本發(fā)明涉及光通信設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于實(shí)傅里葉域哈特萊變換的顏色鍵控ofdm通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，移動通信技術(shù)和業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展對傳統(tǒng)的基于射頻(radiofrequency，rf)頻段的無線通信系統(tǒng)帶來了很大挑戰(zhàn)。可見光作為電磁波譜的一部分，因其所具有的巨大帶寬而被提出用于無線通信?？梢姽馔ㄐ?visiblelightcommunication，vlc)系統(tǒng)能夠提供超過數(shù)百thz不受限的可用頻帶；同時(shí)，vlc系統(tǒng)不會與rf信號間相互干擾，可與現(xiàn)有無線系統(tǒng)良好共存，且適用于rf信號受限的應(yīng)用場合，如飛機(jī)客艙、醫(yī)院等；此外，vlc系統(tǒng)還具有高可靠性、低能耗、部署成本低等優(yōu)勢。

在vlc系統(tǒng)中，顏色鍵控(colorshiftkeying，csk)調(diào)制將二進(jìn)制信息調(diào)制為紅、綠、藍(lán)(rgb)三色光強(qiáng)度，利用rgb三色發(fā)光二極管(lightemittingdiode，led)同時(shí)傳輸，且保持三色光強(qiáng)度總和為常數(shù)以滿足人眼安全及光照無閃爍等要求。

另一方面，正交頻分復(fù)用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，ofdm)作為一種多載波傳輸技術(shù)，已被應(yīng)用于光通信系統(tǒng)中。兩種最主要的光ofdm(opticalofdm，o-ofdm)系統(tǒng)分別是直流偏置o-ofdm(dc-biasedopticalofdm，dco-ofdm)及非對稱限幅o-ofdm(asymmetrically-clippedopticalofdm，aco-ofdm)。這兩種系統(tǒng)中輸入符號均需要滿足厄米特共軛對稱(hermitiansymmetry)，以確保ofdm時(shí)域信號的實(shí)數(shù)性。兩者的區(qū)別在于，dco-ofdm需要添加直流偏置和限幅以確保時(shí)域信號的非負(fù)性；而aco-ofdm只在奇數(shù)序號的子載波上加載符號，而將偶數(shù)序號子載波置零，變換后直接對負(fù)數(shù)部分限幅從而確保ofdm時(shí)域信號的非負(fù)性。

在vlc中，csk調(diào)制已與ofdm傳輸技術(shù)相結(jié)合以提高頻譜利用率。在傳統(tǒng)的基于快速傅里葉變換(fastfouriertransform,fft)的csk-ofdm系統(tǒng)中，為滿足vlc信道傳輸?shù)膶?shí)數(shù)性要求，并行輸入ofdm調(diào)制器的csk已調(diào)制符號必須符合厄米特共軛對稱，由此造成了一半頻譜資源的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種提高頻譜利用率的基于實(shí)傅里葉域哈特萊變換的顏色鍵控ofdm通信系統(tǒng)。

為了達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于實(shí)傅里葉域哈特萊變換的顏色鍵控ofdm通信系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端和接收端通過vlc光信道連接，所述發(fā)射端包括順次連接的csk調(diào)制器、dht-ofdm調(diào)制器、加偏置和限幅模塊、添加cp模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和led；所述接收端包括順次連接的光電接收器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、去除cp模塊、dht-ofdm解調(diào)和均衡模塊以及csk解調(diào)器；led的光信號通過vlc光信道傳遞到光電接收器上。

進(jìn)一步地，csk調(diào)制器的輸入信號是二進(jìn)制比特序列，該二進(jìn)制比特序列經(jīng)csk調(diào)制器調(diào)制為rgb三色強(qiáng)度值pr，pg和pb，得到的強(qiáng)度值將作為r、g、b三色信道各自的輸入符號送入dht-ofdm調(diào)制器。

進(jìn)一步地，光電二極管接收信號表示為：

其中，代表光電接收器的響應(yīng)度，xtx,r(t)，xtx,g(t)和xtx,b(t)分別表示r，g，b信道的發(fā)射信號，yrx,r(t)，yrx,g(t)和yrx,b(t)分別表示各信道的接收信號，nr(t)，ng(t)和nb(t)分別表示各信道的噪聲分量，*代表線性卷積運(yùn)算。

進(jìn)一步地，接收的信號經(jīng)過去除cp模塊，dht-ofdm解調(diào)和均衡模塊后，得到的強(qiáng)度估計(jì)值和輸入csk解調(diào)器進(jìn)行最小距離判決，判決在信號空間，即強(qiáng)度值構(gòu)成的空間進(jìn)行，判決規(guī)則可表示為：

其中sl＝[pr,pg,pb]是構(gòu)成m-csk星座圖中的某一符號，0≤l≤m-1，m為m-csk星座圖中星座點(diǎn)的總數(shù)，l代表判決遍歷所有m個(gè)星座點(diǎn)，為待判決符號，代表所有m-csk符號的集合，代表判決后的輸出符號，由及比特映射規(guī)則可最終輸出二進(jìn)制信息。

優(yōu)選地，所述光電接收器是光電二極管。

優(yōu)選地，在接收端中所述光電接收器與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊通過awgn信道連接。

進(jìn)一步地，通過在awgn信道及vlc信道進(jìn)行有效頻譜效率ese測試來對系統(tǒng)進(jìn)行性能測試，ese表示為：

其中，pfer為誤幀率，mf為每幀有效的比特?cái)?shù)，t為每幀的持續(xù)時(shí)間，b＝n·fs為系統(tǒng)總帶寬，me為每個(gè)子載波的有效比特?cái)?shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：

本發(fā)明系統(tǒng)利用csk已調(diào)制符號的實(shí)數(shù)性，提出了基于實(shí)傅里葉域離散哈特萊變換的csk-ofdm系統(tǒng)，即dht-csk-ofdm系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)“實(shí)數(shù)csk符號-實(shí)數(shù)ofdm符號”變換且無需添加厄米特共軛對稱，相較于傳統(tǒng)的基于快速傅里葉變換的csk-ofdm系統(tǒng)，頻譜利用率提高了一倍，使得頻譜資源得到了更為有效的使用，在錯(cuò)誤率性能方面，dht-csk-ofdm與對等的csk-ofdm系統(tǒng)具有相同的誤比特率性能，從而確保在獲得頻譜利用率倍增的同時(shí)不需要額外提升信噪比要求。

附圖說明

圖1為dht-csk-ofdm系統(tǒng)框圖；

圖2為awgn信道中dht-csk-ofdm與csk-ofdm的ber性能對比；

圖3為awgn信道中dht-csk-ofdm與csk-ofdm的ese性能對比；

圖4為vlc色散信道中dht-csk-ofdm與csk-ofdm的ber性能對比；

圖5為vlc色散信道中dht-csk-ofdm與csk-ofdm的ese性能對比。

具體實(shí)施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種基于實(shí)傅里葉域哈特萊變換的顏色鍵控ofdm通信系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端和接收端通過vlc光信道連接，所述發(fā)射端包括順次連接的csk調(diào)制器、dht-ofdm調(diào)制器、加偏置和限幅模塊、添加cp模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和led；所述接收端包括順次連接的光電接收器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、去除cp模塊、dht-ofdm解調(diào)和均衡模塊和csk解調(diào)器；led的光信號通過vlc光信道傳遞到光電接收器上。

在發(fā)射端，輸入的二進(jìn)制比特序列首先由csk調(diào)制器調(diào)制為rgb三色強(qiáng)度值pr，pg和pb。所得到的強(qiáng)度值將作為r、g、b三色信道各自的輸入符號送入dht-ofdm調(diào)制器。

dht-ofdm調(diào)制器采用dht取代傳統(tǒng)ofdm中的fft以實(shí)現(xiàn)多載波復(fù)用。根據(jù)dht的定義，頻域符號x(k)與時(shí)域信號x(n)遵從如下變換關(guān)系：

其中cas(·)＝cos(·)+sin(·)。dht逆變換(inversedht,idht)與dht變換具有同樣的形式，因此在應(yīng)用中可在收、發(fā)兩端使用同樣的硬件設(shè)備。

以紅色光信道為例，設(shè)csk調(diào)制器的輸出符號周期為ts(csk)，則連續(xù)的紅色強(qiáng)度值可表示為其中l(wèi)＝1,2,...,l，輸入符號即強(qiáng)度值的總數(shù)為l。假設(shè)在每一個(gè)dht-ofdm調(diào)制器中共有n個(gè)子載波，則對于采用aco-ofdm體制的dht-csk-ofdm系統(tǒng)，l＝n/2個(gè)連續(xù)強(qiáng)度值被輸入到所有奇數(shù)序號子載波上；而對于采用dco-ofdm體制的dht-csk-ofdm系統(tǒng)，l＝n-1個(gè)連續(xù)強(qiáng)度值被輸入到除0序號子載波(對應(yīng)直流頻率)以外的共n-1個(gè)子載波上。相較傳統(tǒng)的基于fft的ofdm調(diào)制器，dht-ofdm不再要求輸入符號滿足厄米特共軛對稱，因此可支持兩倍的傳輸信息量。對ofdm時(shí)域信號進(jìn)行偏置，限幅，添加循環(huán)前綴(cyclicprefix，cp)，d/a變換等操作后，得到的輸出信號用以驅(qū)動led發(fā)光。光信號在經(jīng)過信道傳輸后，在接收端經(jīng)光電二極管(photodiode，pd)再次轉(zhuǎn)化為電信號。接收信號可表示為：

其中代表pd的響應(yīng)度，xtx,r(t)，xtx,g(t)和xtx,b(t)分別表示r，g，b信道的發(fā)射信號，yrx,r(t)，yrx,g(t)和yrx,b(t)分別表示各信道的接收信號。而nr(t)，ng(t)和nb(t)分別表示各信道的噪聲分量，設(shè)其為獨(dú)立同分布的加性高斯白噪聲(additivewhitegaussiannoise，awgn)噪聲變量，*代表線性卷積運(yùn)算。

經(jīng)過去cp，dht變換以及頻域均衡(frequencyequalization，feq)后，得到的強(qiáng)度估計(jì)值和共同輸入csk解調(diào)器進(jìn)行最小距離判決，判決在信號空間，即強(qiáng)度值構(gòu)成的空間進(jìn)行，判決規(guī)則可表示為：

其中sl＝[pr,pg,pb](0≤l≤m-1)構(gòu)成m-csk星座圖中的某個(gè)符號，為待判決符號，代表所有m-csk符號的集合，代表判決后的輸出符號。由及比特映射規(guī)則可最終輸出二進(jìn)制信息。

如圖2-5所示，為考察驗(yàn)證dht-csk-ofdm系統(tǒng)的性能，我們分別在awgn信道及vlc色散信道進(jìn)行了誤比特率ber以及有效頻譜效率(effectivespectralefficiency，ese)的仿真實(shí)驗(yàn)。其中ese定義為：

其中，pfer為誤幀率，mf為每幀有效的比特?cái)?shù)，t為每幀的持續(xù)時(shí)間，b＝n·fs為系統(tǒng)總帶寬，me為每個(gè)子載波的有效比特?cái)?shù)。

仿真中，我們對(t·fs)進(jìn)行了歸一化，幀的大小設(shè)為1個(gè)ofdm符號/幀，每個(gè)dht-ofdm模塊使用子載波總數(shù)n＝1024，且在dco-ofdm體制中偏置電流大小設(shè)置為13db。

通過性能仿真，本發(fā)明所提出的dht-csk-ofdm系統(tǒng)與傳統(tǒng)的基于fft的csk-ofdm系統(tǒng)相比具有相似的ber性能，從而在不需要增加信噪比的情況下即可實(shí)現(xiàn)兩倍于傳統(tǒng)系統(tǒng)的頻譜利用率。

相同或相似的標(biāo)號對應(yīng)相同或相似的部件；

附圖中描述位置關(guān)系的用于僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。