一种可见光通信系统中恢复畸变信号的方法与流程

本发明属于可见光通信技术领域，具体地说，涉及一种可见光通信系统中恢复畸变信号的方法，特别涉及一种基于数字相敏检波的可见光通信系统中恢复畸变信号的方法。

背景技术：

近年来可见光室内通信技术逐渐受到学术界和产业界的广泛关注，LED作为可见光通信系统中的光源正在被广泛的使用。但是LED可见光通信系统具有固有的畸变特性，即输入标准的正弦载波信号，接收端接收到的信号会发生畸变。对于可见光通信系统来说，这个问题是由LED自身特性引起的。如图1所示，即使在尾部的接近线性区域，其斜率并不为1；并且该线性区域较短，并不适合大信号输出，提高信噪比的要求。

目前，国内外对于信号畸变采取的最简单的方法是预失真。如图2所示，简单地说就是人为地加入一个特性与系统非线性失真恰好相反的系统，进行互相补偿，使发送的信号产生校正畸变，而经过信息的发送与传输之后可以在接收端得到比较好的载波信号。

然而，对于不同的LED特性、不同的应用环境等等，预失真的方式不尽相同，这意味着预失真不是一种适用性强的方法。而且预失真需要额外的硬件开销。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，为降低装置成本以及工作量，提供一种可见光通信系统中恢复畸变信号的方法，该方法仅仅要求发射端发送导频信号，接收端对接收到的畸变载波信号进行数学处理即可恢复原始载波数据。

其具体技术方案为：

一种可见光通信系统中恢复畸变信号的方法，包括以下步骤：通过对接收机获取的畸变的载波信号进行处理恢复出原始的载波信号，对于接收机采集到的畸变的载波信号，利用插入导频法来进行同步，根据提取的导频频率配置相应的采样频率和采样点相对相位，进而设置相应的参数对畸变的信号进行数字相敏检波处理，通过对处理结果的判断进而恢复出原始的载波信号。

优选地，利用插入导频法来进行同步的方法，具体为：

发射端在通信前发送与载波信号同频同相的导频信号，接收端通过处理得到导频信号的频率与相位。此时频率的获取可以先通过采样获取离散的数据，然后分析处理获得频率以及相位。当然也可以通过扫频来获取，幅值最大的频率点即为导频频率。

进一步，根据提取的导频频率配置相应的采样频率和采样点相对相位的方法，具体为：

根据本发明得到的导频信号的频率，通过模数转换器对载波信号进行采样，采样频率以不低于8倍导频频率为宜，采样点以导频的0相位点、相位点、相位点等为宜，其中载波频率是相对于接收机晶振而言的。

更进一步，所述设置相应的参数对畸变的信号进行数字相敏检波处理的方法，其特征为：

根据本发明获取的离散的采样数据，以及本发明获取的相位，获得一个导频周期的八个采样数据，并且这八个采样数据分别对应着导频的0相位、相位、相位等。

以每个周期的八个采样数据组成X(n)，其中n＝1,2,3L，接着进行相关运算：其中，N为一个周期的采样点数，r(n)、q(n)为与待测信号同频的离散正交参考信号，接着根据I、Q这两个分量可以准确的得到待测信号的幅度和相位。其中相位是相对于导频信号而言的。

优选地，对处理结果的判断进而恢复出原始的载波信号的方法，具体为：

对于不同的调制方式：ASK、FSK、PSK分别为：

对于ASK，设定二进制0，对于载波振幅为0；二进制1，对应载波振幅为1，所以数字相敏检波处理后较大幅值对应1，较小幅值对应0。

对于FSK，设定对应二进制0的载波频率为F1，而对应二进制1的载波频率为F2，并且设定导频频率也为F1，所以数字相敏检波处理后较大幅值对应0，较小幅值对应1。

对于PSK，设定180相移表示1，0相移表示0，所以数字相敏检波处理后180相移对应0，0相移对应1。

其中幅值和相位大小的判决门限要综合考虑传输效率与误码率的影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明减少了发射端的装置复杂度以及避免了预失真带来的工作量，取得了比较好的效果，具有比较好的适应性。

附图说明

图1为LED的特性曲线；

图2为本发明背景技术提供的传统的采用预失真方法的流程图；

图3为本发明提供的一种基于数字相敏检波的可见光通信系统中恢复畸变信号的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实例进一步阐述本发明。

如图3所示，一种可见光通信系统中恢复畸变信号的方法，包括以下步骤：

对于接收机采集到的畸变的载波信号，利用插入导频法来进行同步，根据提取的导频频率和相位配置相应的采样频率和采样点相对相位，进而设置相应的参数对畸变的信号进行数字相敏检波处理，通过对处理结果的判断进而恢复出原始的载波信号。

具体过程为：首先，发射端在通信前发送与载波信号同频同相的导频信号，接收端通过处理得到导频信号的频率与相位。此时频率的获取可以先通过采样获取离散的数据，然后分析处理获得频率。当然也可以通过扫频来获取，幅值最大的频率点即为导频频率。载波导频的相位通过对离散数据的分析获得。其次，根据提取的导频频率配置相应的采样频率和采样点相对相位，采样频率以8倍导频频率为宜，采样点以导频的0相位点、相位点、相位点等为宜。第三，对畸变的信号进行数字相敏检波处理，以每个周期的八个采样数据组成X(n)，其中n＝1.2…8，接着进行相关运算：其中，N为一个周期的采样点数，r(n)、q(n)为与待测信号同频的离散正交参考信号，接着根据I、Q这两个分量可以准确的得到待测信号的幅度和相位。其中相位是相对于导频信号而言的。

最后，对处理结果的判断进而恢复出原始的载波信号，恢复的过程是通过判断幅值和相位来实现的，注意幅值和相位的判决门限要选择合理。

实施例

首先获取发射端发送的载波频率，对于ASK、PSK调制方式，导频频率选为固定值，对于FSK调制方式，高频宜为低频整数倍，导频频率选择低频载波频率。

然后发射端在通信前发送与载波信号同频同相的导频信号，接收端通过处理得到导频信号的频率与相位。此时频率的获取可以先通过采样获取离散的数据，然后分析处理获得频率，载波导频的相位也可以同样获得。一种简单的方法是计算相邻峰峰值之间的采样点数，载波周期即为采样周期乘以采样点数，然后做平均化处理，这样就可以得到，当然这要求采样信号的信噪比比较高，同理，峰谷到峰峰中间的点即为零相位点。对于载波频率也可以通过扫频来获取，幅值最大的频率点即为导频频率，这种方法对信噪比要求相对较低。

根据已经获得的导频信号的频率，通过模数转换器对载波信号进行采样，采样频率以8倍导频频率为宜，采样点以导频的0相位点、相位点、相位点等为宜，其中载波频率是相对于接收机晶振而言的。作为优选，模数转换器宜选用高速高精度ADC。

接着对畸变的信号进行数字相敏检波处理的方法，根据获取的离散的采样数据以及离散数据相对于导频的相位关系，可以获得一个导频周期的八个采样数据，并且这八个采样数据分别对应着导频的0相位、相位、相位等。以每个周期的八个采样数据组成X(n)，其中n＝1.2…8，接着进行相关运算：其中，N为一个周期的采样点数，r(n)、q(n)为与待测信号同频的离散正交参考信号，接着根据I、Q这两个分量可以准确的得到待测信号的幅度和相位。其中相位是相对于导频信号而言的。

数字相敏检波处理之后就可以恢复出原始的载波信号，对于不同的调制方式，恢复方式不同以ASK、FSK、PSK为例来说明：

对于ASK，设定二进制0，对于载波振幅为0；二进制1，对应载波振幅为1，所以数字相敏检波处理后较大幅值对应1，较小幅值对应0。

对于FSK，设定对应二进制0的载波频率为F1，而对应二进制1的载波频率为F2，并且设定导频频率也为F1，所以数字相敏检波处理后较大幅值对应0，较小幅值对应1。

对于PSK，设定180相移表示1，0相移表示0，所以数字相敏检波处理后180相移对应0，0相移对应1。

其中幅值和相位大小的判决门限要综合考虑传输效率与误码率的影响。

以上所述，仅为本发明最佳实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。