[发明专利]脉冲和OFDM双重数据调制方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及的是利用照明LED实现短距通信时的一 种脉冲和OFDM的双重数据调制和解调的装置及方法。

背景技术

基于照明LED的可见光通信是一种新兴的短距无线通信方式，有望取代或者 补充当前的短距RF无线通信技术，以提高通信速率、降低成本和环境的电磁辐 射。目前，已经初步证实了不同环境下使用照明用LED通信的可行性，其中包括 在室内和智能交通中的应用。

通信的重要技术方面之一是对通信数据信号的调制。针对不同通信体制和应 用需求，广义地讲，采用的调制方式有各种脉冲调制(PM)、QAM(正交幅度调制) 调制、OFDM(正交频分复用)调制以及CDMA(码分多址)等。有效的调制方式 对通信系统的数据传输速率、容量和质量有很大的影响。

脉冲调制是一种比较简的调制方式，在有线的基带通信系统中常用，其中一 种就是OOK(开关键控)调制。OFDM调制是一种有效消除信道多径延迟影响的多 载波调制方式，其应用有越来越广泛的趋势，已经成功应用在xDSL(数字用户 线)宽带接入系统和无线局域网标准IEEE802.11a中，并有可能应用在未来的多 种无线通信系统。

可见光的波段在400nm到700nm之间，用作照明的大功率白光LED将是未 来实现可见光通信的主体。常规的白光LED有两类：单芯片和多芯片，这是两种 不同的实现技术。单芯片技术采用一个单色波段的LED激励黄色或者红色和绿色 混合的荧光粉发出混合色的光，常用的激励光源是蓝光LED(或者紫外LED)。因 此，单芯片白光LED的光谱特性截然分为冷色的蓝光和红黄色的暖色光两部分。 在图1中示出了一个典型的单芯片白光LED的光谱曲线，作为激励光源的蓝光光 谱大约在420nm-460nm范围，荧光粉发光的暖色光光谱大约在500nm-750nm范 围。多芯片的白光LED由三基色光的LED构成。目前，由于照明时的功率需求， 大多数白光LED采用单芯片的结构，而多芯片结构的白光LED多用于功率要求不 太高但色彩质量要求较高的场合，如显示屏等。

上述模式的单芯片LED，蓝光属于半导体性质，是直接电驱动，所以响应比 较快，有很高的带宽。而荧光粉属于二次响应，速度较慢，带宽较窄。因此，当 用LED进行通信时，存在一个不同光谱的光在响应速度上的差异。

目前对可见光通信的研究，采用的调制方式有OOK方式、PWM方式、CDMA 方式(如Tim C.W.Schenk，“Optical Wireless CDMA Employing Solid State Lighting LEDs”)、OFDM方式(如Hany Elgala，“Indoor Broadcasting via White LEDs and OFDM”)等。鉴于可见光照明LED发射光的非相干性和单极性，通常认为 OOK方式可能是实现比较简单又能够达到一定速率的较实用的调制方式，而OFDM 则是比较复杂但能够在非相干波上实现多载波高速传输的调制形式。

如果只用一个光接收机接收全光谱频段的光，那么通信系统的带宽决定于慢 响应的暖色光。目前大多数的研究，针对就是这一种情况，系统能够实现的带宽 大概在10MHz左右。另外也有研究单独针对蓝色光部分的快速响应特性，如在 Hoa Le Minh的论文“100-Mb/s NRZ Visible Light Communications Using a Postequalized White LED”和S.C.J.Lee的论文“Discrete Multitone for Novel Application Areas of Optical Communications”中，采用了蓝色滤光片滤除掉了 慢速暖色光，从而在简单的OOK调制下或者在OFDM调制下达到了很高的数据传 输速率。但是，这种方法显然无法用到蓝色光之外的大部分光的能量，而这部分 光在采用OFDM调制时，也能够达到大约同样量级的数据传输速率。