[发明专利]室内可见光通信发光二极管传输预失真系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种光通信领域的技术，具体是一种基于FPGA及其软核的室内可见光通信发光二极管传输预失真系统及方法。

背景技术

随着发光二极管(LED)技术的发展，LED照明在世界上变得越来越普及，可见光通信(VLC)技术的可行性也越来越高。使用LED的VLC技术具有安全、节约成本、无需占用额外频谱资源等优点，而LED具有低成本，开关响应快，寿命长等优点。这两者的结合具有很好的发展前景，正受到越来越广泛的关注。使用LED作为光源，无论对于照明还是无线通信均有很多益处：

第一，低成本，光电转换效率高，低电力消耗和寿命长，这是相当大的优势。

第二，LED的照明设备可以设计成各种形状的，这对于传统的照明，如白炽灯泡和荧光灯来说，是很难实现的。

第三，发射频率高，不受无线电频谱的限制。

第四，LED的照明设备安装起来十分便捷，外形美观，且对人眼也十分安全。

第五，具有实现高速数据通信的可能性，其通信的速度可以达到几十兆至几百兆每秒，未来的传输速度甚至可能超过光纤通信系统，只要在光源能够照到的地方，就可以用特定的终端来长时间稳定地下载和上传高清画面和数据。

第六，由于VLC系统使用光作为传播信号的载体，在通信过程中只要有光的遮挡物，即可避免信息的外泄，保证了安全性和保密性。

LED的响应非常快，所以借助于强度调制，LED能够在适合照明的光照强度的同时用来传递信息，尤其是在室内环境的干扰比较小，所以VLC系统可以提供稳定可靠的高速数据传输。可以预计，不久之后，高效的LED照明系统将会完全取代传统的照明系统。

虽然LED的优点很多，但是非线性失真是LED传输的一个主要缺点。LED是可见光通信系统中最主要的非线性器件，同时由于通带内非平坦的频率响应还伴随着记忆效应。LED的记忆非线性主要恶化了VLC系统的误差矢量幅度和比特误码率。预失真技术通常被用来补偿LED的非线性，从而提高可见光通信系统的性能，但现有的预失真技术都不具备自适应性并且没有考虑到LED的记忆效应。

发光二极管是VLC系统中最主要的非线性器件，同时由于通带内非平坦的频率响应还伴随着记忆效应，LED的记忆非线性恶化了VLC系统的误差矢量幅度和比特误码率。预失真技术通常被用来补偿LED的非线性，从而提高VLC系统的性能。目前对于LED传输特性的预失真在软件仿真上已经取得研究性进展，但是对于在现场可编程门阵列(FPGA)上实现较为困难。其根本原因在于，由于温度改变，LED器件老化等外界和内在的条件改变影响之下，它的传输特性会不断变化，因此要通过自适应算法对数字预失真的参数进行调整。自适应算法要进行大量的矩阵乘法，求逆等运算，需要消耗大量的硬件资源，在用FPGA搭建整个通信系统的过程中，硬件资源是及其宝贵的，用硬件资源实现数字预失真模块中的自适应过程会消耗大量的硬件资源，导致没有足够多的硬件资源供其他的通信模块使用。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102684819A，公开(公告)日2012.09.19，公开了一种数据传输方法及相关设备、系统。其中，一种数据传输方法包括：发射端将下行用户数据依次进行加扰、星座调制映射以及多输入多输出预编码处理，获得预编码符号序列；将该预编码符号序列进时频资源映射，获得OFMD符号的频域数据；对该OFMD符号的频域数据进行共轭对称扩展以及IFFT，获得时域实数序列；对该时域实数序列进行插入CP处理，形成第一下行时域基带信号；将该第一下行时域基带信号加载到LED照明电路的直流电上，形成LED驱动电信号；以及，将该LED驱动电信号转换成上述LED的可见光束进行传输。但该技术对于LED的非线性传输特性产生的非线性失真，没有进行预畸变补偿。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种室内可见光通信发光二极管传输预失真系统及方法，通过在发射端增加一路反馈链路来获得LED的输出信号，同时使用记忆多项式模型来自适应地训练并补偿LED的非线性，从实现当采用FPGA搭建整个VLC系统时，对LED进行线性化处理，该方法可以很大程度上节约数字预失真模块对于硬件资源的消耗，从而使得在单板上实现VLC系统成为可能，而且其方法简单，易于实现。

本发明是通过以下技术方案实现的：