一種可見光通信方法技術

本發明專利技術公開了一種可見光通信方法，包括：發送端，對數據流進行基于空間分集編碼的OFDM編碼；并通過單個LED光源對OFDM編碼進行調制得到可見光信號，并進行發送；接收端，單個光電二極管將接收的可見光信號轉換為模擬電信號，將模擬電信號轉換為數字信號后，通過OFDM數據符號解調得到OFDM數據符號，對基于空間分集編碼的OFDM數據符號進行解調，恢復出原數據流。本發明專利技術充分利用信號空間分集編碼的技術特點，將發送信號實部和虛部分別進行編碼，使之獨立，在多徑干擾的環境中，實現僅使用單個接收器進行接收就形成分集效應，有效提高了信號在頻率選擇性衰落信道中傳輸能力，提升了可見光通信系統的適應性，整體提高系統性能。

A visible light communication method

The invention discloses a visible light communication method, including: sending end, OFDM encoding encoding based on spatial diversity of data stream; and the OFDM encoding modulation by visible light signals through a single LED light source, and transmit; the receiving end, single photodiode receives the visible light signal is converted to analog signals, the analog signal is converted to digital signal, OFDM data symbols by OFDM data symbol demodulation, demodulation of OFDM data symbol encoding based on spatial diversity, to recover the original data stream. The invention makes full use of the technical characteristics of signal space diversity encoding, sending the signal of real and imaginary parts were the independent encoding, in multipath environment, realize the formation of diversity reception using only a single receiver, effectively improve the transmission capability of signal fading in frequency selective channel, enhance the visible light the whole communication system adaptability, improve system performance.

【技術實現步驟摘要】
一種可見光通信方法
本專利技術涉及可見光通信系統，具體涉及一種可見光通信方法。
技術介紹
可見光通信(VLC)是在白光LED技術上發展起來的新型的無線光通信技術。可見光通信具有保密性強，無電磁干擾，無需頻譜認證等優點，其在無線光局域網、水下通信、室內導航、信息廣播等多個領域有著廣泛的應用。然而由于可見光通信技術的特點，其本身還存在許多不足之處，如有限的調制帶寬、光背景噪聲、多徑干擾等，特別是采用多個光源照明時而帶來的多徑干擾，在實際的可見光通信系統中，多徑干擾引起的頻率選擇性衰落會嚴重影響接收信號的質量，并且劣化系統性能。目前，為了解決可見光通信中多徑干擾的問題，已經提出了很多方案，其中大多方案都是基于多輸入多輸出(MIMO)系統結構提出的，而該結構不但增加了系統發送端和接收端的復雜度(如需調整發送端和接收端的對準角度，增加同樣發送和接收單元的數量等)，還消耗了系統帶寬，使可見光技術在實際中的應用受到了局限。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是現有解決可見光通信中多徑干擾的方案大多基于多輸入多輸出系統結構提出，致使系統發送端和接收端的復雜度增加，消耗系統寬帶，使可見光技術在實際中的應用受到了局限。為了解決上述技術問題，本專利技術所采用的技術方案是提供一種可見光通信方法，包括以下步驟：步驟S10、在發送端，對要發送的數據流進行基于空間分集編碼的OFDM編碼；并通過單個LED光源對OFDM編碼進行調制得到可見光信號，并進行發送；步驟S20、在接收端，單個光電二極管將接收的可見光信號轉換為模擬電信號，將模擬電信號轉換為數字信號后，通過OFDM數據符號解調得到OFDM數據符號，對基于空間分集編碼的OFDM數據符號進行解調，恢復出原始的數據流。在上述方法中，對要發送的數據流進行基于空間分集編碼的OFDM編碼，具體包括以下步驟：步驟S11、對需要傳輸的原始隨機數據流進行星座圖映射編碼，輸出QAM星座圖信號，并將QAM星座圖信號按照OFDM信號編碼的要求形成多個數據符號；步驟S12、對每個數據符號內的QAM星座圖信號進行星座圖旋轉；步驟S13、對已星座圖旋轉的QAM星座圖信號的實部和虛部進行分離，并在各個數據符號內對所屬QAM星座圖信號的實部和虛部進行交織編碼；步驟S14、對完成交織編碼后的數據符號進行常規的OFDM編碼，并添加循環前綴，形成OFDM數據符號，將若干添加循環前綴的OFDM數據符號組成OFDM數據幀輸出。在上述方法中，所述每個數據符號由n個QAM星座圖信號構成，n取正整數。在上述方法中，星座圖旋轉的角度由星座圖映射方式及信道決定，星座圖旋轉后QAM星座圖信號Xout為：Xout＝Xin·efθ；其中，Xin為旋轉前的QAM星座圖信號；θ為星座圖旋轉的角度；j為虛數單位。在上述方法中，不同調制格式的星座圖旋轉的角度為：當調制格式為QPSK時，星座圖旋轉的角度θ設為29°；當調制格式為QAM-16時，星座圖旋轉的角度θ設為16.8°；當調制格式為QAM-64時，星座圖旋轉的角度θ設為8.6°。在上述方法中，步驟S13具體包括以下步驟：步驟S131、對各個數據符號內已進行星座圖旋轉的QAM星座圖信號進行實部和虛部分離；步驟S132、在長度為n的數據符號內分別對所有實部和虛部數據按照偽隨機順序進行重新排布，實現在數據符號內每個QAM星座圖信號實部和虛部的交織；步驟S133、根據各個數據符號交織后的實部和虛部重新組合成新的數據符號。在上述方法中，步驟S20具體包括以下步驟：步驟S21、將可見光信號進行光電轉換，得到模擬電信號；步驟S22、將模擬電信號轉換為OFDM數據符號形式的數字信號；步驟S23、對數字信號進行OFDM數據符號解調得到OFDM數據符號，再將OFDM數據符號進行常規的OFDM解碼，得到交織后的數據符號；步驟S24、對每個數據符號內的QAM星座圖信號進行解交織；步驟S25、將各個數據符號內恢復排列順序的QAM星座圖信號進行星座圖旋轉，旋轉角度與步驟S12相同，旋轉方向相反；步驟S26、對恢復得到的原始的QAM星座圖信號按照步驟S11中的星座圖映射關系恢復出原始的數據流。在上述方法中，對每個數據符號內的QAM星座圖信號進行解交織，具體包括以下步驟：步驟S241、將各個數據符號的QAM星座圖信號進行實部和虛部分離；步驟S242、在對應數據符號內，根據發送端偽隨機排序的規則，分別對QAM星座圖信號實部和虛部恢復原始排列順序；步驟S243、將恢復原始排列順序的實部和虛部信號重新組合，恢復出對應原始數據符號內的QAM星座圖信號排列順序。本專利技術充分利用了信號空間分集編碼的技術特點，將發送信號的實部和虛部分別進行編碼，并使之獨立，在多徑干擾的環境中，實現僅使用單個接收器進行接收即可以形成分集效應，有效的提高了信號在頻率選擇性衰落信道中傳輸能力，提升了可見光系統的實用性，從而在整體上提高系統性能。附圖說明圖1為采用本專利技術的可見光通信系統的發送端系統結構示意圖；圖2為采用本專利技術的可見光通信系統的接收端系統結構示意圖。具體實施方式本專利技術在整個系統在保持原有的系統復雜度及帶寬消耗的基礎上，在多徑干擾的環境中，通過空間分集技術提升了可見光通信系統性能及其穩定性；這種僅通過編碼獲得空間分集增益，從而提升了整個系統性能的方式，既不增加系統開銷也不影響其抗噪聲能力，有效的增強了可見光通信技術在實際環境中的適應性。下面結合說明書附圖和具體實施例對本專利技術做出詳細的說明。本專利技術提供的一種基于信號空間分集編碼的可見光通信方法，包括以下步驟：步驟S10、在發送端，對要發送的數據進行基于空間分集編碼的OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交頻分復用)編碼；且不改變原有的發送端系統結構，僅使用單個LED光源對OFDM編碼進行調制得到OFDM調制信號，并進行發送。基于空間分集編碼的OFDM調制信號，其實部和虛部將形成兩路獨立的信號，即通過實部或者虛部都能對原始發送數據的信號進行恢復，并且對于信道衰落，實部和虛部具有不同的衰落特性，從而可獲得信號空間分集增益；在多徑干擾形成的頻率選擇性衰落信道，基于空間分集編碼的OFDM調制信號即使遭受到了深衰落也能利用實部和虛部的獨立性，通過實部或虛部未受到衰減部分對與之對應的虛部或實部受到衰減部分互補，獲得信號空間分集增益，從而恢復出相對完整的原始數據信號，提升可見光通信系統的信號傳輸質量。圖1為采用本專利技術的可見光通信系統的發送端系統結構示意圖，下面結合圖1對步驟S10進行詳細說明。首先通過第一數字信號處理器105對要發送的數據進行基于空間分集編碼的OFDM編碼，具體包括以下步驟：步驟S11、星座圖映射模塊101對需要傳輸的原始隨機數據流進行星座圖映射編碼輸出QAM星座圖信號，并將QAM星座圖信號按照OFDM信號編碼的要求生成多個數據符號，每個數據符號含有n(若干)點QAM星座圖信號；步驟S12、第一星座圖旋轉模塊102對每個數據符號內的QAM星座圖信號進行星座圖旋轉，星座圖旋轉的角度由星座圖映射方式及信道決定，星座圖旋轉后星座圖旋轉模塊102的輸出信號Xout為：Xout＝Xin·ejθ；其中，Xin為星座圖旋轉模塊102的輸入信號，θ為星座圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可見光通信方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S10、在發送端，對要發送的數據流進行基于空間分集編碼的OFDM編碼；并通過單個LED光源對OFDM編碼進行調制得到可見光信號，并進行發送；步驟S20、在接收端，單個光電二極管將接收的可見光信號轉換為模擬電信號，將模擬電信號轉換為數字信號后，通過OFDM數據符號解調得到OFDM數據符號，對基于空間分集編碼的OFDM數據符號進行解調，恢復出原始的數據流。

【技術特征摘要】
1.一種可見光通信方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S10、在發送端，對要發送的數據流進行基于空間分集編碼的OFDM編碼；并通過單個LED光源對OFDM編碼進行調制得到可見光信號，并進行發送；步驟S20、在接收端，單個光電二極管將接收的可見光信號轉換為模擬電信號，將模擬電信號轉換為數字信號后，通過OFDM數據符號解調得到OFDM數據符號，對基于空間分集編碼的OFDM數據符號進行解調，恢復出原始的數據流。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，對要發送的數據流進行基于空間分集編碼的OFDM編碼，具體包括以下步驟：步驟S11、對需要傳輸的原始隨機數據流進行星座圖映射編碼，輸出QAM星座圖信號，并將QAM星座圖信號按照OFDM信號編碼的要求形成多個數據符號；步驟S12、對每個數據符號內的QAM星座圖信號進行星座圖旋轉；步驟S13、對已星座圖旋轉的QAM星座圖信號的實部和虛部進行分離，并在各個數據符號內對所屬QAM星座圖信號的實部和虛部進行交織編碼；步驟S14、對完成交織編碼后的數據符號進行常規的OFDM編碼，并添加循環前綴，形成OFDM數據符號，將若干添加循環前綴的OFDM數據符號組成OFDM數據幀輸出。3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述每個數據符號由n個QAM星座圖信號構成，n取正整數。4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，星座圖旋轉的角度由星座圖映射方式及信道決定，星座圖旋轉后QAM星座圖信號Xout為：Xout＝Xin·efθ；其中，Xin為旋轉前的QAM星座圖信號；θ為星座圖旋轉的角度；j為虛數單位。5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，不同調制格式的星座圖旋轉的角度為：當調制格式為QPSK時，星座圖旋轉的角度θ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊超，
申請(專利權)人：武漢郵電科學研究院，
類型：發明
國別省市：湖北,42