一种等效QAM高阶调制的可见光通信系统及其与OFDM通信系统融合的方法与流程

本发明涉及物联网通信领域，尤其涉及一种等效qam高阶调制的可见光通信系统及其与ofdm通信系统融合的方法。

背景技术：

1、可见光通信(visible light communication，vlc)作为新一代无线通信技术。可见光的波长范围在380～780nm，具有高带宽、高速率、保密性好、频谱资源丰富等优点，具备无电磁辐射、传输速率快、安全性高等天然属性，可以兼顾照明和通信功能，被认为是未来射频技术的重要补充，也是6g愿景中的关键候选技术之一，未来能够在可见光通信、室内导航和定位、水下通信、智能安防、智能交通和智慧城市中得到推广与应用。

2、可见光通信系统主要由可见光发射模块、可见光无线信道和可见光接收模块三部分组成。发射模块负责将需要传输的数据编码、调制成相应的电信号。传统电信号经过发光二极管led(light emitting diode)驱动电路变为光信号。led是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。led具有尺寸紧凑、发热量低等优点，其另一个优点是能够以非常快的速率切换到不同的光强度。led可以人眼无法识别到的“闪烁”完成调制信号的发送，经过无线信道传输至接收端。接收端主要采用光电探测器或图像传感器实现光电转换，并电信号传输至解调电路恢复出原始数据。

3、与激光通信系统不同，在vlc系统中，光源led是非相干光源，vlc常设计为强度调制直接检测(im-dd，intensity modulation direct detection)系统，因此要求im/dd输入信号是单极性实信号，即只有光强度信息；同时受限于led产业现状，当前的商业化led芯片还不具备光频率及相位灵活可调等特征，传统射频无线通信领域的高阶调制如qam等技术无法在vlc系统中直接使用；同时，led还存在可调制带宽偏小、非线性等问题。另外，在室内环境下，若背景亮度较高的情况下接收模块会产生饱和，同时，光线的漫射及多径等问题也会使vlc系统性能下降。

技术实现思路

1、本发明的目标是解决提高vlc系统的有效通信速率的问题。

2、为实现上述目标，本发明提供一种等效qam高阶调制的可见光通信系统，包括如下组成部分：

3、可见光等效qam调制发射单元，接收来自ofdm通信系统接收端传输过来的数据流，每m bit数据位进行组包，按数据位的高低顺序，对应转换到m色led发光元件的m bit ook调制信号，通过led阵列驱动电路，实现电信号到led光信号的转换，并以可见光的形式将信息发送出去，其中，电学部分主要包括m bit数据位分组、ook调制和led阵列驱动；光学部分为m色led发光元件；

4、可见光等效qam解调接收单元，通过光学接收天线把led光线聚焦，经分光滤光片滤波，形成m路单色光，并分别照射至m阵元探测器表面，探测器阵列对接收到的m色光信号，经阈值比较后判断是否存在m种不同颜色的单色光，形成m色光各自的ook信号，并对应形成m bit数据包，然后将数据包流进行并/串变换后传递给ofdm通信系统发射端发送，其中，电学部分主要包括光电转换信号的阈值比较、ook解调及并/串变换；光学部分主要包括光学接收天线、分光滤光片和探测器阵列。

5、在一些实施例中，m色led发光元件为m色led阵列。

6、在一些实施例中，qam高阶调制阶数与所述m色led阵列、m阵元探测器及数据包分组的等效关系为：采用m个不同颜色的单色led阵列，能够等效对应2m阶的qam调制，m色led阵列以及m阵元探测器。

7、在一些实施例中，所述m色led发光元件为支持m色的led发光二极管。

8、本发明还提供一种等效qam高阶调制的可见光通信系统与ofdm通信系统融合的方法，其包括如下步骤：

9、s1、ofdm通信系统接收端接收无线信道或有线信道发送的射频信号，经ofdm解调，提取出所发送的信息数据流，对每m bit数据位进行组包，将其视为qam星座图中的一个状态，按数据位的高低顺序，对应转换到m色led阵列的m bit ook调制信号，通过led阵列驱动电路，实现电信号到led光信号的转换，并以可见光的形式将信息发送出去；

10、s2、可见光等效qam解调接收单元，通过光学接收天线把led光线聚焦，经分光滤光片滤波，形成m路单色光，并分别照射至m阵元探测器表面，m阵元探测器对接收到的m色光信号，经过阈值比较后判断是否存在m种不同颜色的单色光，形成m色光各自的ook信号，并对应形成m bit数据包，然后将数据包流进行并/串变换后形成串行的数据流传递给ofdm通信系统发射端发送。

11、在一些实施例中，步骤s1具体包括：

12、s11、ofdm通信系统接收端接收无线信道或有线信道发送的射频信号，依次完成rf接收、adc、串/并转换、剥离cp、fft、信道均衡、并/串变换、qam解调、解交织及fec解码，并对串行信息流进行分组，形成每m bit一组的数据包流；

13、s12、执行m bit数据包到m色可见光二进制开关键控的映射；

14、s13、所述led驱动电路根据所述m色可见光二进制开关键控信号，控制所述m色led阵列，将各色led可见光发射出去。

15、在一些实施例中，步骤s2具体包括：

16、s21、所述光学接收天线把led光线聚焦，经所述分光滤光片形成m路单色光；

17、s22、所述m阵元探测器对接收到的m色光信号，根据阈值比较判断是否存在m种单色光，形成m色光各自的ook信号，并对应形成m bit数据包；

18、s23、将m bit数据包流进行并/串变换后形成串行的数据流发送至所述ofdm通信系统发射端；

19、s24、所述ofdm通信物理层对接收到的数据流进行fec编码、交织、qam调制、串/并变换、ifft、添加cp、并/串转换、整形滤波、dac后经rf发射。

20、本发明技术方案的有益效果在于：本发明提出的等效qam高阶调制解调系统，通过m色led阵列的二进制开关键控信号的组合，实现了可见光通信的等效qam高阶调制，获得了可见光通信系统的高速率传输性能。该系统既无需对ofdm及mimo等通信体制进行复杂的改造以适应可见光通信系统的特点，也无需对商业化的led器件进行通信需求方面的定制，同时，还可以便捷可靠地融入现有主流的射频通信系统，满足物联网场景的通信需求。由于目前高速通信系统一般会综合利用载波的幅度、频率、相位及多天线等，而目前商业化led器件所能够用于通信用途的参量一般只有幅度、频率及阵列，ofdm及mimo等通信体制在可见光通信系统中需要做非常大的适应性改动。本发明可以有效地避开以上通信体制应用在可见光通信系统方面的缺点。

技术特征：

1.一种等效qam高阶调制的可见光通信系统，其特征在于，包括如下组成部分：

2.如权利要求1所述的等效qam高阶调制的可见光通信系统，其特征在于，m色led发光元件为m色led阵列。

3.如权利要求2所述的等效qam高阶调制的可见光通信系统，其特征在于，qam高阶调制阶数与所述m色led阵列、m阵元探测器及数据包分组的等效关系为：采用m个不同颜色的单色led阵列，能够等效对应2m阶的qam调制，m色led阵列以及m阵元探测器。

4.如权利要求1所述的等效qam高阶调制的可见光通信系统，其特征在于，所述m色led发光元件为支持m色的led发光二极管。

5.一种等效qam高阶调制的可见光通信系统与ofdm通信系统融合的方法，其包括如下步骤：

6.如权利要求5所述的方法，步骤s1具体包括：

7.如权利要求5所述的方法，步骤s2具体包括：

技术总结本发明公开了一种等效QAM高阶调制的可见光通信系统及其与OFDM通信系统融合的方法，所述可见光通信系统中包括：可见光等效QAM调制发射单元，其中，电学部分包括M bit数据位分组、OOK调制和LED阵列驱动；光学部分为M色LED发光元件；可见光等效QAM解调接收单元，电学部分包括光电转换信号的阈值比较、OOK解调及并/串变换；光学部分主要包括光学接收天线、分光滤光片和探测器阵列。该系统既无需对OFDM及MIMO等通信体制进行复杂的改造以适应可见光通信系统的特点，也无需对商业化的LED器件进行通信需求方面的定制，同时，还可以便捷可靠地融入现有主流的射频通信系统，满足物联网场景的通信需求。技术研发人员：薛文通,李杰,白阳,吕明,刘鲲受保护的技术使用者：深圳市力合微电子股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25