[发明专利]一种基于脉冲幅度调制两发一收系统的等概率预编码方法

说明书

本发明属于光载无线通信和光信号传输技术领域，具体为一种基于脉冲幅度调制两发一收系统的等概率预编码方法。本发明方法基于由两个LED灯作为发射端，一个PIN光电探测器作为接收端的系统。本发明方法具体如下：利用两个发射端发射两路低阶脉冲幅度调制信号，两路信号在光域叠加产生高阶的脉冲幅度调制信号。并且，在发射端产生的低阶脉冲幅度信号各电平不等概率，在接收端产生的高阶脉冲幅度信号各电平概率相等。本发明实现接收端的等概率电平，各电平可以唯一解调，不需要STBC编码，从而节约带宽，提高资源利用率；而且信号整体峰均功率比变小，更好地抵抗系统中的非线性，提高了传输性能。

技术领域

本发明属于光载无线通信和光信号传输技术领域，具体为一种基于脉冲幅度调制两发一收系统的等概率预编码方法。

背景技术

随着无线数据需求的快速增长和射频资源的饱和，可见光通信已成为传统射频通信补充方案的有力候选者，特别是在室内短距离通信中具有非常广泛的运用前景。传统的可见光通信被设计为单输入单输出(Single Input Single Output,SISO)的点对点通信，在发射端使用白光LED作为光源传输数据，在接收端使用光电二极管(PD)或图像传感器作为光探测器将光信号转换为电信号。并使用简单的强度调制-直接检测(IM/DD)技术进行信号的调制和探测。

近年来，为了实现更高的传输速率，多输入多输出(Multiple Input MultipleOutput,MIMO)技术被研究运用于可见光通信中。在MIMO可见光通信系统中，发射端使用多个光源传输信号，接收端使用接收机阵列进行接收。然而光学MIMO信道并不是像射频MIMO信道那样是去相关的。因此接收机阵列必须足够大才能确保信道矩阵是满秩的。但在实际运用中，室内可见光通信场景的面积往往有限，多接收机阵列会占用较大的面积。而只需要一个接收机的多输入单输出(Multiple Input Single Output,MISO)技术比MIMO所需的占地面积少得多，因此更适用于室内可见光通信。多用户多输入单输出(Multi-user MISO,MU-MISO)广播技术已被广泛研究运用于在传统的射频通信，而可见光通信中的MU-MISO研究仍比较有限。其主要原因包括以下两点：(1)射频基带信号是复数值，而可见光系统中只能传输实值且非负的时域信号；(2)射频通信中的主要功率限制是平均电功率，而可见光系统中主要是平均光功率限制。因此，射频通信系统中关于MU-MISO的大多数理论和方法研究不能直接适用于可见光通信系统。可见光通信中的MISO技术仍有很大的研究空间。

此外，在可见光通信系统中，LED光源，功率放大器等一系列关键器件都存在非线性效应，系统的非线性失真会损伤信号质量，降低系统性能。其中，LED调制曲线的非线性特性是可见光系统非线性的主要来源。当LED的驱动电压或信号输入幅度过高或过低时，系统都会进入非线性工作区，产生信号的非线性失真。在以往的研究中，可见光信号主要调制在LED工作的线性区以减轻非线性失真带来的信号损伤。此时，LED的发光效率较低，照明亮度一般也不能满足实际运用场景的照明需求。此外，对于高阶调制信号，由于信号电平数增多，信号的峰均功率比(PAPR)较高，从而更容易受到系统非线性的影响，降低系统性能。因此，在MISO系统中我们可以利用多个LED灯同时传输信号的优势，在每个灯上调制低阶信号，通过光信号叠加生成高阶信号以抵抗发射端LED的非线性失真。同时，多个LED灯同时发光也可提升照明亮度，满足实际照明需求。

传统的PAM4(Pulse Amplitude Modulation,脉冲幅度调制)2×1MISO系统框图如图1(a)所示，通过直接叠加两个标准PAM4信号产生的PAM7信号具有不相等的概率。这可以被视为概率整形，它有利于传输。但是，从接收器到发射器的映射并不是唯一的。为了解码符号以获得原始比特信息，需要浪费一半带宽资源的STBC编码方法。因此，传统的2×1PAM4MISO系统将花费半个带宽。此外，低电平符号的出现概率增加，高电平符号的出现概率降低，并且信号的相应PAPR增加。另一方面，诸如接收器处的功率放大器之类的装置也具有非线性特性。对于PAPR较大的信号，它们很容易受到器件非线性的影响，从而导致信号失真。