本申請涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種spad-ofdm光通信方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，一種利用單光子雪崩二極管spad以及正交頻分復(fù)用ofdm技術(shù)的光通信系統(tǒng)，由于其能夠比較好的適應(yīng)長距離通信和水下通信等場景，如今應(yīng)用廣泛。

然而，這種spad-ofdm光通信系統(tǒng)，一般通過單光子雪崩二極管spad用于作為正交頻分復(fù)用ofdm接收機的檢測器件。由于spad以光子計數(shù)作為接收信號，其計數(shù)過程為泊松計數(shù)過程，從而引入的噪聲為泊松噪聲。泊松噪聲條件下，原有基于歐氏距離準(zhǔn)則的編碼、檢測方案不再適用。而且由于泊松噪聲經(jīng)過ofdm的解調(diào)結(jié)構(gòu)fft后其噪聲特性發(fā)生改變，其噪聲也不再易于分析，更無法設(shè)計匹配的接收機。這導(dǎo)致spad-ofdm通信系統(tǒng)的傳輸性能受到嚴(yán)重制約。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請實施例的目的是提供一種spad-ofdm光通信方法及系統(tǒng)，以解決上述問題。

為解決上述技術(shù)問題，本申請實施例提供一種spad-ofdm光通信方法，應(yīng)用于spad-ofdm光通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括發(fā)射機和spad接收機，所述方法包括：

所述發(fā)射機對待發(fā)射的信號進(jìn)行發(fā)射處理，所述發(fā)射處理包括ofdm調(diào)制、快速傅里葉反變換、信號限幅、逆變換處理，所述逆變換處理包括平方運算；

所述發(fā)射機將經(jīng)過發(fā)射處理的信號發(fā)送至光信號源，以產(chǎn)生可見光信號；

所述spad接收機接收所述可見光信號并進(jìn)行接收處理，所述接收運算包括光子計數(shù)、均衡處理、正變換處理，所述正變換處理包括開方運算；

所述spad接收機將經(jīng)過接收處理的信號輸出。

優(yōu)選的，經(jīng)過發(fā)射處理的信號具有符合泊松分布的噪聲，經(jīng)過正變換處理的信號具有符合高斯分布的噪聲。

優(yōu)選的，經(jīng)過正變換處理的信號的噪聲包括均值為0，方差為0.25的加性高斯白噪聲。

優(yōu)選的，所述發(fā)射處理還包括在逆變換處理之后的數(shù)模轉(zhuǎn)換、光照度歸一化和直流偏置；所述接收處理還包括在正變換處理之后的傅里葉變換以及ofdm解調(diào)。

為解決上述技術(shù)問題，本申請實施例提供一種spad-ofdm光通信系統(tǒng)，包括：

發(fā)射機，包括依次處理對待發(fā)射信號的ofdm調(diào)制器、快速傅里葉反變換器、信號限幅器以及逆變換器，所述逆變換器用于對待發(fā)射信號進(jìn)行逆變換處理，所述逆變換處理包括平方運算；

光信號源，接收所述發(fā)射機處理后的信號并產(chǎn)生可見光信號；

spad接收機，包括接收所述可見光信號并依次進(jìn)行處理的光子計數(shù)器、均衡處理器以及正變換處理器，所述正變換處理對所接收到的信號進(jìn)行正變換處理，所述正變換處理包括開方運算；

輸出裝置，連接所述spad接收機，用于輸出經(jīng)過處理后的信號。

優(yōu)選的，經(jīng)過發(fā)射處理的信號具有符合泊松分布的噪聲，經(jīng)過正變換處理的信號具有符合高斯分布的噪聲。

優(yōu)選的，經(jīng)過正變換處理的信號的噪聲包括均值為0，方差為0.25的加性高斯白噪聲。

優(yōu)選的，所述發(fā)射機還包括在數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、光照度歸一化模塊和直流偏置模塊；所述接收機還包括在傅里葉變換模塊以及ofdm解調(diào)模塊。

由以上本申請實施例提供的技術(shù)方案可見，本申請實施例所提供的spad-ofdm光通信方法及系統(tǒng)，通過在發(fā)射機對待發(fā)射信號進(jìn)行逆變換處理，在接收機對接收信號進(jìn)行正變換處理，逆變換處理和正變換處理包括相對的平方處理和開方處理，通過正變換處理可以將spad接收機所帶來的泊松噪聲轉(zhuǎn)換為便于處理的高斯噪聲，使得spad接收機能夠適用歐氏距離準(zhǔn)則，保證其接收性能得以保證；同時逆變換處理可以解除正變換的影響，恢復(fù)原有波形。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請實施例中spad-ofdm光通信方法的流程圖；

圖2為本申請實施例中spad-ofdm光通信系統(tǒng)的模塊圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請保護(hù)的范圍。

圖1為本申請實施例中spad-ofdm光通信方法的流程圖，該方法可以應(yīng)用于spad-ofdm光通信系統(tǒng)，所述光通信系統(tǒng)包括發(fā)射機和spad接收機。該方法具體包括步驟101至104。

在步驟101中，所述發(fā)射機對待發(fā)射的信號進(jìn)行發(fā)射處理，所述發(fā)射處理包括ofdm調(diào)制、快速傅里葉反變換、信號限幅、逆變換處理，所述逆變換處理包括平方運算。

待發(fā)射的信號進(jìn)入發(fā)射機后，首先經(jīng)過調(diào)整ofdm調(diào)制，該信號被分拆、映射至ofdm各子載波上以實現(xiàn)并行傳輸。進(jìn)而，再快速傅里葉反變換，dsp信號限幅，最終進(jìn)入逆變換處理，逆變換處理包括平方運算。

在本申請實施例中，設(shè)定經(jīng)過通過dsp信號限幅后信號為xclpped，則經(jīng)過ar逆變換的信號xar(k)＝{xclipped(k)}²。

當(dāng)然，所述發(fā)射處理還包括在逆變換處理之后的數(shù)模轉(zhuǎn)換、光照度歸一化和直流偏置等處理步驟，在此不做贅述。

在步驟102中，所述發(fā)射機將經(jīng)過發(fā)射處理的信號發(fā)送至光信號源，以產(chǎn)生可見光信號。

光信號源可以是led光源，光信號源接收到經(jīng)過發(fā)射處理的信號后，據(jù)此產(chǎn)生匹配的光信號并發(fā)射出去。

在步驟103中，所述spad接收機接收所述可見光信號并進(jìn)行接收處理，所述接收運算包括光子計數(shù)、均衡處理、正變換處理，所述正變換處理包括開方運算。

spad接收機能在死時間內(nèi)只能接收一個光子，而死時間由spad的結(jié)構(gòu)決定，是指spad在接收一個光子后恢復(fù)到可以接收下一個光子的狀態(tài)所需要的時間，通常由spad外部電路來實現(xiàn)。光子的計數(shù)過程建模為泊松計數(shù)過程，因此接收到的信號也具有符合泊松分布的噪聲。spad接收機經(jīng)過光子計數(shù)、均衡處理后，將信號進(jìn)行正變換處理。正變換處理包括開方運算。

以下結(jié)合已有的數(shù)學(xué)結(jié)論，證明服從泊松分布的隨機變量，經(jīng)開方后近似服從高斯分布，以明確通過正變換處理，可以將信號內(nèi)泊松噪聲轉(zhuǎn)換為高斯噪聲。相關(guān)證明如下：

假定隨機變量r服從泊松分布，且均值為m。

現(xiàn)引入如下變換其中c為一常數(shù)。

令r-m＝t且m+c＝m′，參數(shù)as定義為，對于s＝1，2，3，…

則，對于任何t≥-m′，由泰勒公式有，

如果t＞0，由拉格朗日公式，余項rs滿足

考慮|t|≤m′，則從公式(1)可以得到

由級數(shù)收斂，有

式中右側(cè)為收斂且有界的。如果g(s)為其一個邊界的絕對值，

將此不等式與式(2)進(jìn)行比較，可見對于所有t＞m′均成立

由于當(dāng)m→∞時，n階的時刻值為所以當(dāng)m→∞時，對于y時刻，有

當(dāng)c＝3/8時，

此時，如令

則

當(dāng)m很大時，有則表明該信號為內(nèi)泊松噪聲已經(jīng)轉(zhuǎn)換為均值為0，方差近似為1的加性高斯白噪聲。從而可以得到，經(jīng)過正變換處理的信號的噪聲也包括均值為0，方差為0.25的加性高斯白噪聲。

當(dāng)然，所述接收處理還包括在正變換處理之后的傅里葉變換以及ofdm解調(diào)等處理工序，在此不做贅述。

在步驟104中，所述spad接收機將經(jīng)過接收處理的信號輸出。

綜上，本申請實施例所提供的spad-ofdm光通信方法，通過在發(fā)射機對待發(fā)射信號進(jìn)行逆變換處理，在接收機對接收信號進(jìn)行正變換處理，逆變換處理和正變換處理包括相對的平方處理和開方處理，通過正變換處理可以將spad接收機所帶來的泊松噪聲轉(zhuǎn)換為便于處理的高斯噪聲，使得spada接收機能夠適用歐氏距離準(zhǔn)則，保證其接收性能得以保證；同時逆變換處理可以解除正變換的影響，恢復(fù)原有波形。

圖2為本申請實施例中spad-ofdm光通信系統(tǒng)的模塊圖。參圖2所示，spad-ofdm光通信系統(tǒng)包括發(fā)射機201、光信號源202、spad接收機203以及輸出裝置204，該光通信系統(tǒng)的工作原理可以參考前述光通信方法，在此不做展開描述。

發(fā)射機201用于接收待輸入信號并傳輸，包括依次處理對待發(fā)射信號的ofdm調(diào)制器211、快速傅里葉反變換器212、信號限幅器213以及逆變換器214，所述逆變換器214用于對待發(fā)射信號進(jìn)行逆變換處理，所述逆變換處理包括平方運算。逆變換處理的具體原理可參前述方法內(nèi)容，在此不做展開描述。

ofdm調(diào)制器211、快速傅里葉反變換器212、信號限幅器213分別對待發(fā)射信號實現(xiàn)ofdm調(diào)制、快速傅里葉反變換、信號限幅。經(jīng)過前述處理的信號進(jìn)入逆變換器214并進(jìn)行后續(xù)處理。

當(dāng)然，所述發(fā)射機201還包括在數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊215、光照度歸一化模塊216和直流偏置模塊217，以分別進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換、光照度歸一化和直流等處理步驟，在此不做贅述。

光信號源202接收所述發(fā)射機201處理后的信號并產(chǎn)生可見光信號。光信號源可以是led光源，光信號源202接收到經(jīng)過發(fā)射處理的信號后，據(jù)此產(chǎn)生匹配的光信號并發(fā)射出去。

spad接收機203包括接收所述可見光信號并依次進(jìn)行處理的光子計數(shù)器231、均衡處理器232以及正變換處理器233，所述正變換處理對所接收到的信號進(jìn)行正變換處理，所述正變換處理包括開方運算。

光子計數(shù)器231、均衡處理232分別用于對spad接收機203所接收到信號進(jìn)行光子技術(shù)和均衡處理，進(jìn)而通過正變換處理器233進(jìn)行后續(xù)流程。

當(dāng)然，接收機203還包括在傅里葉變換模塊234以及ofdm解調(diào)模塊235，以對經(jīng)過正變換處理器233處理后的信號進(jìn)行傅里葉變換和ofdm解調(diào)處理，以恢復(fù)出待發(fā)射的信息。

輸出裝置204連接所述spad接收機，用于輸出經(jīng)過處理后的信號。這些信號可以被傳輸至相關(guān)用戶，從而實現(xiàn)通過信號的通信。

綜上，本申請實施例所提供的spad-ofdm光通信系統(tǒng)，通過在發(fā)射機對待發(fā)射信號進(jìn)行逆變換處理，在接收機對接收信號進(jìn)行正變換處理，逆變換處理和正變換處理包括相對的平方處理和開方處理，通過正變換處理可以將spad接收機所帶來的泊松噪聲轉(zhuǎn)換為便于處理的高斯噪聲，使得spada接收機能夠適用歐氏距離準(zhǔn)則，保證其接收性能得以保證；同時逆變換處理可以解除正變換的影響，恢復(fù)原有波形。

本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于系統(tǒng)實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法實施例的部分說明即可。

以上所述僅為本申請的實施例而已，并不用于限制本申請。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。