一種基于直流偏置的濾波器組多載波可見光通信系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于可見光通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于直流偏置的濾波器組多載波可見 光通信系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，作為第五代蜂窩移動通信（5G)關(guān)鍵技術(shù)之一的可見光通信(VLC，Visible Light Communication)正成為移動通信領(lǐng)域的研究熱點。相比于現(xiàn)有射頻波段通信系統(tǒng)， 可見光通信具有免頻譜受權(quán)、潛在容量高、電磁兼容性好、安全保密、對人體無害和同時提 供照明等諸多優(yōu)勢。
[0003] 可見光通信按照收發(fā)機的相干性可分為相干（Coherent)可見光通信和非相干 (Non-Coherent)可見光通信。相干可見光通信所用的技術(shù)和方法與射頻通信幾乎一致，而 IM/DD(強度調(diào)制/直接檢測）通信方案與射頻通信則有很大的不同。相比于相干可見光通 信，非相干可見光通信不需要調(diào)制和恢復(fù)基準(zhǔn)載波，更易于實現(xiàn)，設(shè)備成本更低，是一種很 有競爭力的通信方案。非相干可見光通信的主要實現(xiàn)方式是強度調(diào)制/直接檢測（IM/DD， Intensity Modulation/Direct Detection)，即將信息調(diào)制在光源發(fā)出的光信號的強度 (Intensity)上進(jìn)行傳輸，在接收端使用光電探測器探測出光強的變化以恢復(fù)原來的信息。 因此，頂/DD通信方式要求待發(fā)送信號必須為實數(shù)且為非負(fù)數(shù)，以滿足光強度的物理意義。 值得注意的是，頂/DD通信方案即可以應(yīng)用在基于發(fā)光二極管(LED)的可見光無線通信中， 也可以應(yīng)用在基于光纖的可見光有線通信中。采用IM/DD方式通信的系統(tǒng)所對應(yīng)的傳輸信 道一般就稱為頂/DD信道。
[0004] 鑒于IM/DD通信方式的重要性，本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容限定于IM/DD通信方式，所公布 的系統(tǒng)和方法適用于IM/DD信道，包括無線通信信道和有線通信信道。
[0005] 為充分挖掘可見光通信的潛力，作為多載波(MC，Multi-Carrier)技術(shù)的典型實現(xiàn) 方案，正交頻分復(fù)用（OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)已經(jīng)被 廣泛應(yīng)用于可見光通信。在頂/DD通信方式范疇下，已經(jīng)有多種典型的光OFDM系統(tǒng)被陸續(xù)提 出，包括直流偏置光〇FDM(DC〇-〇FDM,Direct Current Optical 0FDM)、非對稱限幅光0FDM (AC0-0FDM,Asymmetrically Clipped Optical OFDM)、幅度調(diào)制離散多音（PAM-DMT,Pulse Amplitude Modulation Discrete Multi Tone)、反轉(zhuǎn)OFDM(Flip-OFDM)和增強的單極性 0FDM(eU_0FDM，enhanced Unipolar OFDM)等。
[0006] 盡管上述這些光OFDM系統(tǒng)取得了較好的性能，然而，它們?nèi)匀淮嬖谝恍┕残缘膯?題。典型的問題包括：1)這些光0FDM系統(tǒng)都需要在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候附加循環(huán)前綴（CP， Cyclic Prefix)，以便于消除碼間干擾，但是，CP的引入一方面增加了發(fā)送功率，另一方面 延長了發(fā)送時間，從而降低了頻譜效率;2)0FDM系統(tǒng)需要各個子載波嚴(yán)格同步，不支持異步 傳輸模式，這使得這些光0FDM系統(tǒng)在用于多用戶通信的情形下對同步的要求非常嚴(yán)格，這 會對收發(fā)端的設(shè)計帶來很大挑戰(zhàn)，也限制了系統(tǒng)的靈活性。
[0007] 因此，需要一種可以克服上述光0FDM缺陷的技術(shù)方案。
[0008] 作為多載波技術(shù)的另一個典型實現(xiàn)方案，濾波器組多載波（FBMC，F(xiàn)ilter Bank Multi-Carrier)技術(shù)近年來也受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注，并在5G研究中作為替代OFDM的備選 方案。這正是由于FBMC可以較好地克服0FDM的上述缺陷:FBMC不需要附加CP，其各個子載波 (也稱為子帶)上的數(shù)據(jù)流也無需嚴(yán)格同步。然而，盡管在射頻無線通信中FBMC的研究正在 廣泛開展，在可見光通信中，關(guān)于FBMC的研究報道卻很少，且僅限于有線信道下的相干通信 方式中。在頂/DD通信方式下，無論是有線還是無線通信，均未見相關(guān)論文或?qū)＠墨I(xiàn)報道。 如何在IM/DD信道下設(shè)計FBMC系統(tǒng)，同時克服光0FDM系統(tǒng)的缺陷，仍是一個亟待解決的問 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對頂/DD通信方式下現(xiàn)有光0FDM系統(tǒng)需要附加CP和對同步要求嚴(yán)格的缺陷，本 發(fā)明提供了一種基于直流偏置的濾波器組多載波可見光通信系統(tǒng)及方法，可以克服現(xiàn)有系 統(tǒng)的缺陷。
[0010] 為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于直流偏置的濾波器組多載 波可見光通信系統(tǒng)，包括發(fā)送端和接收端；
[0011] 所述發(fā)送端，包括：
[0012] -接口與緩存模塊，用于從外部應(yīng)用接收并緩存所要傳輸?shù)男畔⒈忍亓鳎?br>[0013] -數(shù)字基帶預(yù)處理模塊，用于對信息比特流進(jìn)行預(yù)處理，生成多路調(diào)制符號流；
[0014] -綜合濾波器組處理模塊，用于對所要傳輸?shù)亩嗦氛{(diào)制符號流進(jìn)行綜合濾波器組 處理，使得每一路調(diào)制符號流分別加載到濾波器組的一個子帶上，并疊加生成一路多載波 數(shù)字信號流；
[0015] -數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換模塊，用于對所要傳輸?shù)臄?shù)字信號流進(jìn)行數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換，生成模 擬信號；
[0016] -偏置與驅(qū)動電路模塊，用于對模擬信號進(jìn)行放大，同時附加直流偏置，使得經(jīng)過 放大和偏置后的模擬信號與光源的正常工作區(qū)間相匹配；
[0017] -光源，用于在經(jīng)過放大和偏置的模擬電域信號的驅(qū)動下發(fā)光，從而將模擬電域信 號轉(zhuǎn)換為光強信號，并發(fā)送到可見光通信信道中；
[0018] 所述接收端包括：
[0019] -光電轉(zhuǎn)換器及其驅(qū)動電路模塊，用于將接收到的光強信號通過光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換 為電信號；
[0020] -放大濾波模塊，用于對經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后的電域信號進(jìn)行放大和濾波，使其信號幅 度處于后接模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的工作區(qū)間，同時濾除直流分量以及帶外噪聲；
[0021] -模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，用于將放大濾波后的模擬電信號進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，生成 數(shù)字電域信號，便于接收機處理；
[0022] -分析濾波器組處理模塊，用于對數(shù)字電域信號進(jìn)行分析濾波器組處理，將一路多 載波信號重新分解為多路并行傳輸?shù)姆柫鳎?br>[0023] -均衡模塊，用于對分析濾波器組輸出的多路并行符號流的每一路進(jìn)行均衡操作， 消除信道畸變對信號產(chǎn)生的影響；
[0024]-數(shù)字基帶后處理模塊，用于對經(jīng)過均衡的多路并行符號流進(jìn)行后處理，恢復(fù)出原 來的一路信息比特流；
[0025]-緩存與接口模塊，用于緩存信息比特流并發(fā)送給外部目標(biāo)應(yīng)用。
[0026]進(jìn)一步的，所述數(shù)字基帶預(yù)處理模塊具體包括：
[0027] -調(diào)制模塊，用于對比特流進(jìn)行脈沖幅度調(diào)制，生成調(diào)制符號流；
[0028] -串并轉(zhuǎn)換模塊，用于對調(diào)制符號流進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，將一路高速符號流轉(zhuǎn)換成多路 并行的低速調(diào)制符號流；
[0029]所述數(shù)字基帶后處理模塊具體包括：
[0030] -并串轉(zhuǎn)換模塊，用于將分析濾波器組輸出的多路并行低速符號流進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換， 形成一路高速的符號流；
[0031] -符號判決模塊，用于對輸入的高速符號流進(jìn)行符號判決，輸出經(jīng)過判決的脈沖幅 度調(diào)制符號流；
[0032] -解調(diào)模塊，用于對判決后的脈沖幅度調(diào)制符號流進(jìn)行解調(diào)，即解星座圖映射，從 而將調(diào)制符號流解調(diào)為對應(yīng)的比特流。
[0033] 進(jìn)一步的，在數(shù)字基帶預(yù)處理模塊的調(diào)制模塊之前，加入編碼模塊和交織模塊；
[0034] -編碼模塊，用于對信息比特流進(jìn)行信道編碼，增加傳輸?shù)目煽啃裕?br>[0035] -交織模塊，用于對編碼后的信息比特流進(jìn)行交織處理，增加抗連續(xù)突發(fā)錯誤能 力；
[0036] 在數(shù)字基帶后處理模塊的解調(diào)模塊之后，加入解交織模塊和解碼模塊；
[0037] -解交織模塊，用于對經(jīng)過解調(diào)的比特流進(jìn)行解交織操作；
[0038] -解碼模塊，用于對經(jīng)過解交織后的比特流進(jìn)行解碼，從而恢復(fù)出原始信息比特 流。
[0039]進(jìn)一步的，所述綜合濾波器組處理模塊采用具有完全重構(gòu)性質(zhì)的Μ通道余弦調(diào)制 濾波器組，具體包括:Μ路并行Ρ倍上采樣器，用于對調(diào)制符號流進(jìn)行Ρ倍上采樣，從而生成Ρ 組鏡像頻譜;Μ路并行子帶綜合濾波器，每路子帶綜合濾波器的頻響僅與前后相鄰兩路子帶 綜合濾波器的頻響交疊，用于對上采樣后的調(diào)制符號流進(jìn)行子帶濾波，取出對應(yīng)的一組鏡 像頻譜;加法器，用于對經(jīng)過子帶濾波后的多路信號流進(jìn)行相加，生成單路數(shù)字信號流，該 路信號包含了 Μ路子帶信號，從而構(gòu)成濾波器組多載波信號；
[0040] 所述分析濾波器組處理模塊采用具有完全重構(gòu)性質(zhì)的Μ通道余弦調(diào)制濾波器組， 具體包括:Μ路并行子帶分析濾波器，每路子帶分析濾波器的頻帶與其對應(yīng)的子帶綜合濾波 器相同，用于對接收到的數(shù)字電域