[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

摘要

一种室内可见光通信发光二极管传输预失真系统及方法，该系统包括预失真计算模块、数据输入模块、参数计算模块和转换模块，预失真计算模块与转换模块相连并传输原始数据被预失真处理后的信息，数据输入模块与参数计算模块相连并传输反馈数据信息，参数计算模块与预失真计算模块相连并传输预失真器查找表表项信息，转换模块分别与发光二极管和光电二极管相连，实现前向数据从数字到模拟和反馈数据从模拟到数字的转换。本发明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。

主权项

一种室内可见光通信发光二极管传输预失真系统的预失真实现方法，其特征在于，所述的系统包括：预失真计算模块、数据输入模块、参数计算模块和转换模块，其中：预失真计算模块与转换模块相连并传输原始数据被预失真处理后的信息，数据输入模块与参数计算模块相连并传输反馈数据信息，参数计算模块与预失真计算模块相连并传输预失真器查找表表项信息，转换模块分别与发光二极管和光电二极管相连，实现前向数据从数字到模拟和反馈数据从模拟到数字的转换；所述的参数计算模块包括：同步单元、功率归一化单元、RLS算法实现单元和查找表生成单元，其中：同步单元与功率归一化单元相连并传输时间上被对齐的前向和反馈信息，功率归一化单元与RLS算法实现单元相连并传输功率归一化后的信息，RLS算法实现单元与查找表生成单元相连并传输RLS算法计算得出的多项式系数信息，查找表生成单元与预失真模块相连并传输生成的查找表表项信息；所述的转换模块包括：ADC单元和DAC单元，其中：ADC单元的输入端和输出端分别与光电二极管和参数计算模块相连，将LED输出的模拟反馈信息采样量化后生成数字信号输出；DAC单元的输入端和输出端分别与预失真计算模块和发光二极管相连，将发射机的数字输出信息脉冲宽度调制并滤波后生成模拟信号输出；所述的预失真计算模块包括：查找表地址计算子模块、查找表子模块和预失真结果计算子模块，其中：查找表地址计算子模块与查找表子模块相连并传输输入信号的幅值作为地址信息，查找表子模块与预失真结果计算子模块相连并传输查找表表项值信息，预失真结果计算子模块把输入信号和查找表表项值进行相乘累加运算输出预失真后的数据；所述的预失真实现方法，包括以下步骤：第一步、信号源输出的信号经过预失真器处理后，再进行上变频处理得到中频信号后，经过DAC单元转换变为模拟信号，由LED发射，即采用记忆多项式模型来对预失真器以及LED建立数学模型，该预失真器的多项式模型为：其中：和分y(n)代表预失真器的输出和输入信号，K表示多项式的阶数，D表示最大延时，ak,d代表预失真器多项式模型的系数；第二步、通过光电二极管耦合LED发射的部分信号，经ADC单元转换为数字基带信号，经下变频模块进行下变频处理后，通过参数计算模块与经过延迟的信号源信号进行比较，再由预失真计算模块通过自适应算法计算得到预失真器参数；第三步、将参数计算模块计算得到的预失真器参数预失真器参数制成查找表项值，更新到硬件的随机存取存储器中，数字预失真模块将输入的原始数据与随机存取存储器中的表项值进行多项式运算，以完成对原始输入数据的预失真计算，从而尽可能的抵消掉LED非线性失真带来的影响；所述的比较是指：当第一步中LED的输出信号被转换为预失真器的输入信号y(n)后，进一步计算信号源信号x(n)以及预失真器输出信号之间的误差，根据误差信号计算出预失真器的系数估计值，重复上述误差计算及系数估计过程，直到误差在收敛域范围内；所述的预失真计算模块根据输入信号的幅值查找来自参数计算模块，即MicroBlaze的查找表，从而完成对信号的预失真，具体为：①参数计算模块根据预失真计算模块送来的预失真器输出数据与反馈数据，完成加权向量的计算，并依据计算出的加权向量制作查找表，然后参数计算模块将查找表送入预失真计算模块的预失真器中，预失真器根据此输入信号的幅度索引查找表进行预失真操作；②参数计算模块通过GPIO向预失真计算模块发出存数指令，预失真计算模块收到指令后，开始存数；存满数据时，给参数计算模块发出存数满信号，触发参数计算模块的中断，参数计算模块开始读取预失真计算模块的数据；参数计算模块将指定地址的内容读出；当参数计算模块通过GPIO向预失真计算模块写数据时，通过GPIO将指令信息传给预失真计算模块，预失真计算模块根据地址信息判断写入的是控制命令还是查找表；所述的自适应算法包括以下步骤：2.1)参数计算模块与预失真计算模块其他模块完成初始化，系统开始工作；2.2)参数计算模块向预失真计算模块发出存数指令，预失真计算模块开始采集来自放大器两端的数据，并把采得的数据存入存储器中；存储完数据之后，预失真计算模块向参数计算模块发出中断信号，指示参数计算模块进行取数；2.3)参数计算模块开始从存储器内读取数据，取数完成后，进行时间同步，将前向信号和方向信号在时间上对齐；2.4)使用滑动相关计算延时，具体为：forward_i为前向数据，feedback_i为反馈数据；k为整数；算出k从0变化到某个阈值的sum[k]，找出最大值，返回k可求得偏置：其中：forward[i]为前向数据，feedback_i为反馈数据，BUFSIZE为缓存的长度，k为同步的位置偏移，sum[k]为对于不同k值，前向和反向数据的互相关量；2.5)同步完成后，对反馈信号进行归一化处理；2.6)归一化完成后，参数计算模块用RLS算法进行加权向量的计算，包括：RLS矢量产生函数计算、RLS算法迭代计算、归一化均方误差计算以及收敛判断；所述的RLS算法迭代计算根据产生的RLS矢量与期望信号计算加权向量w，具体步骤如下：步骤i：根据上个时刻的自相关矩阵P(n‑1)与RLS向量u(n)计算π值；步骤ii：根据π值、RLS向量与遗忘因子计算卡尔曼增益k(n)；步骤iii：根据上个时刻计算的w参数w(n‑1)与本时刻计算的RLS矢量求出输出信号，并计算输出信号与期望信号的误差ξ(n)；步骤iv：根据步骤ii与步骤iii计算的卡尔曼增益k(n)与ξ(n)更新加权向量w的参数w(n)；步骤v：根据P(n‑1)、k(n)、u(n)更新自相关矩阵P(n)。