[发明专利]一种LED阵列可见光通信系统及其通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及可见光通信的技术领域，尤其涉及一种基于DFT-S OFDM的LED阵列可见光通信系统及其方法。

背景技术

近年来，可见光通信已经成为无线通信中的热门领域。与传统无线电通信相比，可见光通信是一种比无线电波更加绿色健康的通信方式，同时它还具有更加丰富的频谱资源、更高的保密性以及无需许可证等优势。

室内可见光通信研究致力于将高速无线数据传输与普通室内照明相结合。为了提供足够的光照强度，现有室内LED照明光源多数都由多个LED芯片组成。通过独立调制和驱动一个光源上的各个LED芯片，可以在发射端形成一个LED阵列系统，同时传输不同的数据流。

为了提高可见光通信系统的传输速率，正交频分复用技术（英文简称OFDM）已经被引入到可见光通信中。除了频谱利用率极高且能有效对抗码间干扰之外，可见光OFDM系统有其区别于普通OFDM的独特性质。由于可见光通信通常采取强度调制和直接检测的方法，可见光OFDM基带信号必须满足正实数性质的要求。现有的可见光OFDM方案主要有直流偏置光OFDM（英文简称DCO-OFDM）和非对称光OFDM（英文简称ACO-OFDM），前者易于实现且具有更高的频谱利用率，然而因为需要在信号上叠加直流偏置电压而降低了有效功率利用率。

星座图可以看成数字信号的一个“二维眼图”阵列，同时符号在图中所处的位置具有合理的限制或判决边界。代表各接收符号的点在图中越接近，信号质量就越高。由于屏幕上的图形对应着幅度和相位，阵列的形状可用来分析和确定系统或信道的许多缺陷和畸变，并帮助查找其原因。在数字调制中，我们可以通过星座图来观察相位的变化、噪声干扰、各矢量点之间的相位转移轨迹等状况，通过星座图，我们可以很容易地看出各矢量调制的频谱利用率情况，应该说，改变基带信号的相位转移轨迹也就改变了调制信号的频谱特性。

高峰均功率比（英文简称PAPR）是OFDM系统的主要弊端之一。在DCO-OFDM系统中，过高的峰均比不但会引起信号在经过功率放大器时出现非线性失真，还会导致需要叠加的直流偏置电压过大而大大降低有效功率利用率。因此峰均比抑制在可见光通信系统中显得尤为重要。在传统无线电通信中，人们已经提出了限幅、压缩扩展、选择性映射法以及部分序列传输法等抑制峰均比的方法，然而它们大都以牺牲系统误比特率（英文简称BER）性能或大大增加计算复杂度为代价。

离散傅里叶扩展OFDM（以下简称DFT-S OFDM）是一种性能突出的峰均比抑制技术，已经被应用于LTE上行链路方案。DFT-S OFDM在OFDM调制前进行FFT操作将符号扩散到频域中，并不影响到OFDM信号的正交性。通过将快速傅立叶变换（以下简称FFT）操作后的符号按一定分配方式排列在OFDM频域子载波上，可以使得快速傅立叶逆变换（以下简称IFFT）变换后的部分OFDM时域信号呈现单载波信号性质，从而降低了峰均比。然而由于可见光信道对基带信号具有实数性的要求，传统的DFT-S结构已经不适用于可见光通信中，需要改进系统结构使得DFT-S OFDM信号既满足实数性质要求，又能够达到显著的峰均比抑制效果，同时还不会影响到系统传输速率等性能指标。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于DFT-S OFDM的LED阵列可见光通信系统及其方法，有效地保证可见光基带信号正实数的特性，能够显著地降低可见光系统峰均比，并在不损失任何系统传输速率的前提下获得BER性能增益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种LED阵列可见光通信系统，包括发射端和接收端；

发射端包括DFT-S-OFMA调制器和至少一个LED驱动模块，所述DFT-S-OFMA调制器用于对输入数据进行DFT-S-OFMA调制，并生成电信号发送给LED驱动模块；所述LED驱动模块用于将接收到的电信号转换为光信号。

接收端包括PIN接收机和DFT-S-OFMA解调器，所述PIN接收机用于接收发射端发送的光信号，并转换为电信号发送给DFT-S-OFMA解调器；所述DFT-S-OFMA解调器用于对接收到的电信号进行DFT-S-OFMA解调。