一種多色led可見光通信自適應傳輸方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種多色LED可見光通信自適應傳輸方法，屬于可見光通信技術。
【背景技術】
[0002] 無線光通信（owe)因其頻譜資源豐富且不受限制，發射功率大可提高接受信噪 比，電磁輻射水平低，安全性好等優勢而獲得通信領域研宄人員的關注，并逐漸成為研宄熱 點。近年來，可見光通信技術得到了迅速的發展，IEEE已經制定了IEEE802.15.7標準，對 其物理層（PHY，Physics)和媒體接入控制層（MAC，Medium Access Control)實現方法和參 數指標進行了標準化。為了提高無線光通信系統的傳輸速率，對抗多徑干擾，OFDM調制方 式被引入其中，研宄人員從理論及實驗中發現OFDM是一種有效提高無線光通信系統性能 的方式。而目前出現的無線光OFDM通信系統大都是是針對特定的信道設計的，保證在最差 的信道條件下也能正常通信，但是通信速率在惡劣的信道環境和良好的信道環境下沒有差 異，這樣的系統不能把良好的信道條件轉變為傳輸速率增益。
[0003] 由于目前的無線光通信系統普遍采用強度調制/直接檢測（頂/DD)，因此要保 證OFDM時域信號的正實性。現在被廣泛采用的兩個光通信OFDM結構是非對稱削波光 OFDM(ACO-OFDM)和直流偏置光OFDM(DCO-OFDM)。AC0-0FDM是對傳統OFDM在光通信特殊信 道傳輸的改良，由澳大利亞科學家Jean Armstrong在2006年提出，它基本的思路就是用更 多的子載波通過Fourier變換的一些性質來換取發射符號在時域滿足光信道的特性，它的 頻域符號滿足共軛對稱性且偶數子載波上的值全為〇,只有1/4的子載波用于發送有效符 號，因此頻譜利用率比較低；但它不要加直流偏置，可以提高能量利用率。DC0-0FDM的頻域 符號也滿足共軛對稱性，但不要求偶數子載波上的值為0,有1/2的子載波用于傳輸有效符 號，頻譜利用率高，但是其為了使時域信號是正值，需要對IFFT輸出的信號加額外的直流 偏置，降低了能量利用率。
[0004] 白光LED按照發光二極管數量的不同可分為單晶型和多晶型。常見的單晶型白 光LED是利用單片藍光LED去激發黃色熒光粉來產生白光，其技術簡單，價格便宜，現階段 的白光LED主要都是采用這種技術的，但其顯色指數和發光效率都較低。常見的多晶型白 光LED是將紅、綠、藍、黃等種顏色的LED進行混色從而產生白光的，其顯色指數和發光效率 相對于單晶型白光LED都有較大提升，但其技術相對復雜，現階段成本較高。這兩種LED等 都能用于可見光通信，而且還能對多晶型的LED燈的多種顏色的二極管分別調制再在接收 端加濾光片得到多個相對獨立的信道，實現可見光多波段通信，提高傳輸速率。但是多晶型 LED燈的紅、綠、藍、黃等子信道的信道特性不一樣，可以通過自適應調制技術來充分利用這 些子信道的帶寬。

【發明內容】

[0005] 發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種適用于多色LED可 見光通信系統的自適應傳輸方案，該系統能夠根據各個顏色光信道的不同自適應地改變調 制，從而在確保系統通信可靠性的同時提高傳輸速率。
[0006] 技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：
[0007] 一種多色LED可見光通信自適應傳輸方法，系統包括配置協商和正常通信兩種工 作狀態，在未知多色LED可用傳輸帶寬以及正常通信時發生信干比變化超過閾值情況下， 進入配置協商狀態；在配置協商狀態，通過發送前導序列估計可用帶寬以及有效信干比，采 用正交頻分復用（OFDM)虛擬子載波方法實現不同色上不等帶寬傳輸，跟據系統等效信干 比選擇糾錯編碼碼率，并依據各個顏色可用帶寬內各子載波等效信干比選擇合適的調制方 法，實現逼近信道容量的自適應傳輸；配置協商完成之后系統進入正常通信狀態，進行通信 傳輸。
[0008] 本發明通過引入虛擬子載波使得不同色上采用子載波間隔相同的OFDM調制，大 大簡化了實現復雜度，通過等效信干比選擇編碼碼率和子載波調制，有效提高了頻帶利用 率和功率效率。
[0009] 在配置協商狀態，包括如下步驟：首先，發射機發送特定的接收端已知的導頻序列 給接收機；然后，接收機根據接收到的導頻序列，估計出各子載波上的信干比，得到適應當 前系統信道條件下的傳輸參數，并將該傳輸參數發送給接收機；接著，發射機收到傳輸參數 后，按照傳輸參數設置發射機，設置成功之后發送ACK給接收機；再次，接收機收到ACK信號 之后，按照傳輸參數設置接收機，設置成功之后發送ACK給發射機，發射機收到ACK，表示參 數配置結束，系統進入正常通信狀態；最后，接收機和發射機進行正常數據傳輸。
[0010] 該方法具體包括如下步驟：
[0011] (1)系統開機之后進入配置協商狀態，發射機首先在各個顏色（如RGB三色）子信 道上將特定的、接收端已知的ZC序列放在各子載波上，ZC序列經共軛對稱和快速傅里葉變 換（IFFT變換）后轉換為ZC序列時域信號并發送出去；其中ZC序列即為前導序列，其表達 式為：
[0012]
【主權項】
1. 一種多色LED可見光通信自適應傳輸方法，其特征在于：系統包括配置協商和正常 通信兩種工作狀態，在未知多色LED可用傳輸帶寬以及正常通信時發生信干比變化超過閾 值情況下，進入配置協商狀態；在配置協商狀態，通過發送前導序列估計可用帶寬以及有效 信干比，采用正交頻分復用虛擬子載波方法實現不同色上不等帶寬傳輸，跟據系統等效信 干比選擇糾錯編碼碼率，并依據各個顏色可用帶寬內各子載波等效信干比選擇合適的調制 方法，實現逼近信道容量的自適應傳輸；配置協商完成之后系統進入正常通信狀態，進行通 信傳輸。
2. 根據權利要求1所述的多色LED可見光通信自適應傳輸方法，其特征在于：在配 置協商狀態，包括如下步驟：首先，發射機發送特定的接收端已知的導頻序列給接收機；然 后，接收機根據接收到的導頻序列，估計出各子載波上的信干比，得到適應當前系統信道條 件下的傳輸參數，并將該傳輸參數發送給接收機；接著，發射機收到傳輸參數后，按照傳輸 參數設置發射機，設置成功之后發送ACK給接收機；再次，接收機收到ACK信號之后，按照傳 輸參數設置接收機，設置成功之后發送ACK給發射機，發射機收到ACK，表示參數配置結束， 系統進入正常通信狀態；最后，接收機和發射機進行正常數據傳輸。
3. 根據權利要求1所述的多色LED可見光通信自適應傳輸方法，其特征在于：該方法 具體包括如下步驟： (1) 系統開機之后進入配置協商狀態，發射機首先在各個顏色子信道上將特定的、接收 端已知的ZC序列放在各子載波上，ZC序列經共軛對稱和快速傅里葉變換后轉換為ZC序列 時域信號并發送出去；其中ZC序列即為前導序列，其表達式為：
式中：r為ZC序列的根指數，與ZC序列的長度Nz。互素 ；k = 0, 1，…，Nze-I，q為任意整 數； (2) 接收機各個顏色子信道分別用同樣的ZC序列時域信號去與接收到的信號序列做 相關，得到的相關峰即為同步峰，公式如下：
式中：y(n)表示接收到的信號序列，Xk(H)表示已知的ZC序列時域信號，p(d)是y(n) 和xz。(η)的互相關函數，d為互相關函數的自變量，N為ZC序列的長度，η表示接收信號的 位置；將P(d)的峰值作為ZC序列同步頭，根據同步頭從接收到的信號序列中提取出經過信 道后的ZC序列時域信號y z。(η); (3) 對接收機的各個顏色子信道接收到的yz。(η)做快速傅里葉變換得到ZC序列的頻 域信號Yze (η)，用LS算法得到信道的頻域響應：
式中：Η(η)為第η個子載波對應的信道系數，XzJPYzc分別表示未經過信道和經過信 道的頻域ZC序列； (4) 根據各個顏色子信道的信道參數H、Xz。重構接收序列的估計值：
則各子載波上的噪聲干擾方差為σ2(π) = |7ζ,.⑷-㈨|2,得到各個子載波的信干比 的估計值為此SINR的估計值與真實值之間存在一定的差距，需 要根據先驗信息進行修正得到更準確的SINR估計值；按照預定的信道編碼碼率的誤比特 率要求選擇各個子載波的調制階數，把SINR值低于預定的SINR下限的子載波設為虛擬子 載波，即在這些子載波上不傳輸數據，然后接收機將配置信息用信令信道發送給發射機； (5) 發射機收到配置信息并經過CRC確認配置信息正確之后，發送ACK信號給接收機； (6) 接收機收到ACK之后返回一個ACK給發射機，發射機收到ACK后確認雙方的配置協 商完成，進入正常通信階段，開始用協商的配置發送用戶數據； (7) 接收端正常接收用戶數據，并跟蹤監測系統的信干比SINR，如果SINR出現明顯變 化，則重新進入配置協商狀態，再次協商配置，實現傳輸參數與信道的自適應更新。
【專利摘要】本發明公開了一種多色LED可見光通信自適應傳輸方法，在未知多色LED可用傳輸帶寬以及正常通信時發生信干比變化超過閾值情況下，進入配置協商狀態；在配置協商狀態，通過發送前導序列估計可用帶寬以及有效信干比，采用正交頻分復用虛擬子載波方法實現不同色上不等帶寬傳輸，跟據系統等效信干比選擇糾錯編碼碼率，并依據各個顏色可用帶寬內各子載波等效信干比選擇合適的調制方法，實現逼近信道容量的自適應傳輸；配置協商完成之后系統進入正常通信狀態，進行通信傳輸。本發明通過引入虛擬子載波使得不同色上采用子載波間隔相同的OFDM調制，簡化了實現復雜度，通過等效信干比選擇編碼碼率和子載波調制，有效提高了頻帶利用率和功率效率。
【IPC分類】H04L27-26, H04B10-116
【公開號】CN104539363
【申請號】CN201510019678
【發明人】趙春明, 吳滿, 黃鶴, 梁霄
【申請人】東南大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月15日