室内可见光通信发光二极管传输预失真系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种光通信领域的技术，具体是一种基于FPGA及其软核的室内 可见光通信发光二极管传输预失真系统及方法。
【背景技术】
[0002] 随着发光二极管（LED)技术的发展，LED照明在世界上变得越来越普及，可见光通 信（VLC)技术的可行性也越来越高。使用LED的VLC技术具有安全、节约成本、无需占用额 外频谱资源等优点，而LED具有低成本，开关响应快，寿命长等优点。这两者的结合具有很 好的发展前景，正受到越来越广泛的关注。使用LED作为光源，无论对于照明还是无线通信 均有很多益处：
[0003] 第一，低成本，光电转换效率高，低电力消耗和寿命长，这是相当大的优势。
[0004] 第二，LED的照明设备可以设计成各种形状的，这对于传统的照明，如白炽灯泡和 荧光灯来说，是很难实现的。
[0005] 第三，发射频率高，不受无线电频谱的限制。
[0006] 第四，LED的照明设备安装起来十分便捷，外形美观，且对人眼也十分安全。
[0007] 第五，具有实现高速数据通信的可能性，其通信的速度可以达到几十兆至几百兆 每秒，未来的传输速度甚至可能超过光纤通信系统，只要在光源能够照到的地方，就可以用 特定的终端来长时间稳定地下载和上传高清画面和数据。
[0008] 第六，由于VLC系统使用光作为传播信号的载体，在通信过程中只要有光的遮挡 物，即可避免信息的外泄，保证了安全性和保密性。
[0009] LED的响应非常快，所以借助于强度调制，LED能够在适合照明的光照强度的同时 用来传递信息，尤其是在室内环境的干扰比较小，所以VLC系统可以提供稳定可靠的高速 数据传输。可以预计，不久之后，高效的LED照明系统将会完全取代传统的照明系统。
[0010] 虽然LED的优点很多，但是非线性失真是LED传输的一个主要缺点。LED是可见光 通信系统中最主要的非线性器件，同时由于通带内非平坦的频率响应还伴随着记忆效应。 LED的记忆非线性主要恶化了 VLC系统的误差矢量幅度和比特误码率。预失真技术通常被 用来补偿LED的非线性，从而提高可见光通信系统的性能，但现有的预失真技术都不具备 自适应性并且没有考虑到LED的记忆效应。
[0011] 发光二极管是VLC系统中最主要的非线性器件，同时由于通带内非平坦的频率响 应还伴随着记忆效应，LED的记忆非线性恶化了 VLC系统的误差矢量幅度和比特误码率。预 失真技术通常被用来补偿LED的非线性，从而提高VLC系统的性能。目前对于LED传输特 性的预失真在软件仿真上已经取得研究性进展，但是对于在现场可编程门阵列（FPGA)上 实现较为困难。其根本原因在于，由于温度改变，LED器件老化等外界和内在的条件改变影 响之下，它的传输特性会不断变化，因此要通过自适应算法对数字预失真的参数进行调整。 自适应算法要进行大量的矩阵乘法，求逆等运算，需要消耗大量的硬件资源，在用FPGA搭 建整个通信系统的过程中，硬件资源是及其宝贵的，用硬件资源实现数字预失真模块中的 自适应过程会消耗大量的硬件资源，导致没有足够多的硬件资源供其他的通信模块使用。
[0012] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102684819A，公开（公告）日 2012.09. 19,公开了一种数据传输方法及相关设备、系统。其中，一种数据传输方法包括： 发射端将下行用户数据依次进行加扰、星座调制映射以及多输入多输出预编码处理，获得 预编码符号序列；将该预编码符号序列进时频资源映射，获得OFMD符号的频域数据；对该 OFMD符号的频域数据进行共辄对称扩展以及IFFT，获得时域实数序列；对该时域实数序列 进行插入CP处理，形成第一下行时域基带信号；将该第一下行时域基带信号加载到LED照 明电路的直流电上，形成LED驱动电信号；以及，将该LED驱动电信号转换成上述LED的可 见光束进行传输。但该技术对于LED的非线性传输特性产生的非线性失真，没有进行预畸 变补偿。
【发明内容】
[0013] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种室内可见光通信发光二极管传输 预失真系统及方法，通过在发射端增加一路反馈链路来获得LED的输出信号，同时使用记 忆多项式模型来自适应地训练并补偿LED的非线性，从实现当采用FPGA搭建整个VLC系统 时，对LED进行线性化处理，该方法可以很大程度上节约数字预失真模块对于硬件资源的 消耗，从而使得在单板上实现VLC系统成为可能，而且其方法简单，易于实现。
[0014] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0015] 本发明涉及一种室内可见光通信发光二极管传输预失真系统，包括：预失真计算 模块、数据输入模块、参数计算模块和转换模块，其中：预失真计算模块与转换模块相连并 传输原始数据被预失真处理后的信息，数据输入模块与参数计算模块相连并传输反馈数据 信息，参数计算模块与预失真计算模块相连并传输预失真器查找表表项信息，转换模块分 别与发光二极管和光电二极管相连，实现前向数据从数字到模拟和反馈数据从模拟到数字 的转换。
[0016] 本发明涉及上述系统的实现方法，包括以下步骤：
[0017] 第一步、信号源输出的信号经过预失真器处理后，再进行上变频处理得到中频信 号后，经过DAC单元转换变为模拟信号，由LED发射。
[0018] 第二步、通过光电二极管耦合LED发射的部分信号，经ADC单元转换为数字基带信 号，经下变频模块进行下变频处理后，通过参数计算模块与经过延迟的信号源信号进行比 较，再由预失真计算模块通过自适应算法计算得到预失真器参数。
[0019] 第三步、将参数计算模块计算得到的预失真器参数预失真器参数制成查找表项 值，更新到硬件的随机存取存储器中，数字预失真模块将输入的原始数据与随机存取存储 器中的表项值进行多项式运算，以完成对原始输入数据的预失真计算，从而尽可能的抵消 掉LED非线性失真带来的影响。 技术效果
[0020] 与现有技术相比，本发明节省大量的查找表触发器以及硬件人力开发的投入，此 外，本发明非线性改善达到信号左右邻道泄露比降低约30dB。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明系统示意图；
[0022] 图2为预失真计算模块示意图；
[0023] 图3为实施例软处理器核流程示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例1
[0025] 如图1所示，本系统包括：预失真计算模块、数据输入模块、参数计算模块和转换 模块，其中：预失真计算模块与转换模块相连并传输原始数据被预失真处理后的信息，数据 输入模块与参数计算模块相连并传输反馈数据信息，参数计算模块与预失真计算模块相连 并传输预失真器查找表表项信息，转换模块分别与发光二极管和光电二极管相连，实现前 向数据从数字到模拟和反馈数据从模拟到数字的转换。
[0026] 本实施例中通过Xilinx公司的32位软处理器软核MicroBlaze实现参数计算模 块，该参数计算模块包括：同步单元、功率归一化单元、RLS (递归最小平方）算法实现单元 和查找表生成单元，其中：同步单元与功率归一化单元相连并传输时间上被对齐的前向和 反馈信息，功率归一化单元与RLS算法实现单元相连并传输功率归一化后的信息，RLS算法 实现单元与查找表生成单元相连并传输RLS算法计算得出的多项式系数信