可见光通信系统中基于多层OFDM的上行多址接入方法及系统与流程

本发明涉及可见光通信技术领域，特别涉及一种可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法及系统。

背景技术：

vlc(visiblelightcommunication，可见光通信)是一种在led照明的基础上实现无线通信的技术手段，利用光源发出肉眼无法察觉的高频信号来传输信息。以其频谱宽、绿色节能、深度覆盖、可与照明有机结合的特点而具有良好的发展前景。

多址接入技术能够同时支持多个用户进行通信，采用相应的信道复用技术，在同一传输信道中，实现多个用户信号独立可靠的接收和解调。常见的接入手段有fdma(frequency-divisionmultipleaccess，频分多址)、tdma(time-divisionmultipleaccess，时分多址)、cdma(code-divisionmultipleaccess，码分多址)。多址接入技术关键在于如何提高系统容量、频谱和信道利用效率，并且不过度增加系统复杂度，从而降低系统建设和维护成本。

ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplex，正交频分复用)调制是一种常见的可见光通信调制方法，具有灵活多址、实现复杂度低的优点，同时可以很好地对抗频率选择性信道干扰。ofdm调制将信号调制到每个子载波上进行传输，基于ofdm调制可以实现一种频分多址方法。

然而，vlc采用幅度调制，要求时域信号为非负实数，对于ofdm调制的信号有限制，使得ofdm调制的频谱利用效率不高，降低了能够支持多址接入的用户数量，不利于高速系统的实现。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法，该方法能够利用多层的ofdm调制，适用幅度调制要求、抑制用户间互干扰、提升系统信道容量、提高系统频谱效率，实现灵活上行多址。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法，包括以下步骤：s1：各用户根据需求请求资源分配，获得不同层的ofdm子载波资源，得到可见光上行多址接入方案；s2：各用户将待传输信号加载到所述不同层的ofdm子载波资源，并对每层分别进行ofdm调制得到各层ofdm信号；s3：各用户对所述各层ofdm信号时间同步后进行信号叠加，得到叠加ofdm信号；s4：各用户将所述叠加ofdm信号调制到可见光驱动电流上，得到可见光通信信号，并发送所述可见光通信信号。

进一步地，第l层(0<l<log2n)子载波为总子载波资源中的第2^l-1·(2k+1)个子载波(0≤k<n/2^l)，子载波数为kl＝n/2^l,ofdm数据块的大小为nl＝n/2^l-1,其中l代表多层ofdm的层序号，k代表该层子载波序号，kl代表第l层子载波数，nl代表第l层ofdm数据块大小，n代表总子载波数，并只在该层ofdm数据块奇数子载波上传输数据，其余子载波置零。

进一步地，所有ofdm数据块满足厄米特(hermitian)对称结构。

进一步地，在步骤s2中，对第l层频域信号进行nl点离散傅里叶逆变换(idft)得到时域信号，将负信号置零且正信号不变得到非负时域信号，再将所述非负时域信号重复n/nl次并除以

进一步地，在步骤s3中，每个用户的各层ofdm信号长度一致，进行逐采样点对齐，以实现各用户对所述各层ofdm信号时间同步。

进一步地，在步骤s3中，叠加ofdm信号过程包括：将每个用户的各层ofdm信号直接相加，并将超出led动态范围的信号置为预设的最大或最小值。

进一步地，所述可见光上行多址接入方案中，每个用户仅占用一层ofdm子载波资源。

进一步地，所述可见光上行多址接入方案中，所有用户仅占用第一层ofdm子载波资源。

进一步地，在每层ofdm中，属于同一用户的子载波呈梳状分配、块状分配或根据信道情况自适应分配。

根据本发明实施例的可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法，将多层ofdm调制应用于可见光通信系统的上行多址中，适用幅度调制要求、抑制用户间互干扰、提升系统信道容量、提高系统频谱效率，实现灵活上行多址。

本发明的第二个目的在于提出一种可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入系统，该系统能够利用多层的ofdm调制，适用幅度调制要求、抑制用户间互干扰、提升系统信道容量、提高系统频谱效率，实现灵活上行多址。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入系统，包括：资源分配模块，用于根据各用户的资源分配请求，分配不同层的ofdm子载波资源，得到可见光上行多址接入方案；信号生成模块，用于将待传输信号加载到所述不同层的ofdm子载波资源，并对每层分别进行ofdm调制，得到各层ofdm信号；信号融合模块，用于对所述各层ofdm信号时间同步后进行信号叠加，得到叠加ofdm信号；信号发送模块，用于将所述叠加ofdm信号调制到可见光驱动电流上，得到可见光通信信号，并发送所述可见光通信信号。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法的流程图；

图2是本发明一个实施例的可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法中的各层频域信号示意图；

图3是根据本发明实施例1的可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法中的用户资源分配示意图；

图4是根据本发明实施例2的可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法中的用户资源分配示意图；

图5是根据本发明实施例3的可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法中的用户资源分配示意图；

图6是根据本发明实施例4的可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法中的用户资源分配示意图；以及

图7是可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入系统的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述根据本发明实施例的可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法及装置。

图1是根据本发明实施例的可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤s1：各用户根据需求请求资源分配，获得不同层的ofdm子载波资源，得到可见光上行多址接入方案。

其中，在本发明的一个实施例中，第l层(0<l<log2n)子载波为总子载波资源中的第2^l-1·(2k+1)个子载波(0≤k<n/2^l)，子载波数为kl＝n/2^l,ofdm数据块的大小为nl＝n/2^l-1，其中l代表多层ofdm的层序号，k代表该层子载波序号，kl代表第l层子载波数,nl代表第l层ofdm数据块大小，n代表总子载波数，并只在该层ofdm数据块奇数子载波上传输数据，其余子载波置零，例如图2所示。

进一步地，在一些示例中，每个用户仅占用一层ofdm子载波资源。进一步地，在一些示例中，所有用户仅占用第一层ofdm子载波资源。更为具体地，在每层ofdm中，属于同一用户的子载波呈梳状分配、块状分配或根据信道情况自适应分配。

步骤s2：各用户将待传输信号加载到所述不同层的ofdm子载波资源，并对每层分别进行ofdm调制，得到各层ofdm信号。

在本发明的一个实施例中，待传输信号(ofdm频域信号)满足厄米特(hermitian)对称结构，对第l层频域信号进行nl点离散傅里叶逆变换(idft)得到时域信号，将负信号置零且正信号不变得到非负时域信号，将非负时域信号重复n/nl次并除以

步骤s3：各用户对所述各层ofdm信号时间同步后进行信号叠加，得到叠加ofdm信号。

在本发明的一个实施例中，信号时间同步的方式为，每个用户的各层ofdm信号长度一致，进行逐采样点对齐；信号叠加的方式为，将每个用户的各层ofdm信号直接相加，并将超出led动态范围的信号置为预设的最大或最小值。

进一步地，在一些示例中，每个用户仅占用一层ofdm子载波资源，此时各层ofdm信号时间同步步骤可省略，信号叠加步骤只进行限幅操作。

步骤s4：各用户将所述叠加ofdm信号调制到可见光驱动电流上，得到可见光通信信号，并发送所述可见光通信信号。

下面以具体实施例对本发明实施例的可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法进行详细描述。

实施例1

本实施例具体公开一种可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法，该方法包括以下步骤：

s1：各用户根据需求请求资源分配，获得不同层的ofdm子载波资源，得到可见光上行多址接入方案；

具体地，两个用户根据需求请求资源分配，第一个用户a获得第一层ofdm子载波资源，第二个用户b获得第二、三层ofdm子载波资源，各层ofdm数据块中只在奇数子载波上传输数据，偶数子载波置零，第l层(l＝1,2,3)子载波数为kl＝n/2^l,ofdm数据块的大小为nl＝n/2^l-1，其中l代表多层ofdm的层序号，kl代表第l层子载波数,nl代表第l层ofdm数据块大小，n代表总子载波数，用户资源分配例如图3所示。

s2：各用户将待传输信号加载到所述不同层的ofdm子载波资源，并对每层分别进行ofdm调制，得到各层ofdm信号；

具体地，各用户将待传输信号经过16qam星座映射后得到星座映射符号，构成厄米特(hermitian)对称结构，加载到所分配的奇数子载波上，其余子载波置零。第l层ofdm数据块满足的hermitian对称结构为：其中[]^*表示取共轭，k表示数据在数据块中的序号。

第一个用户串并转换得到长度为n的ofdm数据块xa，对xa进行n点离散傅里叶逆变换(idft)得到用户a时域信号xa，第二个用户串并转换分别得到长度为n/2和n/4的ofdm数据块，分别表示为xb2和xb3，对应第二、三层ofdm子载波，并分别进行n/2、n/4点idft得到时域信号后，各用户时域负信号置零，正信号不变，第二个用户第二层时域信号重复2次并除以得到xb2，第二个用户第三层时域信号重复4次并除以2得到xb3。

s3：各用户对所述各层ofdm信号时间同步后进行信号叠加，得到叠加ofdm信号；

每个用户的各层ofdm信号长度一致，进行逐采样点对齐，再将各层ofdm信号直接相加，并将超出led动态范围的信号置为预设的最大或最小值。

对用户a时域信号xa直接进行限幅操作，用户b直接相加各层ofdm信号得到，xb＝xb2+xb3，再对xb进行限幅操作。对时域信号x进行限幅操作为：

其中il为预设的最小值，ih为预设的最大值，xclip为限幅后的叠加ofdm信号。

s4：各用户将所述叠加ofdm信号调制到可见光驱动电流上，得到可见光通信信号，并发送所述可见光通信信号。

实施例2

本实施例具体公开一种可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法，该方法包括以下步骤：

s1：各用户根据需求请求资源分配，获得不同层的ofdm子载波资源，得到可见光上行多址接入方案；

具体地，四个用户a、b、c、d获得第一层ofdm子载波资源，只在奇数子载波上传输数据，偶数子载波置零，属于同一用户的子载波呈梳状分配，用户资源分配例如图4所示。

s2：各用户将待传输信号加载到所述不同层的ofdm子载波资源，并对每层分别进行ofdm调制，得到各层ofdm信号；

具体地，各用户将待传输信号经过16qam星座映射后得到星座映射符号，构成厄米特(hermitian)对称结构，加载到所分配的奇数子载波上，其余子载波置零，满足的hermitian对称结构为：其中[]^*表示取共轭，k表示数据在数据块中的序号。串并转换得到长度为n的ofdm数据块后，进行n点离散傅里叶逆变换(idft)得到时域信号，负信号置零，正信号不变，其中n为总子载波数。

s3：各用户对所述各层ofdm信号时间同步后进行信号叠加，得到叠加ofdm信号；

具体地，对每个用户各自的时域信号进行限幅操作。对时域信号x进行限幅操作为：

其中il为预设的最小值，ih为预设的最大值，xclip为限幅后的叠加ofdm信号。

s4：各用户将所述叠加ofdm信号调制到可见光驱动电流上，得到可见光通信信号，并发送所述可见光通信信号。

实施例3

本实施例具体公开一种可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法，该方法包括以下步骤：

s1：各用户根据需求请求资源分配，获得不同层的ofdm子载波资源，得到可见光上行多址接入方案；

具体地，四个用户根据需求请求资源分配，第一、二个用户a、b获得第一层ofdm子载波资源，第三个用户c获得第二层ofdm子载波资源，第四个用户d获得第三层ofdm子载波资源，各层ofdm数据块中只在奇数子载波上传输数据，偶数子载波置零，第一、二个用户的子载波呈块状分布，第l层(l＝1,2,3)子载波数为kl＝n/2^l,ofdm数据块的大小为nl＝n/2^l-1，其中l代表多层ofdm的层序号，kl代表第l层子载波数,nl代表第l层ofdm数据块大小，n代表总子载波数，用户资源分配例如图5所示。

s2：各用户将待传输信号加载到所述不同层的ofdm子载波资源，并对每层分别进行ofdm调制，得到各层ofdm信号；

具体地，各用户将待传输信号经过16qam星座映射后得到星座映射符号，构成厄米特(hermitian)对称结构，加载到所分配的奇数子载波上，其余子载波置零。第l层ofdm数据块满足的hermitian对称结构为：其中[]^*表示取共轭，k表示数据在数据块中的序号。

第一个用户串并转换得到长度为n的ofdm数据块xa，对xa进行n点离散傅里叶逆变换(idft)得到用户a时域信号xa，第二个用户串并转换得到长度为n的ofdm数据块xb，对xb进行n点idft得到用户b时域信号xb，第三个用户串并转换得到长度为n/2的ofdm数据块xc，对xc进行n/2点idft得到时域信号，第四个用户串并转换得到长度为n/4的ofdm数据块xd，对xd进行n/4点idft得到时域信号后，各用户时域负信号置零，正信号不变，第三个用户将得到的非负时域信号重复2次并除以得到xc，第四个用户将得到的非负时域信号重复4次并除以2得到xd。

s3：各用户对所述各层ofdm信号时间同步后进行信号叠加，得到叠加ofdm信号；

具体地，对每个用户各自的时域信号进行限幅操作。对时域信号x进行限幅操作为：

其中il为预设的最小值，ih为预设的最大值，xclip为限幅后的叠加ofdm信号。。

s4：各用户将所述叠加ofdm信号调制到可见光驱动电流上，得到可见光通信信号，并发送所述可见光通信信号。

实施例4

本实施例具体公开一种可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法，该方法包括以下步骤：

s1：各用户根据需求请求资源分配，获得不同层的ofdm子载波资源，得到可见光上行多址接入方案；

具体地，三个用户根据需求请求资源分配，第一个用户a获得第一层ofdm子载波资源，第二个用户b获得第二层ofdm子载波资源，第三个用户c获得第三层ofdm子载波资源，各层ofdm数据块中只在奇数子载波上传输数据，偶数子载波置零，第l层(l＝1,2,3)子载波数为kl＝n/2^l,ofdm数据块的大小为nl＝n/2^l-1，其中l代表多层ofdm的层序号，kl代表第l层子载波数,nl代表第l层ofdm数据块大小，n代表总子载波数，用户资源分配例如图6所示。

s2：各用户将待传输信号加载到所述不同层的ofdm子载波资源，并对每层分别进行ofdm调制，得到各层ofdm信号；

具体地，各用户将待传输信号经过16qam星座映射后得到星座映射符号，构成厄米特(hermitian)对称结构，加载到所分配的奇数子载波上，其余子载波置零。第l层ofdm数据块满足的hermitian对称结构为：其中[]^*表示取共轭，k表示数据在数据块中的序号。

第一个用户串并转换得到长度为n的ofdm数据块xa，对xa进行n点离散傅里叶逆变换(idft)得到用户a时域信号xa，第二个用户串并转换得到长度为n/2的ofdm数据块xb，对xb进行n/2点idft得到时域信号,第三个用户串并转换得到长度为n/4的ofdm数据块xc，对xc进行n/4点idft得到时域信号后，各用户时域负信号置零，正信号不变，第二个用户时域信号重复2次并除以得到xb，第三个用户时域信号重复4次并除以2得到xc。

s3：各用户对所述各层ofdm信号时间同步后进行信号叠加，得到叠加ofdm信号；

具体地，对每个用户各自的时域信号进行限幅操作。对时域信号x进行限幅操作为：

其中il为预设的最小值，ih为预设的最大值，xclip为限幅后的叠加ofdm信号。

s4：各用户将所述叠加ofdm信号调制到可见光驱动电流上，得到可见光通信信号，并发送所述可见光通信信号。

此外，本实施例提供一种可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入系统。

图7是根据本发明一个实施例的可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入系统的结构框图。如图3所示，该系统700包括：资源分配模块710、信号生成模块720、信号融合模块730和信号发送模块740。

其中，资源分配模块710，各用户根据需求请求资源分配，获得不同层的ofdm子载波资源，得到可见光上行多址接入方案。信号生成模块720，各用户将待传输信号加载到所述不同层的ofdm子载波资源，并对每层分别进行ofdm调制，得到各层ofdm信号。信号融合模块730，各用户对所述各层ofdm信号时间同步后进行信号叠加，得到叠加ofdm信号。信号发送模块740，各用户将所述叠加ofdm信号调制到可见光驱动电流上，得到可见光通信信号，并发送所述可见光通信信号。

需要说明的是，本发明实施例的可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入系统700的具体实现方式与本发明实施例的可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入方法的具体实现方式类似，因此对于其具体地示例性描述请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。

综上，根据本发明实施例的可见光通信系统中基于多层ofdm的上行多址接入装置，能够将多层ofdm调制应用于可见光通信系统的上行多址中，适用幅度调制要求、抑制用户间互干扰、提升系统信道容量、提高系统频谱效率，实现灵活上行多址。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。