一種可見光通信中基于多色LED的OFDM傳輸方法技術

本發明專利技術公開了一種可見光通信中基于RGBA?LED的OFDM傳輸方法，包括以下步驟：發射端將兩路獨立的數據進行編碼，調制，映射，IFFT變換，并串轉換，添加循環前綴，以及信號分離后，產生四路獨立的非負實數信號，根據RGBA?LED的顏色配比，對四路信號進行進一步調整，最后在RGBA?LED中的四種顏色LED芯片上發送。接收端使用濾光片和光電二極管接收四路信號，在對四路信號分別移除循環前綴，信號調整，串并轉換后進行FFT變換，頻域均衡和信號合并，最后對合并的兩路信號進行相應的解調和解碼，恢復出原始信號。根據照明與通信的需求，對信號進行了分離和重新調整的操作以滿足RGBA?LED中每種顏色的功率配比，使RGBA?LED既能夠傳輸信息，又能滿足普通照明的需求。

【技術實現步驟摘要】
一種可見光通信中基于多色LED的OFDM傳輸方法
本專利技術涉及可見光通信領域，具體涉及一種可見光通信中基于多色LED的OFDM傳輸方法。
技術介紹
可見光通信(VLC)具有低成本，高功率效率，無頻譜限制，沒有電磁干擾，高數據速率，安全可靠的優勢，已越來越多的引起人們的關注，國際電力與電子工程師協會(IEEE)已經制定了相應的標準。VLC中最普遍的方案是強度調制-直接檢測(IM-DD)方案，一般利用發光二極管(LED)作為發射設備，利用光檢測器(PD)作為接收設備。OFDM技術因為其高頻譜效率，高傳輸速率而被普遍應用于數字電視，無線通信等系統中。近年來，OFDM已被引進到VLC通信系統中，直流偏置光OFDM(DCO-OFDM)和非對稱削波光OFDM(ACO-OFDM)是兩種常用的技術。兩者均利用共軛對稱的性質來保證產生實數的時域信號，不同的是DCO-OFDM利用添加直流偏置來保證信號的非負性，而ACO-OFDM僅使用奇數子載波來承載信息，經過IFFT變換后將負數部分削掉，這樣僅僅是將實際信號功率降低了一半。前者具有較好的頻譜效率，但卻犧牲了功率效率，后者利用頻譜效率換取功率效率的提升。最近，多色混合白光LED，如RGBA-LED，因其響應速度快，調制帶寬高而逐漸應用于VLC通信中。但是多色之間產生的串擾將影響多色VLC通信系統的性能。如何考慮照明和通信的雙重需求，成為了可見光通信領域的研究方向。
技術實現思路
專利技術目的：為了克服現有技術中存在的不足，本專利技術提供一種可見光通信中基于多色LED的OFDM傳輸方法，根據照明與通信的需求，對信號進行了分離和重新調整的操作以滿足RGBA-LED中每種顏色的功率配比，使RGBA-LED既能夠傳輸信息，又能滿足普通照明的需求。技術方案：為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為：一種可見光通信中基于多色LED的OFDM傳輸方法，其特征在于，包括發射端和接收端；同一時刻包括兩路傳輸信號；發射端包括如下步驟：1.1)對信號進行編碼調制，調制后的信號映射到N個子載波上；1.2)對每路信號進行IFFT變換，將并行信號轉換為串行信號；1.3)將每路實數信號分離產生四路非負信號，分別在四種顏色上傳輸；1.4)根據每種顏色功率配比要求調整信號，產生照明光；接收端包括如下步驟：2.1)對其中一種顏色，接收端根據發射端采用的調整信號對接收信號進行調整；2.2)在LOS信道中，將兩路從同一信號中分離出來的的信號進行比較；2.3)對步驟2.2)中經過比較的信號進行FFT變換和迫零均衡操作；2.4)將上述兩路分離出來的信號合并構成一路行的信號，進行調節和解碼，恢復出原始信號。步驟1.1)中，具體編碼調制后的每路信號根據共軛對稱的性質映射到N個子載波上，可表示為：X[0]＝X[N/2]＝0；其中：X[m]表示第m個頻域信號；(.)*表示共軛操作。步驟1.2)和1.3)中具體對每路信號進行IFFT變換，得到時域信號，然后進行并串轉換和添加循環前綴操作，接著將每路實數信號按照下式進行分離，產生四路非負信號，分別在四種顏色上傳輸：其中：xi和xj，i,j∈{R,G,B,A}分別表示從同一信號分離出的兩路非負信號；步驟1.4)中，根據RGBA中每種顏色的功率配比要求，對所述四路非負信號按照進行調整，使得RGBA-LED產生照明需要的光；其中，表示調整后的時域信號，αi和βi分別表示第i,i∈{R,G,B,A}個顏色的非負信號的放縮因子和直流偏置。當采用信號縮放的方案時，βi設為0；當采用添加直流偏置的方案時，則αi設為1；四種顏色的配比γR:γG:γB:γA等于每一路信號的光功率的比值，選擇比例最小的顏色作為基準來調整其他顏色信號的功率；基準配比記作γbm，其光功率為Pbm＝P，P為經過步驟1.2)之后的信號平均光功率。6、如權利要求5所述的一種可見光通信中基于多色LED的OFDM傳輸方法，其特征在于，步驟2.1)中，接收端根據發射端采用的信號調整方案對接收到的四種顏色信號進行相應的調整；若采用信號縮放的方案，則接收端對接收到的四種顏色信號調整如下：其中yi表示顏色i上的接收信號；若采用添加直流偏置的方案，則接收端對接收到的四種顏色信號調整如下：之后將調整后的信號移除循環前綴并進行串并轉換。步驟2.2)中，將兩路從同一信號中分離出來的的信號進行比較，得到如下結果：步驟2.4)中，兩路從同一路信號中分離出的均衡后的信號要重新合并組成一路信號：其中，是的頻域表達式；然后將合成后的信號進行解調和解碼操作。有益效果：1)在考慮到照明與通信的需求的前提下，先產生非負信號，然后根據RGBA-LED的顏色配比，調整各個顏色LED上的信號功率，從而產生照明所需的光；2)如附圖3，4所示，與傳統的光OFDM方案(ACO-OFDM)相比，本專利技術可達到相同帶寬效率。但是在直達徑信道和存在多色串擾的情況下，本專利技術的傳輸可靠性更高。3)可以充分的利用RGBA-LED的天然優勢，達到多路復用的效果，從而提高系統的傳輸速率。附圖說明圖1為本專利技術的發射端框圖圖2為本專利技術的接收端框圖圖3為本專利技術與傳統ACO-OFDM在理想LOS光信道中的誤比特率的仿真圖圖4和圖5為本專利技術與傳統ACO-OFDM在實際光信道中的誤比特率的仿真圖具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作更進一步的說明。如圖1所示為一種可見光通信中基于多色LED的OFDM傳輸方法，其特征在于，包括發射端和接收端；同一時刻包括兩路傳輸信號；OFMD為正交頻分復用技術(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)。如圖1所示，兩路獨立的信號經過編碼，調制，以及本專利技術的信號處理后，在RGBA-LED上進行傳輸，發射端具體包括如下步驟：1.1)對信號進行編碼調制，調制后的信號映射到N個子載波上；在VLC通信系統中，強度調制-直接檢測(IM-DD)方案是最普遍最簡單的一種應用方案。在該方案中，只有光的強度可以被調制。考慮到光的特性，只有非負信號可以被傳輸。所以在本專利技術中，要保證要發送的信號必須是非負信號。為實現這個目標，首先將編碼調制后的每路信號根據共軛對稱的性質映射到N個子載波上，可表示為：X[0]＝X[N/2]＝0其中，X[m]表示第m個頻域信號，(.)*表示共軛操作。1.2)對每路信號進行IFFT變換(離散傅里葉逆變換)，將并行信號轉換為串行信號：其中，k表示時域信號的索引。經過IFFT變換之后，所得到的時域信號x[k]均為實信號，在將以上實信號從并行轉換成串行(P/S)之后，根據下式添加循環前綴：x＝(x[N-v],...,x[N-1],x[0],x[1],x[2],...,x[N-1])其中，v表示循環前綴的長度。循環前綴作用在于抵抗由多徑信道造成的碼間干擾(ISI)，并簡化接收端的頻域均衡操作。為便于表述，接下來的公式中將省略索引m或k。1.3)將每路實數信號分離產生四路非負信號，分別在四種顏色上傳輸；步驟1.2)中實信號為雙極性的信號，在本專利技術中，將每路實數信號按照下式進行分離(以一路信號為例)，從而產生非負的實數信號：其中，xi和xj，i,j∈{R,G,B,A}分別表示從同一信號分離出的兩路非負信號。1.4)根據每種顏色功率配比要求調整本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可見光通信中基于多色LED的OFDM傳輸方法，其特征在于，包括發射端和接收端；同一時刻包括兩路傳輸信號；發射端包括如下步驟：1.1)對信號進行編碼調制，調制后的信號映射到N個子載波上；1.2)對每路信號進行IFFT變換，將并行信號轉換為串行信號；1.3)將每路實數信號分離產生四路非負信號，分別在四種顏色上傳輸；1.4)根據每種顏色功率配比要求調整信號，產生照明光；接收端包括如下步驟：2.1)對其中一種顏色，接收端根據發射端采用的調整信號對接收信號進行調整；2.2)在LOS信道中，將兩路從同一信號中分離出來的的信號進行比較；2.3)對步驟2.2)中經過比較的信號進行FFT變換和迫零均衡操作；2.4)將上述兩路分離出來的信號合并構成一路行的信號，進行調節和解碼，恢復出原始信號。

【技術特征摘要】
1.一種可見光通信中基于RGBA-LED的OFDM傳輸方法，其特征在于，包括發射端和接收端；同一時刻包括兩路傳輸信號；發射端包括如下步驟：1.1)對信號進行編碼調制，調制后的信號映射到N個子載波上；1.2)對每路信號進行IFFT變換，將并行信號轉換為串行信號；1.3)將每路實數信號分離產生兩路非負信號，兩路實數信號共分離出四路非負信號，分別在四種顏色上傳輸；1.4)根據每種顏色功率配比要求調整信號，產生照明光；接收端包括如下步驟：2.1)對其中一種顏色，接收端根據發射端采用的調整信號對接收信號進行調整；2.2)在LOS信道中，將兩路從同一信號中分離出來的信號進行比較；2.3)對步驟2.2)中經過比較的信號進行FFT變換和迫零均衡操作；2.4)將上述兩路分離出來的信號合并構成一路信號，進行調節和解碼，恢復出原始信號。2.如權利要求1所述的一種可見光通信中基于RGBA-LED的OFDM傳輸方法，其特征在于，步驟1.1)中，具體編碼調制后的每路信號根據共軛對稱的性質映射到N個子載波上，可表示為：X[0]＝X[N/2]＝0；其中：X[m]表示第m個頻域信號；(.)*表示共軛操作。3.如權利要求1所述的一種可見光通信中基于RGBA-LED的OFDM傳輸方法，其特征在于，步驟1.2)和1.3)中具體對每路信號進行IFFT變換，得到時域信號x，然后進行并串轉換和添加循環前綴操作，接著將每路實數信號按照下式進行分離，產生四路非負信號，分別在四種顏色上傳輸：xi和xj，分別表示從同一信號分離出的兩路非負信號,其中，i,j∈{R,G,B,A}。4.如權利要求1所述的一種可見光通信中基于RGBA-LED的O...

【專利技術屬性】
技術研發人員：許威，孔磊，張華，趙春明，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32