[發明專利]室內可見光通信發光二極管傳輸預失真系統及方法

有效

• 申請號: 201510512938.6
• 申請日: 2015-08-20
• 公開（公告）號: CN105207716B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 王淇;何迪
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04L25/49
• 代理公司: 上海交達專利事務所31201
• 代理人: 王毓理,王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種光通信領域的技術，具體是一種基于FPGA及其軟核的室內可見光通信發光二極管傳輸預失真系統及方法。

背景技術

隨著發光二極管(LED)技術的發展，LED照明在世界上變得越來越普及，可見光通信(VLC)技術的可行性也越來越高。使用LED的VLC技術具有安全、節約成本、無需占用額外頻譜資源等優點，而LED具有低成本，開關響應快，壽命長等優點。這兩者的結合具有很好的發展前景，正受到越來越廣泛的關注。使用LED作為光源，無論對于照明還是無線通信均有很多益處：

第一，低成本，光電轉換效率高，低電力消耗和壽命長，這是相當大的優勢。

第二，LED的照明設備可以設計成各種形狀的，這對于傳統的照明，如白熾燈泡和熒光燈來說，是很難實現的。

第三，發射頻率高，不受無線電頻譜的限制。

第四，LED的照明設備安裝起來十分便捷，外形美觀，且對人眼也十分安全。

第五，具有實現高速數據通信的可能性，其通信的速度可以達到幾十兆至幾百兆每秒，未來的傳輸速度甚至可能超過光纖通信系統，只要在光源能夠照到的地方，就可以用特定的終端來長時間穩定地下載和上傳高清畫面和數據。

第六，由于VLC系統使用光作為傳播信號的載體，在通信過程中只要有光的遮擋物，即可避免信息的外泄，保證了安全性和保密性。

LED的響應非常快，所以借助于強度調制，LED能夠在適合照明的光照強度的同時用來傳遞信息，尤其是在室內環境的干擾比較小，所以VLC系統可以提供穩定可靠的高速數據傳輸。可以預計，不久之后，高效的LED照明系統將會完全取代傳統的照明系統。

雖然LED的優點很多，但是非線性失真是LED傳輸的一個主要缺點。LED是可見光通信系統中最主要的非線性器件，同時由于通帶內非平坦的頻率響應還伴隨著記憶效應。LED的記憶非線性主要惡化了VLC系統的誤差矢量幅度和比特誤碼率。預失真技術通常被用來補償LED的非線性，從而提高可見光通信系統的性能，但現有的預失真技術都不具備自適應性并且沒有考慮到LED的記憶效應。

發光二極管是VLC系統中最主要的非線性器件，同時由于通帶內非平坦的頻率響應還伴隨著記憶效應，LED的記憶非線性惡化了VLC系統的誤差矢量幅度和比特誤碼率。預失真技術通常被用來補償LED的非線性，從而提高VLC系統的性能。目前對于LED傳輸特性的預失真在軟件仿真上已經取得研究性進展，但是對于在現場可編程門陣列(FPGA)上實現較為困難。其根本原因在于，由于溫度改變，LED器件老化等外界和內在的條件改變影響之下，它的傳輸特性會不斷變化，因此要通過自適應算法對數字預失真的參數進行調整。自適應算法要進行大量的矩陣乘法，求逆等運算，需要消耗大量的硬件資源，在用FPGA搭建整個通信系統的過程中，硬件資源是及其寶貴的，用硬件資源實現數字預失真模塊中的自適應過程會消耗大量的硬件資源，導致沒有足夠多的硬件資源供其他的通信模塊使用。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN102684819A，公開(公告)日2012.09.19，公開了一種數據傳輸方法及相關設備、系統。其中，一種數據傳輸方法包括：發射端將下行用戶數據依次進行加擾、星座調制映射以及多輸入多輸出預編碼處理，獲得預編碼符號序列；將該預編碼符號序列進時頻資源映射，獲得OFMD符號的頻域數據；對該OFMD符號的頻域數據進行共軛對稱擴展以及IFFT，獲得時域實數序列；對該時域實數序列進行插入CP處理，形成第一下行時域基帶信號；將該第一下行時域基帶信號加載到LED照明電路的直流電上，形成LED驅動電信號；以及，將該LED驅動電信號轉換成上述LED的可見光束進行傳輸。但該技術對于LED的非線性傳輸特性產生的非線性失真，沒有進行預畸變補償。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種室內可見光通信發光二極管傳輸預失真系統及方法，通過在發射端增加一路反饋鏈路來獲得LED的輸出信號，同時使用記憶多項式模型來自適應地訓練并補償LED的非線性，從實現當采用FPGA搭建整個VLC系統時，對LED進行線性化處理，該方法可以很大程度上節約數字預失真模塊對于硬件資源的消耗，從而使得在單板上實現VLC系統成為可能，而且其方法簡單，易于實現。

本發明是通過以下技術方案實現的：