一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信系统及方法

文档序号:9690920阅读:614来源:国知局
一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于可见光通信领域,尤其涉及一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见 光通信系统及方法。
【背景技术】
[0002] 目前,作为第五代蜂窝移动通信(5G)关键技术之一的可见光通信(VLC,Visible Light Communication)正成为移动通信领域的研究热点。相比于现有射频波段通信系统, 可见光通信具有免频谱受权、潜在容量高、电磁兼容性好、安全保密、对人体无害和同时提 供照明等诸多优势。
[0003] 可见光通信按照收发机的相干性可分为相干(Coherent)可见光通信和非相干 (Non-Coherent)可见光通信。相干可见光通信所用的技术和方法与射频通信几乎一致,而 IM/DD(强度调制/直接检测)通信方案与射频通信则有很大的不同。相比于相干可见光通 信,非相干可见光通信不需要调制和恢复基准载波,更易于实现,设备成本更低,是一种很 有竞争力的通信方案。非相干可见光通信的主要实现方式是强度调制/直接检测(IM/DD, Intensity Modulation/Direct Detection),即将信息调制在光源发出的光信号的强度 (Intensity)上进行传输,在接收端使用光电探测器探测出光强的变化以恢复原来的信息。 因此,頂/DD通信方式要求待发送信号必须为实数且为非负数,以满足光强度的物理意义。 值得注意的是,頂/DD通信方案即可以应用在基于发光二极管(LED)的可见光无线通信中, 也可以应用在基于光纤的可见光有线通信中。采用IM/DD方式通信的系统所对应的传输信 道一般就称为頂/DD信道。
[0004] 鉴于IM/DD通信方式的重要性,本发明的技术内容限定于IM/DD通信方式,所公布 的系统和方法适用于IM/DD信道,包括无线通信信道和有线通信信道。
[0005] 为充分挖掘可见光通信的潜力,作为多载波(MC,Multi-Carrier)技术的典型实现 方案,正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术已经被 广泛应用于可见光通信。在頂/DD通信方式范畴下,已经有多种典型的光OFDM系统被陆续提 出,包括直流偏置光〇FDM(DC〇-〇FDM,Direct Current Optical 0FDM)、非对称限幅光0FDM (AC0-0FDM,Asymmetrically Clipped Optical OFDM)、幅度调制离散多音(PAM-DMT,Pulse Amplitude Modulation Discrete Multi Tone)、反转OFDM(Flip-OFDM)和增强的单极性 0FDM(eU_0FDM,enhanced Unipolar OFDM)等。
[0006] 尽管上述这些光OFDM系统取得了较好的性能,然而,它们仍然存在一些共性的问 题。典型的问题包括:1)这些光0FDM系统都需要在数据传输的时候附加循环前缀(CP, Cyclic Prefix),以便于消除码间干扰,但是,CP的引入一方面增加了发送功率,另一方面 延长了发送时间,从而降低了频谱效率;2)0FDM系统需要各个子载波严格同步,不支持异步 传输模式,这使得这些光0FDM系统在用于多用户通信的情形下对同步的要求非常严格,这 会对收发端的设计带来很大挑战,也限制了系统的灵活性。
[0007] 因此,需要一种可以克服上述光0FDM缺陷的技术方案。
[0008] 作为多载波技术的另一个典型实现方案,滤波器组多载波(FBMC,Filter Bank Multi-Carrier)技术近年来也受到了业界的广泛关注,并在5G研究中作为替代OFDM的备选 方案。这正是由于FBMC可以较好地克服0FDM的上述缺陷:FBMC不需要附加CP,其各个子载波 (也称为子带)上的数据流也无需严格同步。然而,尽管在射频无线通信中FBMC的研究正在 广泛开展,在可见光通信中,关于FBMC的研究报道却很少,且仅限于有线信道下的相干通信 方式中。在頂/DD通信方式下,无论是有线还是无线通信,均未见相关论文或专利文献报道。 如何在IM/DD信道下设计FBMC系统,同时克服光0FDM系统的缺陷,仍是一个亟待解决的问 题。

【发明内容】

[0009] 针对頂/DD通信方式下现有光0FDM系统需要附加CP和对同步要求严格的缺陷,本 发明提供了一种基于直流偏置的滤波器组多载波可见光通信系统及方法,可以克服现有系 统的缺陷。
[0010] 为达到上述发明目的,本发明的技术方案是:一种基于直流偏置的滤波器组多载 波可见光通信系统,包括发送端和接收端;
[0011] 所述发送端,包括:
[0012] -接口与缓存模块,用于从外部应用接收并缓存所要传输的信息比特流;
[0013] -数字基带预处理模块,用于对信息比特流进行预处理,生成多路调制符号流;
[0014] -综合滤波器组处理模块,用于对所要传输的多路调制符号流进行综合滤波器组 处理,使得每一路调制符号流分别加载到滤波器组的一个子带上,并叠加生成一路多载波 数字信号流;
[0015] -数字/模拟转换模块,用于对所要传输的数字信号流进行数字/模拟转换,生成模 拟信号;
[0016] -偏置与驱动电路模块,用于对模拟信号进行放大,同时附加直流偏置,使得经过 放大和偏置后的模拟信号与光源的正常工作区间相匹配;
[0017] -光源,用于在经过放大和偏置的模拟电域信号的驱动下发光,从而将模拟电域信 号转换为光强信号,并发送到可见光通信信道中;
[0018] 所述接收端包括:
[0019] -光电转换器及其驱动电路模块,用于将接收到的光强信号通过光电转换器转换 为电信号;
[0020] -放大滤波模块,用于对经过光电转换后的电域信号进行放大和滤波,使其信号幅 度处于后接模拟/数字转换模块的工作区间,同时滤除直流分量以及带外噪声;
[0021] -模拟/数字转换模块,用于将放大滤波后的模拟电信号进行模拟/数字转换,生成 数字电域信号,便于接收机处理;
[0022] -分析滤波器组处理模块,用于对数字电域信号进行分析滤波器组处理,将一路多 载波信号重新分解为多路并行传输的符号流;
[0023] -均衡模块,用于对分析滤波器组输出的多路并行符号流的每一路进行均衡操作, 消除信道畸变对信号产生的影响;
[0024]-数字基带后处理模块,用于对经过均衡的多路并行符号流进行后处理,恢复出原 来的一路信息比特流;
[0025]-缓存与接口模块,用于缓存信息比特流并发送给外部目标应用。
[0026]进一步的,所述数字基带预处理模块具体包括:
[0027] -调制模块,用于对比特流进行脉冲幅度调制,生成调制符号流;
[0028] -串并转换模块,用于对调制符号流进行串并转换,将一路高速符号流转换成多路 并行的低速调制符号流;
[0029]所述数字基带后处理模块具体包括:
[0030] -并串转换模块,用于将分析滤波器组输出的多路并行低速符号流进行并串转换, 形成一路高速的符号流;
[0031] -符号判决模块,用于对输入的高速符号流进行符号判决,输出经过判决的脉冲幅 度调制符号流;
[0032] -解调模块,用于对判决后的脉冲幅度调制符号流进行解调,即解星座图映射,从 而将调制符号流解调为对应的比特流。
[0033] 进一步的,在数字基带预处理模块的调制模块之前,加入编码模块和交织模块;
[0034] -编码模块,用于对信息比特流进行信道编码,增加传输的可靠性;
[0035] -交织模块,用于对编码后的信息比特流进行交织处理,增加抗连续突发错误能 力;
[0036] 在数字基带后处理模块的解调模块之后,加入解交织模块和解码模块;
[0037] -解交织模块,用于对经过解调的比特流进行解交织操作;
[0038] -解码模块,用于对经过解交织后的比特流进行解码,从而恢复出原始信息比特 流。
[0039]进一步的,所述综合滤波器组处理模块采用具有完全重构性质的Μ通道余弦调制 滤波器组,具体包括:Μ路并行Ρ倍上采样器,用于对调制符号流进行Ρ倍上采样,从而生成Ρ 组镜像频谱;Μ路并行子带综合滤波器,每路子带综合滤波器的频响仅与前后相邻两路子带 综合滤波器的频响交叠,用于对上采样后的调制符号流进行子带滤波,取出对应的一组镜 像频谱;加法器,用于对经过子带滤波后的多路信号流进行相加,生成单路数字信号流,该 路信号包含了 Μ路子带信号,从而构成滤波器组多载波信号;
[0040] 所述分析滤波器组处理模块采用具有完全重构性质的Μ通道余弦调制滤波器组, 具体包括:Μ路并行子带分析滤波器,每路子带分析滤波器的频带与其对应的子带综合滤波 器相同,用于对接收到的数字电域
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