[发明专利]基于特殊星座点和反向归零编码的可见光通信调光方法

说明书

本发明属于可见光通信技术领域，具体为一种基于特殊星座点调制和反向归零编码的可见光通信调光方法。该调光方法主要由特殊星座点调制和反向归零编码以及脉冲成型三部分组成；特殊星座点调制格式为circular(7,1)调制，反向归零编码采用高电平取代传统归零码的低电平，即使当占空比较小时，也能保持LED处于点亮的状态，有效提升照明效率的同时避免了人眼所能感知的闪烁。同时，归零码会引起频谱展宽，不利于带宽有限的可见光通信的实现，因此采用脉冲成型进行滤波，以达到压缩频谱的目的。与传统调光方案相比，本发明具有更高的照明功效和更宽的调光范围，同时能保持较高的传输速率。

技术领域

本发明属于可见光通信调光技术领域，具体涉及基于特殊星座点调制和反向归零编码的可见光通信调光方法。

背景技术

更小的尺寸，更长的使用寿命以及更低的功率消耗使得LED在照明领域脱颖而出，正在逐步取代白炽灯和荧光灯。与此同时，LED更大的调制带宽促进了一类新兴的无线通信方式，可见光通信的兴起。兼具照明与通信功能的可见光通信成为未来室内无线接入网的有力竞争者。

IEEE 802.15.7是第一个针对可见光通信的国际标准，其中调光控制被重点提出讨论。在该标准中，可见光调光方案基于OOK（on-off keying，开关键控）调制和VPPM（variable pulse position modulation，可变脉冲位置调制）。基于OOK调制的调光方案具有容易实现的优点，但缺点是LED的亮度很难保持稳定，调光等级受到所输入数据中0比特和1比特的比例影响。VPPM通过调节脉冲的占空比，能保持相对稳定的亮度，但缺陷是其数据传输速率会受到调光级别的影响。另外，这两种调制方式的频谱利用率都比较低，很难支持高速可见光通信的要求。因此更加复杂和高级的调光方案正在不断被提出，整体可以分为两大类：基于调制的调光方案和基于编码的调光方案。

一种基于调制的调光方案为将两种调制方式混合，一种用来通信，另一种用来调光。例如，将OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分多路复用）信号与PWM （Pulse-Width Modulation，脉宽调制）信号叠加，OFDM信号用作通信功能，PWM信号用作调光功能。这类方案的缺陷在于PWM的速率必须是OFDM子载波最高速率的两倍以上。另一种方案是从概率编码的角度考虑的，通过改变不同电平或者不同星座点的概率实现特定的调光目标，显然概率编码提升了这种方案的系统复杂度。

编码技术在调光控制中的应用十分广泛，包括曼彻斯特编码，低密度奇偶校验码，涡轮码等。但这些编码具有一个共同的缺点，当占空比小于50%时，信号长时间处于零电平，没法点亮LED，从而浪费了很多能量，同时还会产生较为明显的闪烁现象，影响照明舒适度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可见光通信调光方案，在提升照明效率的同时，能保持较高的通信速率，并实现较宽的调光范围以满足不同场合的应用需求。

本发明提供的可见光通信调光方法，其流程如图1所示，包含发射端和接收端两部分；发射端对信号进行预调制编码：首先，原始数据映射到circular （7,1）的星座点上，实现特殊星座点调制；然后，对调制后的信号进行同相和正交分量的分离，并分别进行反向归零编码；完成后两路信号再合并为复信号，通过根升余弦滤波器进行基带脉冲成型；接收端对信号进行解码解调：首先，采用一个与发射端一样的根升余弦滤波器对接收信号进行匹配滤波，然后，在最佳采样时刻进行下采样，下采样后的信号是一个偏移的复信号，分别对同相和正交分量纠正偏移量反向归零解码；再将两路信号合并为复信号，根据映射规则实现circular（7,1）解调，恢复出原始数据。

本发明中，特殊星座点调制是基于circular（7,1）的，circular（7,1）的一个星座点位于复平面的零点，另外七个星座点相位均匀地分布在零点外的圆环上。参见图2所示。