[发明专利]基于OFDM调制编码和分频接收的可见光通信系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及可见光通信领域，特别是涉及一种基于OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）调制编码和分频接收的可见光通信系统及方法。

背景技术

随着LED（Light Emitting Diode，发光二极管）技术的不断发展，使得白光LED具有驱动电压低、功耗低、使用寿命长等优点，成为了一种绿色的照明器件，被视为下一代节能环保型照明设备。由于白光LED具有很高的响应灵敏度，因此可以被用于进行高速的数据通信。VLC（Visible Light Communications，可见光通信）就是在白光LED技术的基础上发展起来的新型的无线光通信技术。总体上来说，LED可分为单芯片型和多芯片型两种类型。多芯片型LED是一种同时驱动RGB（Red、Green、Blue，红、绿、蓝）三基色三个芯片发光并混色以产生白光的LED，而单芯片型LED一种是利用蓝光作为激励光源，激发荧光体产生黄光，产生的黄光同蓝光混色以产生白光的LED。由于三芯片型的LED驱动电路复杂，芯片成本较高，因此多用于显示技术之中。而单芯片的LED驱动简单，成本低廉，因此多用于照明技术之中。因此基于照明技术的可见光通信技术中也多采用单芯片的LED作为光源。

由于单芯片产生黄光是由蓝光激发荧光粉产生，而由于荧光粉的迟滞效应，使得最后输出的白光带宽受到了极大的限制。在可见光通信技术中通常采用蓝光滤波的方法来解决这个问题，单纯的蓝光带宽不受荧光粉迟滞效应的影响，通常为5-6倍的激发黄光的带宽。然而由于滤除的黄光，通常占据白光能量的80-90%，使得接收到的大部分光信号能量未得到有效的利用，信号的信噪比和传输距离受到了较大的限制，从而影响实际系统的性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于OFDM调制编码和分频接收的可见光通信系统及方法，使得调制的电信号和光信号能量合理分布在接收信号的各个频段当中，使接收到的信号在保持高带宽的条件下能量得到有效利用，进而提高接收信号的功率以增加系统的信噪比，最终提升系统的性能。

本发明提供一种基于OFDM调制编码和分频接收的可见光通信系统，包括发送端和接收端，发送端包括依次连接的第一数字信号处理器、数模转换器、LED驱动电路和单芯片LED，接收端包括凸透镜、二向分束器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一模数转换器、第二模数转换器和第二数字信号处理器，凸透镜通过空间光路与二向分束器相连，二向分束器通过空间光路分别与第一光电探测器、第二光电探测器相连，第一光电探测器通过第一模数转换器与第二数字信号处理器相连，第二光电探测器通过第二模数转换器与第二数字信号处理器相连；

在发送端，第一数字信号处理器对传输数据进行特定的OFDM编码：可见光包括蓝光和黄光，假设黄光可用带宽的截止频率为f1，蓝光可用带宽的截止频率为f2，单位为赫兹，将单芯片LED可使用的频段分为低频段和高频段：低频段为0-f1，高频段为f1-f2，单位为赫兹，将原始数据分为两路信号，采用相同的采样率分别对两路信号进行独立的OFDM编码，该采样率的数值与f2的数值相同，单位为采样点/秒，并且每个符号也包含同样多的子载波个数N，N为2的正整数次幂，使得这两路独立信号仍然保持正交性，不同在于：一路信号OFDM编码仅填充低频段部分，而另一路信号OFDM编码仅填充高频段部分；第一数字信号处理器完成OFDM编码后，在保证低频段信号调制深度的条件下，调整低频段和高频段两个频段上OFDM可见光信号的功率谱大小，使高频段功率谱大于低频段功率谱，第一数字信号处理器完成能量分配后，将两段独立的信号叠加后输出，第一数字信号处理器输出的数字信号经过数模转换器变成模拟的电信号，数模转换器的采样率的数值与f2的数值相同，单位为采样点/秒，该模拟信号经LED驱动电路放大后直接输出给单芯片LED进行调制，单芯片LED产生携带调制信号的信息的光信号：单芯片LED中含有荧光粉，单芯片LED对两段独立的模拟的电信号同时进行光电转换，直接输出蓝光信号，一部分蓝光信号入射到单芯片LED的荧光粉中，该部分蓝光信号变成黄光信号，荧光粉滤除黄光信号中的高频部分，仅保留黄光信号中的低频部分，另一部分蓝光信号与该黄光信号合成白光信号，单芯片LED将白光信号发送出去，进行可见光信号的传输；