[发明专利]基于OFDM调制编码和分频接收的可见光通信系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于OFDM调制编码和分频接收的可见光通信系统及方法，涉及可见光通信领域，该可见光通信系统包括发送端和接收端，发送端包括依次连接的第一数字信号处理器、数模转换器、LED驱动电路和单芯片LED，接收端包括凸透镜、二向分束器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一模数转换器、第二模数转换器和第二数字信号处理器，凸透镜通过空间光路与二向分束器相连，第一模数转换器、第二模数转换器均与第二数字信号处理器相连。本发明使得调制的电信号和光信号能量合理分布在接收信号的各个频段当中，使接收到的信号在保持高带宽的条件下能量得到有效利用，提高接收信号的功率以增加系统的信噪比，提升系统的性能。

主权项

一种基于OFDM调制编码和分频接收的可见光通信系统，包括发送端和接收端，其特征在于：所述发送端包括依次连接的第一数字信号处理器（1）、数模转换器（2）、LED驱动电路（3）和单芯片LED（4），接收端包括凸透镜（5）、二向分束器（6）、第一光电探测器（7）、第二光电探测器（8）、第一模数转换器（9）、第二模数转换器（10）和第二数字信号处理器（11），凸透镜（5）通过空间光路与二向分束器（6）相连，二向分束器（6）通过空间光路分别与第一光电探测器（7）、第二光电探测器（8）相连，第一光电探测器（7）通过第一模数转换器（9）与第二数字信号处理器（11）相连，第二光电探测器（8）通过第二模数转换器（10）与第二数字信号处理器（11）相连；在发送端，第一数字信号处理器（1）对传输数据进行特定的OFDM编码：可见光包括蓝光和黄光，假设黄光可用带宽的截止频率为f1，蓝光可用带宽的截止频率为f2，单位为赫兹，将单芯片LED（4）可使用的频段分为低频段和高频段：低频段为0‑f1，高频段为f1‑f2，单位为赫兹，将原始数据分为两路信号，采用相同的采样率分别对两路信号进行独立的OFDM编码，该采样率的数值与f2的数值相同，单位为采样点/秒，并且每个符号也包含同样多的子载波个数N，N为2的正整数次幂，使得这两路独立信号仍然保持正交性，不同在于：一路信号OFDM编码仅填充低频段部分，而另一路信号OFDM编码仅填充高频段部分；第一数字信号处理器（1）完成OFDM编码后，在保证低频段信号调制深度的条件下，调整低频段和高频段两个频段上OFDM可见光信号的功率谱大小，使高频段功率谱大于低频段功率谱，第一数字信号处理器（1）完成能量分配后，将两段独立 的信号叠加后输出，第一数字信号处理器（1）输出的数字信号经过数模转换器（2）变成模拟的电信号，数模转换器（2）的采样率的数值与f2的数值相同，单位为采样点/秒，该模拟信号经LED驱动电路（3）放大后直接输出给单芯片LED（4）进行调制，单芯片LED（4）产生携带调制信号的信息的光信号：单芯片LED（4）中含有荧光粉，单芯片LED（4）对两段独立的模拟的电信号同时进行光电转换，直接输出蓝光信号，一部分蓝光信号入射到单芯片LED（4）的荧光粉中，该部分蓝光信号变成黄光信号，荧光粉滤除黄光信号中的高频部分，仅保留黄光信号中的低频部分，另一部分蓝光信号与该黄光信号合成白光信号，单芯片LED（4）将白光信号发送出去，进行可见光信号的传输；在接收端，对可见光信号进行接收解调：首先使用凸透镜（5）对接收到的白光信号进行汇聚，得到白光信号，汇聚的白光信号通过二向分束器（6），二向分束器（6）将白光信号分成黄光信号和蓝光信号，使得蓝光完全反射，黄光完全透射，这时黄光信号携带主要低频段信号，蓝光信号携带主要高频段信号，黄光信号进入第一光电探测器（7）进行光电转换，蓝光信号进入第二光电探测器（8）进行光电转换，第一光电探测器（7）输出的模拟信号进入第一模数转换器（9）进行模数转换，第二光电探测器（8）输出的模拟信号进入第二模数转换器（10）进行模数转换，第一模数转换器（9）、第二模数转换器（10）的采样率的数值均为f2的数值的整数倍，单位均为采样点/秒，从而完成模拟信号的接收过程；最终第一模数转换器（9）、第二模数转换器（10）输出的数字信号进入第二数字信号处理器（11）分别进行OFDM数字解调，对黄光频段，OFDM数字解调完成后仅取低频段信号为有效信号，恢复原始信号；对蓝光频段，OFDM数字 解调完成后仅取高频段为有效信号，恢复原始信号，完成可见光的接收；第二数字信号处理器（11）进行OFDM数字解调时，采样率的数值均与f2的数值相同，单位均为采样点/秒，符号的子载波个数为N。