本发明涉及可见光通信技术领域，尤其涉及一种传输效率高，覆盖面广，使用方便，性能稳定，无需铺设骨干网，无需架设AP设备且安装维护成本低的支持高清视频业务的DTV-VLC系统。
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背景技术：
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现有的诸多无线接入技术在地面数字电视信号接入的需求背景下，显露出大量问题。
传统WiFi技术是一种常见的无线网络传输和接入技术，已经广泛应用于各个场所，但其由于频谱紧张，导致通信容量受限，在一些人流量大的区域，无法满足人们同时观看高清视频的需求。同时，在一些有电磁屏蔽或电磁干扰的场所中WiFi无法适用。由于信号很容易穿墙，容易被窃听，保密性差，不适合保密性强的应用场景。漏缆技术可以直接应用于已有的通信制式，例如3G，WiFi等，适用于火车隧道等大型环境中，但其需要重新铺设同轴电缆，安装成本高，安装环境复杂，保密性差，不适合小型的室内环境。
为了能够让用户获得更令人满意的、基于地面数字电视系统的音视频服务，必须认真考虑数字电视信号的室内覆盖问题，本领域的技术人员也进行了大量的研发和实验，并取得了较好的成绩。
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技术实现要素：
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为克服现有技术所存在的问题，本发明提供一种传输效率高，覆盖面广，使用方便，性能稳定，无需铺设骨干网，无需架设AP设备且安装维护成本低的支持高清视频业务的DTV-VLC系统。
本发明解决技术问题的方案是提供一种支持高清视频业务的DTV-VLC系统，包括电源、若干个LED灯、PLC耦合器、家庭多媒体网关以及地面/有线数字电视信号源，所述LED灯、PLC耦合器和家庭多媒体网关与电源电性连接；所述LED灯包括LED灯驱动电路、发光单元和PLC-VLC转换单元；
家庭多媒体网关接收来自地面/有线数字电视信号源传输过来的数字电视信号，并将数字电视信号传输给PLC耦合器，PLC耦合器将电视信号耦合到电力线上进一步传送到各LED灯中的PLC-VLC转换单元，所述PLC-VLC转换单元对数字电视信号进行终端DTMB信号解调解码，并将处理完成后的信号加载于LED灯驱动电路上。
优选地，所述耦合到电力线上的数字电视信号传输频谱为高速传输的2-30MHz频段，传输信号为每路高清数字电视频道占用8MHz带宽。
优选地，所述LED灯还包括用于对PLC-VLC转换单元解调解码后的信号进行信号放大处理的放大处理单元。
优选地，所述家庭多媒体网关接收到地面数字电视信号(DTMB标准信号)后，首先利用调谐器、射频前端接收电视节目信号，对接收到的每路电视节目信号做下变频搬移到2-30MHz对应于电力线和可见光通信适宜传输的中频频段，处理完成后将电视节目信号通过直接放大的方式耦合到电力线上，进而分发到不同房间的LED灯进行广播覆盖；用户接收终端只需要对符合DTMB标准的TDS-OFDM信号进行解调解码即可获得高清视频业务。
优选地，所述家庭多媒体网关接收到有线电视信号(DVB-C)时，家庭多媒体网关对有线数字电视广播信号(DVB-C标准信号)进行接收与解调，然后根据电力线和照明网络独特的信道环境和传输特征，利用高阶调制编码调制技术和可交织、抗噪声干扰技术，将解调后的数据调制为基于DTMB标准的TDS-OFDM信号，然后通过PLC耦合器将TDS-OFDM信号耦合到电力线上，并分发到每个照明灯具上；用户接收终端只需要对符合DTMB标准的TDS-OFDM信号进行解调解码即可获得高清视频业务。
优选地，所述PLC耦合器包括用于将模拟信号耦合到电力线上进行传输的电力线信号耦合驱动单元。
优选地，所述PLC耦合器包括中频变换单元、数模转换单元以及电力线信号耦合驱动单元；所述中频变单元完成将基带信号搬移到适合电力线通信的2-30MHz频带；数模转换单元完成数字信号到模拟信号的转换；电力线信号耦合驱动单元完成将模拟信号耦合到电力线上进行传输。
优选地，所述用户接收终端为手机、平板电脑、高清数字电视和台式计算机。
与现有技术相比，本发明一种支持高清视频业务的DTV-VLC系统通过采用家庭多媒体网关接收来自地面/有线数字电视信号源传输过来的数字电视信号，并将数字电视信号传输给PLC耦合器，PLC耦合器将电视信号耦合到电力线上进一步传送到各LED灯中的PLC-VLC转换单元，最终实现可见光通信传输，改善了传统的无线网络传输的诸多不足之处，如需要光纤接入或者网线接入，成本较高的问题，本发明的可见光传输技术在兼顾照明的同时，实现高速的信息传输功能，带宽大，且适用于地下车库等地下场所、智能家居，人口密集区域的数据广播等高数据率应用场所以及飞机场等电磁屏蔽的场所，通过电力线-照明网络，实现DTV与VLC(可见光通信，Visible Light Communication)的深度融合，能够有效克服传统地面/有线电视广播系统所遇到的室内覆盖难题。
[附图说明]
图1是本发明一种支持高清视频业务的DTV-VLC系统的结构示意图。
[具体实施方式]
为使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定此发明。
请参阅图1，本发明一种支持高清视频业务的DTV-VLC系统1包括电源、若干个LED灯、PLC耦合器、家庭多媒体网关以及地面/有线数字电视信号源，所述LED灯、PLC耦合器和家庭多媒体网关与电源电性连接；所述LED灯包括LED灯驱动电路、发光单元和PLC-VLC转换单元；
家庭多媒体网关接收来自地面/有线数字电视信号源传输过来的数字电视信号，并将数字电视信号传输给PLC耦合器，PLC耦合器将电视信号耦合到电力线上进一步传送到各LED灯中的PLC-VLC转换单元，所述PLC-VLC转换单元对数字电视信号进行终端DTMB信号解调解码，并将处理完成后的信号加载于LED灯驱动电路上。
通过采用家庭多媒体网关接收来自地面/有线数字电视信号源传输过来的数字电视信号，并将数字电视信号传输给PLC耦合器，PLC耦合器将电视信号耦合到电力线上进一步传送到各LED灯中的PLC-VLC转换单元，最终实现可见光通信传输，改善了传统的无线网络传输的诸多不足之处，如需要光纤接入或者网线接入，成本较高的问题，本发明的可见光传输技术在兼顾照明的同时，实现高速的信息传输功能，带宽大，且适用于地下车库等地下场所、智能家居，人口密集区域的数据广播等高数据率应用场所以及飞机场等电磁屏蔽的场所，通过电力线-照明网络，实现DTV与VLC(可见光通信，Visible Light Communication)的深度融合，能够有效克服传统地面/有线电视广播系统所遇到的室内覆盖难题。
优选地，所述耦合到电力线上的数字电视信号传输频谱为高速传输的2-30MHz频段，传输信号为每路高清数字电视频道占用8MHz带宽。
优选地，所述LED灯还包括用于对PLC-VLC转换单元解调解码后的信号进行信号放大处理的放大处理单元。
优选地，所述家庭多媒体网关接收到地面数字电视信号(DTMB标准信号)后，首先利用调谐器、射频前端接收电视节目信号，对接收到的每路电视节目信号做下变频搬移到2-30MHz对应于电力线和可见光通信适宜传输的中频频段，处理完成后将电视节目信号通过直接放大的方式耦合到电力线上，进而分发到不同房间的LED灯进行广播覆盖；用户接收终端只需要对符合DTMB标准的TDS-OFDM信号进行解调解码即可获得高清视频业务。
优选地，所述家庭多媒体网关接收到有线电视信号(DVB-C)时，家庭多媒体网关对有线数字电视广播信号(DVB-C标准信号)进行接收与解调，然后根据电力线和照明网络独特的信道环境和传输特征，利用高阶调制编码调制技术和可交织、抗噪声干扰技术，将解调后的数据调制为基于DTMB标准的TDS-OFDM信号，然后通过PLC耦合器将TDS-OFDM信号耦合到电力线上，并分发到每个照明灯具上；用户接收终端只需要对符合DTMB标准的TDS-OFDM信号进行解调解码即可获得高清视频业务。
优选地，所述PLC耦合器包括用于将模拟信号耦合到电力线上进行传输的电力线信号耦合驱动单元。采用“接收-直放-分发”工作模式，PLC耦合器构成十分简单，成本低廉。
优选地，所述采用“解调-调制-分发”模式，PLC耦合器包括中频变换单元、数模转换单元以及电力线信号耦合驱动单元；所述中频变单元完成将基带信号搬移到适合电力线通信的2-30MHz频带；数模转换单元完成数字信号到模拟信号的转换；电力线信号耦合驱动单元完成将模拟信号耦合到电力线上进行传输。
优选地，所述用户接收终端为手机、平板电脑、高清数字电视和台式计算机。
为保障高清视频传输过程中的噪声干扰抑制，面对复杂、难以从最优化时频分集增益的交织角度切入，研究抑制窄带干扰与冲激噪声的时频联合交织技术；结合窄带干扰与冲激噪声在频域、时域的多维稀疏化特性，研究基于多维结构化压缩感知的窄带干扰与冲激噪声重构与消除理论与技术，从而提高DTV-VLC融合网络系统在恶劣传输条件下的鲁棒性，研究时域交织与频域交织联合的最优化交织器设计，从而提高传输系统抑制噪声干扰的性能。
根据室内DTV信号传输的PLC信道和VLC信道冲激噪声和窄带干扰的概率分布及强度特征，基于最大化时域/频域分集增益的原则，通过互为约束的优化条件，构建最大化时间/频率分集增益的时频联合交织优化问题，结合交织参数最优化和符号交织块循环移位，使子载波与纠错编码码字均匀映射，在双重交织目标函数下达到最大化频率和时间分集增益的目标，从而保证DTV-VLC融合网络系统抑制非高斯噪声的能力。
其次，研究基于多维压缩感知的窄带干扰重构算法。基于冲激噪声/窄带干扰信号的时域/频域位置的分辨率显著超越系数分辨率的差异形成的数值维度稀疏化特性，以及在时间尺度的变化率显著低于系数变化率形成的时间维度稀疏化特性，引入压缩感知理论进行精确的多维稀疏化噪声干扰重构。
采用差分采样获得观测向量并构建压缩感知模型，对相邻帧间重复训练序列的“无干扰区域”进行差分采样，获得不受数据干扰的、独立于信道响应的窄带干扰观测向量，进而得到用于窄带干扰重构的压缩感知模型，采用压缩感知信号重构算法对窄带干扰频域位置进行估计。
为提升窄带干扰重构精度，拟采用先验信息辅助的压缩感知重构算法，提取其位置粗估计先验信息，辅助压缩感知算法的迭代求解；进一步地，拟将相邻多帧信号组成多维采样观测向量，构建结构化压缩感知多维联合重构模型，基于结构化压缩感知框架与多维信号重构理论，对窄带干扰进行精确的重构。
最后，研究基于压缩感知的冲激噪声重构算法。拟利用冲激噪声时域位置与系数的分辨率差异形成的稀疏化特性，研究基于先验信息辅助的压缩感知冲激噪声重构算法，达到大INR动态范围重构的要求，提升频谱效率和重构精度。对传输信道中存在的冲激噪声的时间统计与功率谱特性分析，从时域接收信号帧中获得冲激噪声时域位置的粗略估计，作为其位置的先验信息；利用OFDM频域预留子载波的值作为冲激噪声的频域采样观测向量，得到压缩感知重构模型；利用冲激噪声时域位置先验信息，降低计算复杂度，提升相同条件下压缩感知算法重构精度。
与现有技术相比，本发明一种支持高清视频业务的DTV-VLC系统1通过采用家庭多媒体网关接收来自地面/有线数字电视信号源传输过来的数字电视信号，并将数字电视信号传输给PLC耦合器，PLC耦合器将电视信号耦合到电力线上进一步传送到各LED灯中的PLC-VLC转换单元，最终实现可见光通信传输，改善了传统的无线网络传输的诸多不足之处，如需要光纤接入或者网线接入，成本较高的问题，本发明的可见光传输技术在兼顾照明的同时，实现高速的信息传输功能，带宽大，且适用于地下车库等地下场所、智能家居，人口密集区域的数据广播等高数据率应用场所以及飞机场等电磁屏蔽的场所，通过电力线-照明网络，实现DTV与VLC(可见光通信，Visible Light Communication)的深度融合，能够有效克服传统地面/有线电视广播系统所遇到的室内覆盖难题。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。