本發(fā)明涉及可見光通信技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種兩光源單接收dco-ofdm可見光通信系統(tǒng)的載波調(diào)制階數(shù)自適應(yīng)方法。
背景技術(shù):
ofdm系統(tǒng)中自適應(yīng)技術(shù)的目的就是為了達(dá)到所需的qos,充分利用可用資源(包括功率、頻帶、時間等),并且盡可能降低復(fù)雜度。調(diào)制階數(shù)自適應(yīng)就是在各個載波上可以采用不同的調(diào)制方式。根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)的不同,自適應(yīng)調(diào)制分為三種類型:系統(tǒng)誤碼率最小化、發(fā)送功率最小化、傳輸速率(系統(tǒng)容量)最大化。
如果各個子載波信號的功率相同,并且都采用相同階數(shù)調(diào)制,不同子載波的誤比特率不同,高頻子載波數(shù)據(jù)ber將會大于低頻載波,處于深衰落,系統(tǒng)性能將受限于高頻子載波,因此需要對不同的載波采用調(diào)制階數(shù)自適應(yīng)算法。
在傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)中,針對非平坦信道,自適應(yīng)調(diào)制機制可以有效提高頻譜效率或者降低系統(tǒng)誤碼率等,已經(jīng)有很多相關(guān)文獻(xiàn)研究了關(guān)于載波調(diào)制階數(shù)自適應(yīng)的問題。例如chow算法為了使得系統(tǒng)能夠容忍最大噪聲,通過子信道的容量來確定各個子信道的調(diào)制方式,同時保證系統(tǒng)吞吐量恒定、發(fā)送功率以及誤碼率一定。但是計算復(fù)雜度較高,不適合高速無線數(shù)據(jù)傳輸。hughers-hartogs算法的核心思想就是在系統(tǒng)吞吐量恒定和系統(tǒng)誤比特率一定的條件下,把每一個比特都分配到所需功率最小的子載波上,直到所有的比特數(shù)分配完畢。該算法復(fù)雜度較高,當(dāng)子載波數(shù)很大時,不是很適合實際應(yīng)用。
針對光通信ofdm系統(tǒng),有固定門限算法和平均功率的恒定吞吐量算法等,但是這些研究基本都是關(guān)于單發(fā)射端單接收端的研究,而現(xiàn)在很多室內(nèi)空間下,為了提高照明的質(zhì)量或者說出于美觀原因,會存在不止一個光源。因此需要考慮在兩個發(fā)射端的條件下,調(diào)制階數(shù)自適應(yīng)方案的調(diào)整。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
發(fā)明目的:本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,提供一種dco-ofdm系統(tǒng)的載波調(diào)制階數(shù)自適應(yīng)方法,其考慮在兩個發(fā)射端的條件下對調(diào)制階數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)。
技術(shù)方案:本發(fā)明所述的dco-ofdm系統(tǒng)的載波調(diào)制階數(shù)自適應(yīng)方法,適用于發(fā)射端為兩個led光源、接收端為一個光電二極管的dco-ofdm可見光通信系統(tǒng),其包括以下步驟:
(1)根據(jù)led調(diào)制信道模型,計算led調(diào)制信道的幅頻響應(yīng)g(k)=1/(2πfb+j2πk),式中,fb表示led的3db調(diào)制帶寬值;
(2)將led調(diào)制信道的等效信道響應(yīng)表示為
(3)根據(jù)led調(diào)制信道的等效信道響應(yīng)和led調(diào)制信道的幅頻響應(yīng),建立發(fā)射端為兩led光源的dco-ofdm系統(tǒng)的信道響應(yīng)為
h(k)=h1(k)+h2(k)×ej2πkδt/t=h1(k)×(1+ej2πkδt/t)
式中,h1(k)=h2(k)=g(k)heq(k),heq(k)為heq(t)的頻域,δt為兩led光源的信號延遲,t為符號周期;
(4)根據(jù)系統(tǒng)的信道響應(yīng)計算實際每個子載波對應(yīng)的信噪比snrk和信噪比門限值thi,其中,
式中,
(5)對于子載波k對應(yīng)的信噪比snrk,比較snrk和門限值集合{thi|i=1,2,…,i}的值,當(dāng)thj≤snrk≤thj+1|j∈1,2,…,i時,將子載波k對應(yīng)的最優(yōu)調(diào)制階數(shù)確定為m=2j,以此方式得到所有子載波的最優(yōu)調(diào)制階數(shù)。
其中,步驟(2)中,
有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,其顯著優(yōu)點是:本專利提出了一種基于兩光源系統(tǒng)的載波調(diào)制階數(shù)自適應(yīng)方案。該方案考慮了led信道參數(shù)、光信道的幅頻特性與多發(fā)射端的情況的融合,可以根據(jù)計算出的信道條件,為每一個子載波選擇相應(yīng)的調(diào)制方式,有效提高系統(tǒng)頻譜效率。
附圖說明
圖1是可見光室內(nèi)通信模型圖;
圖2是本發(fā)明系統(tǒng)信道模型圖;
圖3是本發(fā)明各子載波上的調(diào)制比特數(shù)條形圖;
圖4是調(diào)制階數(shù)自適應(yīng)和固定方式下的頻譜效率對比圖。
具體實施方式
一、技術(shù)問題
技術(shù)問題存在的場景如下:如圖1所示,可以設(shè)定房間的尺寸為6m×6m×6m,有兩個發(fā)射端(led光源)tx1和tx2,坐標(biāo)分別為(2,5,6)、(4,5,6),接收端坐標(biāo)為(3,2,2)。
可見光無線信道為平坦衰落信道,其物理信道模型包括直射徑和漫反射兩個部分。因此信道沖激響應(yīng)可以表示為
h(t)=ηlos(t)δ(t)+hdiff(t-δτ)(1)
式中ηlos(t)為直射徑部分,δ(t)為狄拉克δ函數(shù),hdiff(t-τ)為漫反射部分,δτ為直射徑信號到反射徑信號的時間延遲。直射徑部分可以表述為
式中ar為光電二極管的檢測面積,d和
在頻域,反射部分可以表示為
式中f0為3db截止頻率,ηdiff可以表示為
式中aroom為房間表面積,ρ1為led初始照射面的反射率,假設(shè)ρ1=ρ。
可見光信道帶寬的主要限制因素為led的調(diào)制帶寬,這樣在高速傳輸時將會引起isi(符號間干擾)。led的歸一化沖激響應(yīng)為
式中r為pd的響應(yīng)率。
假設(shè)led的3db調(diào)制帶寬為20mhz,同時只有兩個光源,并且關(guān)于接收機是對稱分布的,兩個信號之間的延遲設(shè)為δt,且值的大小不超過cp的長度,這樣才不會造成接收端的isi。于是,兩個傳輸信號可以分別表示為x(t)、x(t-δt),轉(zhuǎn)換到頻域之后,可以將這里的信號延遲放到到信道參數(shù)中考慮。
調(diào)制階數(shù)自適應(yīng)的目標(biāo)就是在保證ber滿足限制的條件下,最大化獲取的頻譜效率。這樣該問題可以表述為
式中,n為fft點數(shù),ncp為循環(huán)前綴長度,mk為第k個子載波的最優(yōu)調(diào)制階數(shù)。
假定目標(biāo)ber為bert=1×10-3,f(m)是與星座類型相關(guān)的量,可以定義為
式中,i=1,2,…,i,i為設(shè)定的子載波傳輸?shù)淖畲蟊忍財?shù)。
二、技術(shù)方法
本發(fā)明所述的dco-ofdm系統(tǒng)的載波調(diào)制階數(shù)自適應(yīng)方法,適用于發(fā)射端為兩個led光源、接收端為一個光電二極管的dco-ofdm可見光通信系統(tǒng),其包括以下步驟:
(1)根據(jù)led調(diào)制信道模型,計算led調(diào)制信道的幅頻響應(yīng)g(k)=1/(2πfb+j2πk),式中,fb表示led的3db調(diào)制帶寬值;
(2)將led調(diào)制信道的等效信道響應(yīng)表示為
(3)根據(jù)led調(diào)制信道的等效信道響應(yīng)和led調(diào)制信道的幅頻響應(yīng),建立發(fā)射端為兩led光源的dco-ofdm系統(tǒng)的信道響應(yīng)為
h(k)=h1(k)+h2(k)×ej2πkδt/t=h1(k)×(1+ej2πkδt/t)
式中,h1(k)=h2(k)=g(k)heq(k),heq(k)為heq(t)的頻域,δt為兩led光源的信號延遲,t為符號周期;
(4)根據(jù)系統(tǒng)的信道響應(yīng)計算實際每個子載波對應(yīng)的信噪比snrk和信噪比門限值thi,其中,
式中,
(5)對于子載波k對應(yīng)的信噪比snrk,比較snrk和門限值集合{thi|i=1,2,…,i}的值,當(dāng)thj≤snrk≤thj+1|j∈1,2,…,i時,將子載波k對應(yīng)的最優(yōu)調(diào)制階數(shù)確定為m=2j,以此方式得到所有子載波的最優(yōu)調(diào)制階數(shù)。
對于本發(fā)買那個進(jìn)行仿真驗證,采用的系統(tǒng)參數(shù)為:系統(tǒng)帶寬80mhz,fft大小為512,cp長度為16,發(fā)射端數(shù)為2,信號延遲為6nsec,系統(tǒng)目標(biāo)誤碼率為bert=1×10-3。
根據(jù)步驟(1)~(3)建立信道模型,最終的信道幅頻響應(yīng)特性如圖2所示。然后將信噪比門限值和實際的各子載波上的信噪比值進(jìn)行對比,最終得到每個子載波上最大的調(diào)制階數(shù)。當(dāng)信號功率為10dbm時,可以得到相應(yīng)的各子載波上的調(diào)制比特數(shù)如圖3所示。可以發(fā)現(xiàn),經(jīng)過這樣的調(diào)制方案之后,系統(tǒng)性能將不再受限于幅頻響應(yīng)小的載波,有效地提高了系統(tǒng)性能。同時對比調(diào)制階數(shù)自適應(yīng)和固定方式下的頻譜效率,如圖4所示??梢钥闯?,經(jīng)過調(diào)制階數(shù)自適應(yīng)之后,系統(tǒng)的頻譜效率要明顯高于固定調(diào)制方式下的頻譜效率。因為對調(diào)制階數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)后,可以通過分析子載波所在的信道條件,充分利用每一個子載波,從而提高了系統(tǒng)的頻譜效率。同時圖中也給出了理論的信道容量曲線,觀察發(fā)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)制之后,與系統(tǒng)容量接近了很多。
以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實施例而已,不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍,因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化,仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。