模塊,進行多階信號解碼,恢復出原始的數(shù)據(jù)流。
[0016]本發(fā)明利用副載波調(diào)制技術,具有以下的優(yōu)越性:
(I)利用副載波調(diào)制技術,可以方便進行系統(tǒng)的頻帶劃分,實現(xiàn)多用戶系統(tǒng)的帶寬分配,從而實現(xiàn)高速多用戶接入。
[0017](2)該副載波調(diào)制技術適用于多種高階編碼調(diào)制技術,如正交幅度調(diào)制,正交頻分復用調(diào)制,從而可以增大頻譜的利用率,提高了單用戶的接入速率。
[0018](3)由于副載波調(diào)制技術的使用,可以保證在子載波頻率間隔一定的情況下,降低系統(tǒng)地PAPR。
[0019]本發(fā)明適用于可見光通信領域,可用于解決可見光通信中多用戶接入的問題,最大限度利用系統(tǒng)的有效帶寬資源,實現(xiàn)穩(wěn)定可靠、高譜效率、高速的多用戶可見光通信接入。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1基于副載波調(diào)制的可見光通信多址接入系統(tǒng)示意圖。
[0021]圖2基于副載波調(diào)制的可見光通信多址接入編碼調(diào)制與接收流程圖。
[0022]圖3基于副載波調(diào)制的帶寬、時隙和調(diào)制格式階數(shù)的分配圖。
[0023]圖4基于副載波調(diào)制模擬多用戶通信的正交頻分復用調(diào)制的可見光通信系統(tǒng)結構圖。
[0024]圖5接收到的OFDM信號電頻譜圖。其中,(a)是第一個和第二個副載波組合,(b)是第一個和第三個副載波組合,(C)是第二個和第三個副載波組合。
[0025]圖6不同用戶接收信號的誤碼率圖。其中,(a)模擬用戶一和用戶二傳輸情況,(b)模擬用戶一和用戶三傳輸情況,(C)模擬用戶二和用戶三傳輸情況。
[0026]圖中標號:1_高階編碼調(diào)制模塊,2-副載波調(diào)制模塊,3-白光發(fā)光二極管,4-白光探測接收器,5-基于副載波調(diào)制的多用戶信號頻譜圖。
【具體實施方式】
[0027]下面將根據(jù)本發(fā)明提出的基于副載波調(diào)制的多用戶可見光通信多址接入實現(xiàn)方法,完整的描述副載波編碼調(diào)制方案和頻帶分配實施過程。同時為了體現(xiàn)本方案的效果,將給出實際的多用戶多址接入實驗結果。
[0028]本發(fā)明提出的副載波調(diào)制方案描述如下。
[0029]各用戶的信號首先進行多階編碼,以提高傳輸?shù)谋忍芈省TO一般可見光通信傳輸?shù)幕鶐盘柋硎救缦?
【權利要求】
1.一種基于副載波調(diào)制的可見光通信多址接入實現(xiàn)方法,其特征在于具體步驟如下: (1)首先,對各用戶的信號進行多階編碼調(diào)制,以提高傳輸?shù)谋忍芈剩? (2)然后,采用副載波調(diào)制技術,進行復數(shù)信號的調(diào)制,并且對用戶傳輸頻帶進行劃分;通過設定不同副載波的中心頻率,將用戶信號調(diào)制到不同的子信號頻帶上;根據(jù)接入網(wǎng)用戶端數(shù)目,設定不同數(shù)目的副載波,實現(xiàn)多用戶分配; (3)在接收端,根據(jù)不同用戶,設定中心頻率不同的濾波器進行信號接收,實現(xiàn)高速可見光通信多址接入; (4)最后,對信號進行信道估計和多階編碼的解調(diào),實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的恢復。
2.一種基于權利要求1所述方法的可見光通信多址接入實現(xiàn)系統(tǒng),其特征在于包括:發(fā)送端依次連接的高階編碼調(diào)制模塊、副載波調(diào)制模塊;接收端依次連接的光電探測器、數(shù)字帶通濾波器、信道估計模塊、解碼模塊; 各用戶的信號首先送入高階編碼調(diào)制模塊,進行多階編碼,以提高傳輸?shù)谋忍芈?,然后進行1、Q兩路信號的分離;接下來信號進入副載波調(diào)制模塊;在副載波調(diào)制模塊中,采用副載波調(diào)制技術,即將信號和對應的副載波相乘,進行負載波調(diào)制,其中通過設定不同副載波的中心頻率,將用戶信號調(diào)制到不同的子信號頻帶上;根據(jù)接入網(wǎng)用戶端數(shù)目,設定不同數(shù)目的副載波,實現(xiàn)多用戶分配;最后將副載波調(diào)制信號加載到LED上發(fā)射出去; 在系統(tǒng)接收端,LED發(fā)射的光信號由光電探測器進行接收;然后將信號被送入數(shù)字帶通濾波器中,進行信號解調(diào),對于每個用戶端,將數(shù)字帶通濾波器的中心頻率設定在與發(fā)射端副載波相同的頻率,以實現(xiàn)不同副載波調(diào)制信號的解調(diào),也就是實現(xiàn)頻譜搬移; 經(jīng)副載波解調(diào)后的信號,送入信道估計模塊;在信道估計模塊中,信道均衡方案是采用訓練序列的迫零算法,直接對信道進行頻域的估計,再利用其逆矩陣進行信道補償; 最后,將信道均衡后的數(shù)據(jù)信號送入解碼模塊,進行多階信號解碼,恢復出原始的數(shù)據(jù)流。
【文檔編號】H04B10/116GK103929247SQ201410075682
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權日:2014年3月4日
【發(fā)明者】遲楠, 王源泉 申請人:復旦大學
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