[發明專利]一種基于極化碼的可見光通信系統及其實現方法

在審

• 申請號: 201611125724.4
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106788724A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 方俊彬;車振;蔣琳;余小龍;陳哲
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04L1/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 李斌

技術領域

本發明涉及光通信領域，特別涉及一種基于極化碼的可見光通信系統及其實現方法。

背景技術

可見光通信(Visible Light Communication,VLC)具有可同時用于照明和通信的優勢，隨著LED在照明、通信和傳感技術等各個領域的廣泛應用，被認為是極具發展潛力和應用前景的技術。與現有的射頻通信技術相比，可見光通信以其綠色高能效、免疫電磁干擾、光譜資源豐富和保密性高等優勢，逐漸成為室內/外短距離通信的熱點技術。

典型的可見光通信系統包括發送子系統和接收子系統，其中發送子系統主要包括信道編碼模塊、數字調制模塊、驅動電路模塊和LED光源；接收子系統主要包括光電探測/轉換模塊、時鐘恢復/數據提取模塊、數字解調模塊、信道解碼模塊；在發送端，信號輸入到信道編碼器進行編碼，編碼后得到的信號序列由數字調制器進行調制，輸出連續的調制波形，經驅動電路后直接驅動LED光源發光；在接收端，光電探測器將接收到的光信號轉換成電信號，通過時鐘的同步和提取，找到正確的數據起始位置，然后信號經過數字解調器解調和信道譯碼器譯碼，最終恢復出信息。

在目前的可見光通信系統中，最常采用的調制方式是OOK調制。而所使用的信道編碼技術，沿用了傳統的糾錯編碼技術如Reed-Solomon(RS)、LDPC、Reed-Muller(RM)碼等，這些編碼技術在性能上還未能達到香農極限。不僅如此，由于信號編碼中的0/1比特比例決定了照明燈光的平均亮度，為了滿足可見光通信在照明功能上的亮度可調的要求，傳統的糾錯編碼技術需要引入鑿孔技術等輔助技術，從而使得編譯碼結構復雜，影響了通信效率。中國發明專利201510582665.2公開了一種基于LDPC碼的可見光通信方法，該方法首先建立可見光通信系統模型然后構造索引矩陣G，以G中元素值作為校驗矩陣H中子矩陣的循環位數，構造校驗矩陣H；根據校驗等式H·c^T＝0得到碼字向量方程組，確定校驗向量p，實現快速編碼；預先設定一個高斯信道下信息的先驗概率l_n，然后計算全部信息節點的后驗概率LQ_n，當LQ_n>0時，該信息位判決為否則最終完成LDPC碼的譯碼。該專利主要采用的是LDPC碼作為可見光通信系統中的糾錯碼，而LDPC碼用于糾錯主要缺點為：

(1)LDPC碼是一種具有稀疏校驗矩陣的分組糾錯碼，它的性能逼近香農極限，但是達不到香農極限。

(2)LDPC碼的迭代消息傳播譯碼算法復雜。

(3)LDPC碼的譯碼性能與計算復雜度呈反比關系。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于極化碼的可見光通信系統及其實現方法，該系統對傳輸信息進行極化碼糾錯編碼，具有可達到香農極限的信道編碼增益，編譯碼復雜度低、與碼長呈線性關系，并且無需額外的編碼技術即可滿足任意調光比和照明亮度的要求。

為了到達上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明一種基于極化碼的可見光通信系統，包括用于發射可見光信號的發射子系統和用于接收可見光信號的接收子系統，所述發射子系統實現對輸入信息進行極化碼糾錯編碼后，經OOK調制輸出已調電信號，驅動LED光源發光并傳輸光信號；所述接收子系統實現對光電探測元件接收的光信號轉換成與入射能量成比例的光電流，光電流經過調理電路調理成適合數字解調器電路的電信號輸入到數字解調器中，經過數字解調器解調和極化碼糾錯譯碼，最終恢復出信息；

所述發射子系統包括用于提高信道編碼傳輸可靠性的極化碼糾錯編碼模塊、用于可見光通信系統信號調制的OOK信號調制模塊、用于驅動LED進行照明與可見光通信的LED電路驅動模塊以及用于照明和發送可見光通信信號的LED光源模塊；所述極化碼糾錯編碼模塊、OOK信號調制模塊、LED電路驅動模塊和LED光源模塊依次順序連接；

所述接收子系統包括用于可見光信號的接收以及光信號轉換為電信號并進行放大、濾波和限幅信號處理的光電探測/轉換模塊、用于系統時鐘的恢復和數據提取的時鐘恢復/數據提取模塊、用于對可見光通信系統接收的信號進行解調的OOK信號解調模塊以及用于糾正可見光通信過程中信號的錯誤并恢復出信息的極化碼糾錯譯碼模塊；所述光電探測/轉換模塊、時鐘恢復/數據提取模塊、OOK信號解調模塊以及極化碼糾錯譯碼模塊依次順序連接。