[發明專利]基于QAM和MPPM的可見光通信方法及其系統

在審

• 申請號: 201510551507.0
• 申請日: 2015-08-31
• 公開（公告）號: CN105119655A
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發明（設計）人: 文尚勝;關偉鵬;張恒;胡卉馨
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04B10/524
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本發明涉及可見光通信技術，特別涉及一種QAM和MPPM的可見光通信方法及其系統，本發明是一種正交振幅調制技術與多脈沖位置調制技術相結合的雙重調制技術及實現數據收發的方法。

背景技術

近年來，被譽為“綠色照明”的半導體照明技術迅速發展。LED具有效率高、價格低、壽命長、綠色環保等優點將取代白熾燈等傳統照明光源，被廣泛用于照明、顯示等領域。與此同時，白光LED更具有調制性能好、響應靈敏度高等特性，可以將信號以人眼無法識別的高頻加載到LED燈具上進行傳輸。使白光LED從照明領域擴展到通信領域，進而催生出一門能夠實現照明與通信一體化的新興無線通信技術——可見光通信技術。

與傳統的紅外和無線通信相比，可見光通信具有發射功率高、無電磁干擾、無需申請頻譜資源以及信息的保密性等優點。然而，可見光通信仍然面臨不少挑戰，其中一方面是：通信系統存在多個LED光源，不同的點光源對應著不同的光路徑，而光路徑間信號傳輸的延遲會產生碼間干擾；同時，當系統數據傳輸速率比較高時，由于LED帶寬的限制，會造成一個信號的影響擴展到相鄰信號上，產生碼間干擾而使系統誤碼率大大提升。

另一方面，白光LED主要分為兩類，熒光粉LED和紅綠藍LED，熒光粉LED其原理是利用藍光芯片激發黃色熒光粉以產生白光。如圖6所示，為熒光粉LED的光譜曲線，可知熒光粉LED的光譜特性分為藍光部分和黃光部分。其中，藍光部分由電源直接驅動，響應速度比較快，帶寬很高；而熒光粉屬于二次驅動，響應速度慢，帶寬較窄，因此不同光譜的光在響應速度上存在著差異。若采用白光通信則速率受限于熒光粉的響應時間,限制了系統的數據傳輸速率；若采用濾光片濾去黃光部分，針對快速響應的藍光進行通信,則限制了系統的通信距離。

發明內容

本發明的首要目的在于克服現有技術的上述缺點與不足，提供一種QAM和MPPM的可見光通信方法，該可見光通信方法充分利用了白光LED的光譜特性和響應特性，實現了一種基于熒光粉LED的QAM與MPPM相結合的雙重調制技術。

本發明的另一目的在于克服現有技術的上述缺點與不足，提供一種實現所述QAM和MPPM的可見光通信方法的系統，該系統在光發射端，通過控制不同光譜的光，在光接收機端利用濾光片區分出不同的光譜信號，實現多路并行通信。在激勵脈沖序列的時間維度上采用MPPM多脈沖位置調制，與光譜的藍光部分相對應；在其幅度維度上進采用QAM正交幅度調制，與光譜的黃光部分相對應。以此實現不同的兩路數據信息在不同的光譜上并行的傳輸。進一步優化了可見光通信系統信道性能，在不增加器件帶寬前提下，成倍提高無線通信的質量與數據傳輸速率。

本發明的原理：QAM正交振幅調制就是用兩個相互獨立的數字基帶信號對相互正交且頻率相同的兩路載波信號進行雙邊帶調制,所獲得的已調信號在同一帶寬內頻譜正交,所以可用于實現同相和正交相兩路并行的數字信息傳輸。極大地提高了LED頻譜的利益率，提高了可見光通信系統的數據傳輸速率。然而隨著調制階數的增加，信號點間的距離和相位差會越來越小，使得碼元符號間干擾變得越來越大，最終導致的結果是整個系統解調的難度增加，系統的抗干擾性能下降。所以，雖然理論上增加QAM調制階數可以提高信息傳輸速率，但是因為誤碼率的增加而使通信質量下降，從而使QAM得調制階數受到了限制。MPPM多脈沖位置振幅調制采用的是光學組編碼形式，增加系統的功率利用率，抗干擾性強，其編碼器上的窄脈沖形成器可以限制MPPM脈沖的帶寬從而減小該MPPM脈沖對相鄰頻帶內信號造成的干擾，即降低碼間干擾；同時，也可以通過在相鄰脈沖間插入延時時隙可以減弱碼間干擾對系統帶來的影響。

本發明的首要目的通過以下技術方案實現：一種基于QAM和MPPM的可見光通信方法，包括以下步驟：

步驟1、數據流經過常規的編碼，交織，串并轉換等基帶系統的預處理形成二進制碼流；所述的二進制碼流經過正交振幅調制后形成QAM信號；

步驟2、數據流經過常規的編碼，交織，串并轉換等基帶系統的預處理形成二進制碼流；所述的二進制碼流經過多脈沖位置調制后形成MPPM信號；

步驟3、傳輸子系統為傳輸光信號的自由空間；所述光信號由白光LED發射；所述白光LED由QAM與MPPM兩個信號同步控制，QAM信號通過控制LED驅動電壓進而實現對光強幅度的調控；MPPM信號控制LED驅動電流的通斷；