本發(fā)明涉及一種可見光通信系統(tǒng)，特別是涉及一種基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)，屬于可見光通信技術領域。

背景技術：

在上行鏈路中多用戶數(shù)據(jù)傳輸多采用多址接入技術，其中主要包括tdma、cdma、fdma，因其各自會產生延時、提高復雜度、降低頻帶利用率的弊端，因此考慮采用ofdma技術，而ofdma在傳輸過程中會產生較高的papr，因此不適合可見光通信，將sc-fdma技術引入可見光通信，不僅可以有效的降低ofdm可見光通信系統(tǒng)中的高papr，同時也是解決可見光多址接入問題的一種較好的方案，但至今沒有具體用于sc-fdma信號的可見光傳輸系統(tǒng)，多數(shù)還處在理論研究與方案論證階段。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是為了解決可見光通信系統(tǒng)上行鏈路多址接入問題，使得多個用戶對應一個接收端，每個用戶分配不同子載波進行單獨調制，最后在光路進行疊加。

本發(fā)明的目的可以通過采用如下技術方案達到：

一種基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)，包括調制器、發(fā)射端、接收端和解調器，所述發(fā)射端由發(fā)射驅動電路和led組成，所述接收端由后級放大電路、基本放大電路和光電管組成，所述光電管用于將接收到的光信號轉換為電信號，所述基本放大電路用于放大所述光電管將光信號轉換為電信號后的弱信號，所述后級放大電路由程控放大電路、自動增益控制agc電路和手動調節(jié)組合反饋電路組成，所述自動增益控制agc電路和所述手動調節(jié)組合反饋電路通過改變信號輸入輸出壓縮比，對信號進行限幅輸出，受限后的幅度經(jīng)過所述程控放大電路進行放大，所述調制器和所述解調器分別通過現(xiàn)場可編程門陣列fpga實現(xiàn)調制與解調。

優(yōu)選的方案是，每個用戶分別通過所述調制器與一個所述發(fā)射端連接，所述發(fā)射端與所述接收端之間通過光通道連接，多個用戶分別通過所述解調器與一個所述接收端連接，且每個用戶分配不同子載波進行單獨調制，最后在光路進行疊加。

在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述調制器與所述發(fā)射驅動電路連接，所述發(fā)射驅動電路與所述led連接，所述led與所述光電管之間通過所述光通道連接，所述光電管與所述基本放大電路連接，所述基本放大電路與所述后級放大電路連接。

在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述發(fā)射端的信號調制由現(xiàn)場可編程門陣列fpga完成，所述發(fā)射端的信號調制方法包括以下步驟：由隨機序列經(jīng)正交相移鍵控qpsk調制得到用戶數(shù)據(jù)，對所述用戶數(shù)據(jù)需進行并串轉換，將并串轉換后的用戶數(shù)據(jù)進行離散傅里葉dft變換，離散傅里葉變換dft采樣點數(shù)為n，在頻域中對離散傅里葉dft變換后的數(shù)據(jù)進行子載波映射，通過m點的離散傅里葉idft逆變換，將子載波映射后的頻域信號變換為離散時域信號，在離散時域信號進行d/a轉換前，對離散時域信號進行循環(huán)前綴和同步碼添加，添加了循環(huán)前綴和同步碼的離散時域信號經(jīng)d/a轉換后加載到所述發(fā)射驅動電路。

在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述發(fā)射端采用三極管共射級放大電路，所述led采用3w白光led，將所述調制器調制后的用戶信息加載到所述白光led上，所述用戶信息通過無線光鏈路進行傳輸。

在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述無線光鏈路傳輸?shù)男盘枮閷嵭盘柡驼盘?，而?jīng)過d/a轉換后的信號為雙極性實信號，發(fā)射驅動電路通過硬件設置抬高d/a轉換后輸出的雙極性信號電平，用于減輕現(xiàn)場可編程門陣列fpga編程負擔，改變所述發(fā)射驅動電路中晶體管t的靜態(tài)工作點，并將雙極性信號電平抬高。

在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述接收端采用所述基本放大電路和所述后級放大電路進行兩級放大，每一級放大都由兩個放大器組合而成，所述基本放大電路用于對所述光電管轉換后的弱信號進行放大，并輸送給所述后級放大電路。

在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述后級放大電路的第一級將放大后的信號分兩路輸出，一路給第二級放大器，另外一路經(jīng)a/d轉換后給現(xiàn)場可編程門陣列fpga，所述現(xiàn)場可編程門陣列fpga通過比較傳輸信號與所需信號的不同來生成控制電壓，將控制電壓經(jīng)過d/a轉換并進行反相放大后送入程控放大電路進行程控放大，通過改變控制電壓完成對放大倍數(shù)的調控，并將放大的信號進行解調。

在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述接收端的信號解調由現(xiàn)場可編程門陣列fpga完成，所述接收端的信號調制方法包括以下步驟：對所述接收端的信號進行a/d轉換，再對信號進行循環(huán)前綴和同步碼去除，并將去除了循環(huán)前綴和同步碼的信號數(shù)據(jù)進行離散傅里葉dft變換，離散傅里葉變換dft采樣點數(shù)為m，在頻域中對離散傅里葉dft變換后的數(shù)據(jù)進行子載波映射，通過n點的離散傅里葉idft逆變換，將子載波映射后的頻域信號變換為離散時域信號，離散時域信號經(jīng)a/d轉換后發(fā)送給客戶。

在上述任一方案中優(yōu)選的是，在子載波逆映射過程中進行信道均衡，用于在調制逆過程中對抗多徑衰弱，將所述接收端的輸出信號進行解調，最終可還原出原始用戶數(shù)據(jù)，實現(xiàn)可見光通信。

本發(fā)明的有益技術效果：按照本發(fā)明的基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)，本發(fā)明提供的基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)，將sc-fdma調制解調技術應用于可見光系統(tǒng)中，在不增加成本的前提下大大地提高了無線通信速率和頻譜利用率；利用調制過程中子載波之間的正交特性，實現(xiàn)了對重疊信號的分離，克服了光信號之間的干擾帶來的誤差和延時，有效避免信號在傳輸過程中產生非線性失真，解決了可見光通信系統(tǒng)上行鏈路多址接入的問題，使得多個用戶對應一個接收端，每個用戶分配不同子載波進行單獨調制，最后在光路進行疊加。

附圖說明

圖1為按照本發(fā)明的基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的系統(tǒng)結構框圖；

圖2為按照本發(fā)明的基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的發(fā)射端調制流程圖，該實施例可以是與圖1相同的實施例，也可以是與圖1不同的實施例；

圖3為按照本發(fā)明的基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的信號發(fā)送端驅動電路圖，該實施例可以是與圖1或圖2相同的實施例，也可以是與圖1或圖2不同的實施例；

圖4為按照本發(fā)明的基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的光電管電路圖，該實施例可以是與圖1或圖2或圖3相同的實施例，也可以是與圖1或圖2或圖3不同的實施例；

圖5為按照本發(fā)明的基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的基本放大電路圖，該實施例可以是與圖1或圖2或圖3或圖4相同的實施例，也可以是與圖1或圖2或圖3或圖4不同的實施例；

圖6為按照本發(fā)明的基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的程控放大電路圖，該實施例可以是與圖1或圖2或圖3或圖4或圖5相同的實施例，也可以是與圖1或圖2或圖3或圖4或圖5不同的實施例；

圖7為按照本發(fā)明的基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的自動增益控制agc電路及手動調節(jié)組合反饋電路圖，該實施例可以是與圖1或圖2或圖3或圖4或圖5或圖6相同的實施例，也可以是與圖1或圖2或圖3或圖4或圖5或圖6不同的實施例；

圖8為按照本發(fā)明的基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的后級放大電路圖，該實施例可以是與圖1或圖2或圖3或圖4或圖5或圖6或圖7相同的實施例，也可以是與圖1或圖2或圖3或圖4或圖5或圖6或圖7不同的實施例；

圖9為按照本發(fā)明的基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的自動增益控制agc工作流程圖，該實施例可以是與圖1或圖2或圖3或圖4或圖5或圖6或圖7或圖8相同的實施例，也可以是與圖1或圖2或圖3或圖4或圖5或圖6或圖7或圖8不同的實施例；

圖10為按照本發(fā)明的基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的接收端解調流程圖，該實施例可以是與圖1或圖2或圖3或圖4或圖5或圖6或圖7或圖8或圖9相同的實施例，也可以是與圖1或圖2或圖3或圖4或圖5或圖6或圖7或圖8或圖9不同的實施例；

圖11為按照本發(fā)明的基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的系統(tǒng)工作流程圖，該實施例可以是與圖1或圖2或圖3或圖4或圖5或圖6或圖7或圖8或圖9或圖10相同的實施例，也可以是與圖1或圖2或圖3或圖4或圖5或圖6或圖7或圖8或圖9或圖10不同的實施例。

圖中：1-調制器，2-發(fā)射端，3-接收端，4-解調器，5-光通道，21-發(fā)射驅動電路，22-led，31-后級放大電路，32-基本放大電路，33-光電管。

具體實施方式

為使本領域技術人員更加清楚和明確本發(fā)明的技術方案，下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

如圖1、圖4、圖5、圖6、圖7和圖8所示，本實施例提供的一種基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)，包括調制器1、發(fā)射端2、接收端3和解調器4，所述發(fā)射端2由發(fā)射驅動電路21和led22組成，所述接收端3由后級放大電路31、基本放大電路32和光電管33組成，所述光電管33用于將接收到的光信號轉換為電信號，所述基本放大電路32用于放大所述光電管33將光信號轉換為電信號后的弱信號，所述后級放大電路31由程控放大電路、自動增益控制agc電路和手動調節(jié)組合反饋電路組成，所述自動增益控制agc電路和所述手動調節(jié)組合反饋電路通過改變信號輸入輸出壓縮比，對信號進行限幅輸出，受限后的幅度經(jīng)過所述程控放大電路進行放大，所述調制器1和所述解調器4分別通過現(xiàn)場可編程門陣列fpga實現(xiàn)調制與解調。

進一步的，在本實施例中，如圖1所示，每個用戶分別通過所述調制器1與一個所述發(fā)射端2連接，所述發(fā)射端2與所述接收端3之間通過光通道5連接，多個用戶分別通過所述解調器4與一個所述接收端3連接，且每個用戶分配不同子載波進行單獨調制，最后在光路進行疊加，所述調制器1與所述發(fā)射驅動電路21連接，所述發(fā)射驅動電路21與所述led22連接，所述led22與所述光電管33之間通過所述光通道5連接，所述光電管33與所述基本放大電路32連接，所述基本放大電路32與所述后級放大電路31連接。

進一步的，在本實施例中，如圖2所示，所述發(fā)射端2的信號調制由現(xiàn)場可編程門陣列fpga完成，所述發(fā)射端2的信號調制方法包括以下步驟：由隨機序列經(jīng)正交相移鍵控qpsk調制得到用戶數(shù)據(jù)，對所述用戶數(shù)據(jù)需進行并串轉換，將并串轉換后的用戶數(shù)據(jù)進行離散傅里葉dft變換，離散傅里葉變換dft采樣點數(shù)為n，在頻域中對離散傅里葉dft變換后的數(shù)據(jù)進行子載波映射，通過m點的離散傅里葉idft逆變換，將子載波映射后的頻域信號變換為離散時域信號，在離散時域信號進行d/a轉換前，對離散時域信號進行循環(huán)前綴和同步碼添加，添加了循環(huán)前綴和同步碼的離散時域信號經(jīng)d/a轉換后加載到所述發(fā)射驅動電路21。

進一步的，在本實施例中，如圖3所示，所述發(fā)射端2采用三極管共射級放大電路，所述led22采用3w白光led，將所述調制器1調制后的用戶信息加載到所述白光led上，所述用戶信息通過無線光鏈路進行傳輸，所述無線光鏈路傳輸?shù)男盘枮閷嵭盘柡驼盘?，而?jīng)過d/a轉換后的信號為雙極性實信號，發(fā)射驅動電路21通過硬件設置抬高d/a轉換后輸出的雙極性信號電平，用于減輕現(xiàn)場可編程門陣列fpga編程負擔，改變所述發(fā)射驅動電路21中晶體管t的靜態(tài)工作點，并將雙極性信號電平抬高。

進一步的，在本實施例中，如圖1、圖4、圖5、圖6、圖7和圖8所示，所述接收端3采用所述基本放大電路32和所述后級放大電路31進行兩級放大，每一級放大都由兩個放大器組合而成，所述基本放大電路32用于對所述光電管33轉換后的弱信號進行放大，并輸送給所述后級放大電路31。

進一步的，在本實施例中，如圖9所示，所述后級放大電路31的第一級將放大后的信號分兩路輸出，一路給第二級放大器，另外一路經(jīng)a/d轉換后給現(xiàn)場可編程門陣列fpga，所述現(xiàn)場可編程門陣列fpga通過比較傳輸信號與所需信號的不同來生成控制電壓，將控制電壓經(jīng)過d/a轉換并進行反相放大后送入程控放大電路進行程控放大，通過改變控制電壓完成對放大倍數(shù)的調控，并將放大的信號進行解調。

進一步的，在本實施例中，如圖10所示，所述接收端3的信號解調由現(xiàn)場可編程門陣列fpga完成，所述接收端3的信號調制方法包括以下步驟：對所述接收端3的信號進行a/d轉換，再對信號進行循環(huán)前綴和同步碼去除，并將去除了循環(huán)前綴和同步碼的信號數(shù)據(jù)進行離散傅里葉dft變換，離散傅里葉變換dft采樣點數(shù)為m，在頻域中對離散傅里葉dft變換后的數(shù)據(jù)進行子載波映射，通過n點的離散傅里葉idft逆變換，將子載波映射后的頻域信號變換為離散時域信號，離散時域信號經(jīng)a/d轉換后發(fā)送給客戶；在子載波逆映射過程中進行信道均衡，用于在調制逆過程中對抗多徑衰弱，將所述接收端3的輸出信號進行解調，最終可還原出原始用戶數(shù)據(jù)，實現(xiàn)可見光通信。

在本實施例中，系統(tǒng)工作流程圖包括以下步驟：發(fā)射調制機調制用戶信息；多個led燈發(fā)送調制后的信息；pd管即光電管將光信號轉變?yōu)殡娦盘枺换痉糯箅娐愤M行兩級放大；后級放大電路進行兩級放大；進行agc及手動調節(jié)；接收接調機解調放大信號，還原用戶信息。

綜上所述，在本實施例中，按照本實施例的基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)，本實施例提供的基于sc-fdma的可見光通信系統(tǒng)，將sc-fdma調制解調技術應用于可見光系統(tǒng)中，在不增加成本的前提下大大地提高了無線通信速率和頻譜利用率；利用調制過程中子載波之間的正交特性，實現(xiàn)了對重疊信號的分離，克服了光信號之間的干擾帶來的誤差和延時，有效避免信號在傳輸過程中產生非線性失真，解決了可見光通信系統(tǒng)上行鏈路多址接入的問題，使得多個用戶對應一個接收端，每個用戶分配不同子載波進行單獨調制，最后在光路進行疊加。

以上所述，僅為本發(fā)明進一步的實施例，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明所公開的范圍內，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其構思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明的保護范圍。