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)表示為式中r為光電二極管的響應(yīng)率，g(t)為led的歸一化沖激響應(yīng)，h(t)為包括直射徑和漫反射的物理信道模型；

(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)×e^j2πkδt/t＝h1(k)×(1+e^j2πkδt/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，為接收端噪聲的方差，為子載波信號功率，bert為設(shè)定的最大誤碼率，i為設(shè)定的子載波傳輸?shù)淖畲蟊忍財?shù)，snrk為子載波k對應(yīng)的信噪比；

(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＝2^j，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，式中fl為led的3db調(diào)制帶寬。h(t)＝hlos(t)δ(t)+hdiff(t-δτ)，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。

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和分別表示從led光源到pd(光電二極管)的距離和入射角，為光濾波器增益，為接收機的集線器增益，ψ為接收機的視場角，θ為從led到pd的輻射角，m為朗伯輻射階數(shù)。

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fl為led的3db調(diào)制帶寬。這樣可見光通信系統(tǒng)的等效信道可以表示為

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)表示為式中r為光電二極管的響應(yīng)率，g(t)為led的歸一化沖激響應(yīng)，h(t)為包括直射徑和漫反射的物理信道模型；

(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)×e^j2πkδt/t＝h1(k)×(1+e^j2πkδt/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，為接收端噪聲的方差，為子載波信號功率，bert為設(shè)定的最大誤碼率，i為設(shè)定的子載波傳輸?shù)淖畲蟊忍財?shù)，snrk為子載波k對應(yīng)的信噪比；

(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＝2^j，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。