一种基于码率自适应QC-LDPC编码方式的电力线载波的可见光通信系统及其运行方法

摘要

本发明涉及一种基于码率自适应QC-LDPC编码方式的电力线载波的可见光通信系统及其运行方法，包括依次连接的QC-LDPC编码模块、PLC通信模块、中间转接模块、VLC通信模块和QC-LDPC译码模块，所述PLC通信模块通过电力线连接所述中间转接模块，所述VLC通信模块包括依次连接的LED驱动、LED、光电探测器、光功率计、放大器及滤波器。本发明使用QC-LDPC编码方式，提高了系统的可靠性，并且通过自适应的方式调整合适的码率，减少了传输信息的冗余，降低了网络成本，提高了传输速率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于码率自适应QC-LDPC编码方式的电力线载波的可见光通信系统及其 运行方法，属于电力线载波通信与可见光通信技术领域。

背景技术

电力载波通信(PowerLineCommunication，简称PLC)是利用工频电能传输线路作为传 输媒介，是电力系统特有的一种通信方式。电力线网络是世界上最大的有线网络，不需要另 外布线，通过电力线可以访问连接在它上面的任意通信设备，使得PLC在智能家居系统中的应 用越来越广泛。

射频技术在无线通信领域具有广泛的、不可替代的作用，但其缺点也越来越凸显，频谱 资源紧张、电磁干扰、对人体危害、安全性不高、传输距离受限等等。作为射频通信的有效 的补充，可见光通信技术受到越来越多的关注。可见光通信技术(VisibleLight Communication，简称VLC)是指利用可见光波段的光作为信息载体，利用LED高速闪烁的特点， 在空气中直接传输光信号的通信方式。白光LED具有使用寿命长、绿色环保、安全、不受频谱 限制等优点，被人们广泛研究和利用。

准循环低密度奇偶校验码(quasi-cycliclowdensityparitycheck，简称QC-LDPC) 是编码较为简单、易实现并且性能较好的纠错码。将编码技术、电力线载波技术和可见光通 信技术有效的结合起来，提高系统的可靠性是未来通信领域的一个重要研究方向。

在电力向载波通信和可见光通信结合的系统中，电力线噪声、背景光和光电探测器噪声 都会对系统的性能产生影响。为了提高系统的可靠性，提出用QC-LDPC码来纠正由于噪声噪声 的信息错误。此外，一方面，不同的通信环境和通信要求对码率的要求不同。例如，系统的 信噪比较高，或者通信所要求的可靠性较低时，不需要很多的校验码就可以达到可接受的误 码率。另一方面，电力线噪声周期性、连续性、随机性和多变性的特点，固定的码率也不适 合电力线通信系统。码率太大浪费了带宽、降低了系统的通信性能，码率太小，又达不到系 统可靠性的要求。因此，自适应的QC-LDPC编码在保证系统可靠性的同时调整码率尽可能减少 校验码数量，可有效提高传输效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于码率自适应QC-LDPC编码方式的电力线载波 的可见光通信系统。

本发明还提供了上述可见光通信系统的运行方法；

为了克服电力线载波通信和可见光通信结合系统的电力线噪声、背景光噪声和光电探测 器噪声对系统可靠性的影响，本发明利用码率自适应QC-LDPC编码方式的较高纠错能力，提升 了系统的可靠性。另外，电力线载波通信具有周期性、连续性、随机性和多变性的特点，固 定码率并不能在保证系统可靠性的同时具有较高传输速率，而自适应的QC-LDPC编码方式可以 在保证系统可靠性的同时有效提高了传输效率。

本发明的技术方案为：

一种基于码率自适应QC-LDPC编码方式的电力线载波的可见光通信系统，包括依次连接的 QC-LDPC编码模块、PLC通信模块、中间转接模块、VLC通信模块和QC-LDPC译码模块，所述PLC 通信模块通过电力线连接所述中间转接模块，所述VLC通信模块包括依次连接的LED驱动、LED、 光电探测器、光功率计、放大器及滤波器。

根据本发明优选的，所述QC-LDPC编码模块用于对输入信号进行编码，得到数字信号并发 送至所述PLC通信模块，并且根据反馈的PLC噪声功率及VLC接收光功率调整编码码率，并将调 整后的编码码率发送至所述QC-LDPC译码模块；所述PLC通信模块将接收的数字信号耦合到所 述电力线上进行传播，产生电力载波信号并发送至所述中间转接模块，并且将PLC噪声功率反 馈至所述QC-LDPC编码模块；所述中间转接模块将电力载波信号转化成所述LED可传输的信号； 所述LED发射光信号至所述光电探测器，所述光电探测器接收光信号并将光信号转化为电信 号，所述光电探测器还将产生的VLC接收光功率反馈至所述QC-LDPC编码模块；所述QC-LDPC 译码模块根据接收到的调整后的编码码率对电信号进行译码，得到原始的数字信号。

根据本发明优选的，所述PLC通信模块包括PLC调制器。

所述PLC调制器接收数字信号，经过电力线耦合到电力线上进行传播。

根据本发明优选的，所述中间转接模块包括带通滤波器和交直流转换器。

根据本发明优选的，所述带通滤波器分离出调制信号，所述交直流转换器将交流驱动转 换成直流驱动，并将调制信号及直流驱动加载至所述LED，驱动所述LED发光。

上述可见光通信系统的运行方法，具体步骤包括：

(1)所述QC-LDPC编码模块对输入信号进行编码，得到数字信号并发送至所述PLC通信模 块，并且根据反馈的PLC噪声功率及VLC接收光功率调整编码码率，并将调整后的编码码率发 送至所述QC-LDPC译码模块；

(2)所述PLC通信模块将接收的数字信号耦合到所述电力线上进行传播，产生电力载波 信号并发送至所述中间转接模块，并且将PLC噪声功率反馈至所述QC-LDPC编码模块；

(3)所述中间转接模块接收电力载波信号并加载至所述LED，驱动所述LED发光；所述LED 发射光信号至所述光电探测器，所述光电探测器接收光信号并将光信号转化为电信号，所述 光电探测器还将产生的VLC接收光功率反馈至所述QC-LDPC编码模块；

(4)所述QC-LDPC译码模块根据接收到的调整后的编码码率对电信号进行译码，得到原 始的数字信号。

根据本发明优选的，根据反馈的PLC噪声功率及VLC接收光功率，所述QC-LDPC编码模块通 过神经网络算法调整编码码率。

本发明的有益效果为：

1、基于电力线载波的LED可见光通信系统在实现数据传输的同时还能实现照明的作用。

2、相比较射频通信，可见光通信有无电磁干扰、无频谱使用限制、绿色无污染、安全性 高等优点，在有光的地方就可以实现通信，使用范围广。

3、可见光无线通信系统与电力线传输系统结合较为容易，系统不需要做太大的改变，电 力线网络遍布各个建筑，通过电力线可以访问连接在可见光通信设备节约了系统的构建成本。

4、用电力线载波和可见光通信结合的通信系统相对于目前的LED可见光通信系统可靠性 降低，使用QC-LDPC编码方式，提高了系统的可靠性，并且通过自适应的方式调整合适的码率， 减少了传输信息的冗余，在保证可靠性的前提下降低了网络成本，提高了传输速率。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明所述PLC通信模块的工作流程框图；

图3为本发明所述VLC通信模块的结构框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。

实施例1

一种基于码率自适应QC-LDPC编码方式的电力线载波的可见光通信系统，包括依次连接的 QC-LDPC编码模块、PLC通信模块、中间转接模块、VLC通信模块和QC-LDPC译码模块，所述PLC 通信模块通过电力线连接所述中间转接模块，如图1所示；所述VLC通信模块包括依次连接的 LED驱动、LED、光电探测器、光功率计、放大器及滤波器，如图3所示。

所述QC-LDPC编码模块用于对输入信号进行编码，得到数字信号并发送至所述PLC通信模 块，并且根据反馈的PLC噪声功率及VLC接收光功率调整编码码率，并将调整后的编码码率发 送至所述QC-LDPC译码模块；所述PLC通信模块将接收的数字信号耦合到所述电力线上进行传 播，产生电力载波信号并发送至所述中间转接模块，并且将PLC噪声功率反馈至所述QC-LDPC 编码模块；所述中间转接模块将电力载波信号转化成所述LED可传输的信号；所述LED发射光 信号至所述光电探测器，所述光电探测器接收光信号并将光信号转化为电信号，所述光电探 测器还将产生的VLC接收光功率反馈至所述QC-LDPC编码模块；所述QC-LDPC译码模块根据接收 到的调整后的编码码率对电信号进行译码，得到原始的数字信号。

所述PLC通信模块包括PLC调制器。

所述PLC调制器接收数字信号，经过电力线耦合到电力线上进行传播。如图2所示。

所述中间转接模块包括带通滤波器和交直流转换器。

所述带通滤波器分离出调制信号，所述交直流转换器将交流驱动转换成直流驱动，并将 调制信号及直流驱动加载至所述LED，驱动所述LED发光。

实施例1所述的可见光通信系统的结构框图如图1所示。

实施例2

上述可见光通信系统的运行方法，具体步骤包括：

(1)所述QC-LDPC编码模块对输入信号进行编码，得到数字信号并发送至所述PLC通信模 块，并且根据反馈的PLC噪声功率及VLC接收光功率调整编码码率，并将调整后的编码码率发 送至所述QC-LDPC译码模块；

(2)所述PLC通信模块将接收的数字信号耦合到所述电力线上进行传播，产生电力载波 信号并发送至所述中间转接模块，并且将PLC噪声功率反馈至所述QC-LDPC编码模块；

(3)所述中间转接模块接收电力载波信号并加载至所述LED，驱动所述LED发光；所述 LED发射光信号至所述光电探测器，所述光电探测器接收光信号并将光信号转化为电信号，所 述光电探测器还将产生的VLC接收光功率反馈至所述QC-LDPC编码模块；

(4)所述QC-LDPC译码模块根据接收到的调整后的编码码率对电信号进行译码，得到原 始的数字信号。

根据反馈的PLC噪声功率及VLC接收光功率，所述QC-LDPC编码模块通过神经网络算法调整 编码码率。