[發明專利]基于OFDM調制編碼和分頻接收的可見光通信系統及方法

有效

• 申請號: 201310343233.7
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN103414514A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 楊超;楊奇;楊鑄
• 申請（專利權）人: 武漢郵電科學研究院
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04L27/26
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務所(普通合伙) 11221
• 代理人: 魏殿紳;龐炳良

技術領域

本發明涉及可見光通信領域，特別是涉及一種基于OFDM（Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing，正交頻分復用）調制編碼和分頻接收的可見光通信系統及方法。

背景技術

隨著LED（Light?Emitting?Diode，發光二極管）技術的不斷發展，使得白光LED具有驅動電壓低、功耗低、使用壽命長等優點，成為了一種綠色的照明器件，被視為下一代節能環保型照明設備。由于白光LED具有很高的響應靈敏度，因此可以被用于進行高速的數據通信。VLC（Visible?Light?Communications，可見光通信）就是在白光LED技術的基礎上發展起來的新型的無線光通信技術。總體上來說，LED可分為單芯片型和多芯片型兩種類型。多芯片型LED是一種同時驅動RGB（Red、Green、Blue，紅、綠、藍）三基色三個芯片發光并混色以產生白光的LED，而單芯片型LED一種是利用藍光作為激勵光源，激發熒光體產生黃光，產生的黃光同藍光混色以產生白光的LED。由于三芯片型的LED驅動電路復雜，芯片成本較高，因此多用于顯示技術之中。而單芯片的LED驅動簡單，成本低廉，因此多用于照明技術之中。因此基于照明技術的可見光通信技術中也多采用單芯片的LED作為光源。

由于單芯片產生黃光是由藍光激發熒光粉產生，而由于熒光粉的遲滯效應，使得最后輸出的白光帶寬受到了極大的限制。在可見光通信技術中通常采用藍光濾波的方法來解決這個問題，單純的藍光帶寬不受熒光粉遲滯效應的影響，通常為5-6倍的激發黃光的帶寬。然而由于濾除的黃光，通常占據白光能量的80-90%，使得接收到的大部分光信號能量未得到有效的利用，信號的信噪比和傳輸距離受到了較大的限制，從而影響實際系統的性能。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述背景技術的不足，提供一種基于OFDM調制編碼和分頻接收的可見光通信系統及方法，使得調制的電信號和光信號能量合理分布在接收信號的各個頻段當中，使接收到的信號在保持高帶寬的條件下能量得到有效利用，進而提高接收信號的功率以增加系統的信噪比，最終提升系統的性能。

本發明提供一種基于OFDM調制編碼和分頻接收的可見光通信系統，包括發送端和接收端，發送端包括依次連接的第一數字信號處理器、數模轉換器、LED驅動電路和單芯片LED，接收端包括凸透鏡、二向分束器、第一光電探測器、第二光電探測器、第一模數轉換器、第二模數轉換器和第二數字信號處理器，凸透鏡通過空間光路與二向分束器相連，二向分束器通過空間光路分別與第一光電探測器、第二光電探測器相連，第一光電探測器通過第一模數轉換器與第二數字信號處理器相連，第二光電探測器通過第二模數轉換器與第二數字信號處理器相連；

在發送端，第一數字信號處理器對傳輸數據進行特定的OFDM編碼：可見光包括藍光和黃光，假設黃光可用帶寬的截止頻率為f1，藍光可用帶寬的截止頻率為f2，單位為赫茲，將單芯片LED可使用的頻段分為低頻段和高頻段：低頻段為0-f1，高頻段為f1-f2，單位為赫茲，將原始數據分為兩路信號，采用相同的采樣率分別對兩路信號進行獨立的OFDM編碼，該采樣率的數值與f2的數值相同，單位為采樣點/秒，并且每個符號也包含同樣多的子載波個數N，N為2的正整數次冪，使得這兩路獨立信號仍然保持正交性，不同在于：一路信號OFDM編碼僅填充低頻段部分，而另一路信號OFDM編碼僅填充高頻段部分；第一數字信號處理器完成OFDM編碼后，在保證低頻段信號調制深度的條件下，調整低頻段和高頻段兩個頻段上OFDM可見光信號的功率譜大小，使高頻段功率譜大于低頻段功率譜，第一數字信號處理器完成能量分配后，將兩段獨立的信號疊加后輸出，第一數字信號處理器輸出的數字信號經過數模轉換器變成模擬的電信號，數模轉換器的采樣率的數值與f2的數值相同，單位為采樣點/秒，該模擬信號經LED驅動電路放大后直接輸出給單芯片LED進行調制，單芯片LED產生攜帶調制信號的信息的光信號：單芯片LED中含有熒光粉，單芯片LED對兩段獨立的模擬的電信號同時進行光電轉換，直接輸出藍光信號，一部分藍光信號入射到單芯片LED的熒光粉中，該部分藍光信號變成黃光信號，熒光粉濾除黃光信號中的高頻部分，僅保留黃光信號中的低頻部分，另一部分藍光信號與該黃光信號合成白光信號，單芯片LED將白光信號發送出去，進行可見光信號的傳輸；