[发明专利]支持颜色调整及CSK星座图检测的OFDM系统

说明书

本发明提供了一种支持颜色调整及CSK星座图检测的OFDM系统，其有益效果是：1)改进现有的PM‑CCSK‑OFDM方案，通过在发送端对经过OOFDM调制后的信号进行颜色调整，可修正因OOFDM调制过程而产生的光信号颜色偏移，确保呈现用户所需的灯光颜色；2)在CSK‑OFDM系统的STO以及噪声方差未知的情况下，实现对未知参数的估计，并准确识别出发送CSK星座图的种类，并基于识别的星座图完成符号解调。因此，本发明提供的方法能够适用于多目标颜色变化的场景。

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，更具体地，涉及一种支持颜色调整及CSK星座图检测的OFDM系统。

背景技术

近年来，可见光通信(Visible Light Communication，VLC)由于其具有有效拓宽频谱资源、绿色节能、保密性高等众多优点而得到了广泛研究[1]。在VLC系统中，颜色键控(Color Shift Keying，CSK)是常用的一种调制技术。基于CSK调制方式的VLC系统具有较高的调制带宽，进而可以实现高速信号传输[2][3]。

现有的关于CSK的研究一般从两方面进行开展。

一方面，从对CSK调制方案的优化设计的角度，既可利用球形算法[4]和内点法[5]，在颜色平衡的约束下对CSK星座图进行优化设计；也可采用基于四色灯(QuadLED，QLED)[6]的CSK调制方案，提升系统传输的可靠性。

另一方面，可以考虑将CSK与其他调制方式进行结合设计。例如，可结合脉冲位置调制(Pulse Position Modulation，PPM)进行设计，形成更为高效的调制方案[7][8]。此外，还可利用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)有效对抗符号间干扰(Inter Symbol Interference，ISI)的特点，采用极性调制(PolarityModulation，PM)复数CSK-OFDM混合方案(PM-CCSK-OFDM)[9]，以实现高传输速率。然而，在目前的PM-CCSK-OFDM方案中，经过OFDM调制之后的信号会产生颜色偏移，即利用现有的PM-CCSK-OFDM方案得到的颜色与用户所需求的颜色必然会存在差别。进一步地，在多目标颜色变化的场景下，例如文体娱乐相关的晚会活动、舞美设计等场景，用户所需的目标颜色在不断变化，这意味着发射机的星座图将需要进行相应的变换，而PM-CCSK-OFDM方案并不能自动检测并识别出星座图种类的变化并调整接收机的解调方式，因此必然导致系统性能的大幅下降。在这种多目标颜色的情况下，现有方案需要消耗额外的比特信息来指示所选用的CSK星座图类型。

针对现有PM-CCSK-OFDM方案的上述不足，本发明提出了一种同时支持颜色调整及CSK星座图检测的OFDM系统。该系统具有以下特点：

其一，在发送端根据用户选择的星座图类型，对经过光OFDM(Optical OFDM，OOFDM)调制后的信号进行颜色调整；

其二，针对多目标颜色变化的场景，引入自动调制识别(Automatic ModulationRecognition，AMR)技术，以使得实现接收端能够在用户更换不同目标颜色CSK星座图的情况下自动识别星座图种类。

对于上述第二点，AMR算法一般分为基于似然函数[10]以及基于特征提取[11]的算法。对于基于特征提取的AMR算法，识别性能常常取决于对接收信号特征的提取方法。根据信号提取的特征，常采用神经网络(Neural Network，NN)或者支持向量机(SupportVector Machine，SVM)作为分类器以实现对调制模式的准确识别。本发明在PM-CCSK-OFDM方案的基础上引入基于似然函数的最大期望(Expectation Maximization，EM)算法的AMR技术，并在系统STO以及接收机噪声方差未知的情况下，来对不同目标颜色的CSK星座图进行识别，从而保证接收端在多目标颜色变化的场景中能够正常解调出信息。

发明内容