[发明专利]一种可见光通信中OFDM调制方式下的闪烁抑制方法

说明书

本发明公开了一种可见光通信中OFDM调制方式下的闪烁抑制方法，有效缓解了现有室内VLC系统中当白光LED作为发射机时由于低频闪烁造成的用眼健康问题。该方法对发送端OFDM频域子载波进行排列，选取含有低频闪烁分量的第1和第N‑1个子载波进行置零操作后，再对子载波序列进行厄密特对称和IFFT变换，最后对时域OFDM信号进行单极性处理后加载到白光LED上送入信道进行传输。本设计与传统闪烁抑制方法不同，通过在发射端对频域的信号进行分析处理实现低频闪烁分量的去除。由于含低频闪烁分量的子载波置零后不携带数据，在信道中传输的可见光信号中不包含200Hz以下的低频分量，因此在保障通信功能和维持室内正常照明的同时有效避免了VLC系统中低频闪烁造成的人眼不适。

技术领域

本发明属于可见光通信技术领域，尤其适LED同时实现照明和通信功能的室内可见光模型中的数据传输方式。

背景技术

可见光通信（Visible Light Communication, VLC）是一种利用380nm~780nm波长范围内的可见光作为调制载波进行信息传输的光无线通信技术。发光二极管 LED是一种将电信号转换为光信号的双引线半导体光源，可作为可见光通信系统的发射器。基于白光LED的可见光通信为室内无线通信提供了一种不受频谱限制、超高速、可靠安全、易于互联的方案，当室内的通信基站与白光LED照明灯具相结合并连接到其他通信网络时，便构成了一个集照明和通信于一体的无线网络系统。可见光通信技术推动了社会的发展，改善了我们的生活，但与此同时健康风险不能忽视。目前VLC技术的研究大多追求高速率和高容量，忽略了人体健康，而人眼作为重要的感知器官如果长时间暴露在闪烁的调制光源会导致视力下降、机理受损。因此，实现人眼无害的绿色健康照明对于基于白光LED传输的室内VLC系统来说是十分有意义的。

闪烁是指光的亮度随时间波动，忽明忽暗。较低的传输速率、调光技术的引入和驱动电路设计不良都会造成闪烁的发生，闪烁短期内引发视觉不适、用眼疲劳，长期暴露在闪烁光源下会引发头痛、视力下降甚至癫痫发作，有损身心健康。强烈的闪烁还会影响人们对运动中的物体的运动状态的判断，易诱发生产事故。

现有的LED闪烁消减方案，主要从驱动电路的设计和改进编码调制方式两方面解决。一方面，LED灯源若采用恒定的直流供电，理论上可以实现无频闪恒定的照明效果。LED想要单纯地满足无频闪的要求，大致有下列三种方式：①加大输出电解电容；②增加一级DC；③采用填谷式被动功率因素校正方案。但是供电效率无法达到节能的要求，且成本昂贵。另一方面，IEEE 802.15.7可见光通信标准中指出，当最大闪烁时间周期（MaximumFlickering-Time Period, MFTP）小于5ms，对应频率大于200Hz时，闪烁对于人眼是不可察觉的，并且可以通过改进编码方式减少传输序列中0码和1码的长时间存在，使其交替出现以减少闪烁。在现有的解决方案中，PHY I和PHY II物理层可以分别利用曼彻斯特码以及4B6B、8B10B编码来缓解调可见光系统中的帧内闪烁，同时还可以在无数据传输期间插入空闲模式（补偿时间）以减少帧间闪烁。虽然游程长度限制（Run Length Limit, RRL）码可以缓解调光引起的闪烁，但当数据速率降低、比特序列分布极差时可能会出现性能瓶颈。曼彻斯特编码中每个逻辑位被编码成两个物理位，导致在低数据速率下应用受限。而4B6B和8B10B编码中，需要一个查找表来匹配输入数据和输出数据。为了实现这一点，在硬件实现中使用关联非易失性存储器是必不可少的。然而，在生产规模小、复杂度受限的物联网设备时，这是一个重大障碍。额外的编码开销会降低系统的最大可达数据传输速率，速率降低对VLC这种带宽有限的系统的影响很大，此外，也增加了接收机的解码成本和复杂度。闪烁问题在电子显示屏、灯具和视频游戏等领域得到了很好的研究，但是在目前的VLC设计中只解决了部分问题，存在一些局限性。

发明内容