用于可見光通信系統(tǒng)的可變脈沖幅度位置調(diào)制和誤碼率改善方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可見光通信系統(tǒng)的可變脈沖幅度位置調(diào)制和誤碼率改善方法，屬于可見光無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法在信號發(fā)送端的調(diào)制模塊中使用可變脈沖幅度位置調(diào)制，該調(diào)制方法是一種多進制調(diào)制，結(jié)合了脈沖幅度位置調(diào)制和脈沖寬度調(diào)制，在提供系統(tǒng)調(diào)光功能的同時保證了通信數(shù)據(jù)的傳輸，并且改善了通信質(zhì)量，主要包括在符號速率相等的情況下能夠提高傳輸速率，結(jié)合了多進制調(diào)制帶寬效率高和脈沖位置調(diào)制功率效率高的優(yōu)點，能夠有效的改善頻譜效率，并且相比于其他的多進制調(diào)制方式，復(fù)雜度較低。為了進一步改善系統(tǒng)的誤碼率，本方法在接收端使用基于前饋反向傳播多層感知機的信道均衡器，有效的改善了誤碼率，進一步提高了通信質(zhì)量。
【專利說明】用于可見光通信系統(tǒng)的可變脈沖幅度位置調(diào)制和誤碼率改 善方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于可見光無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于可見光通信系統(tǒng)的可變脈沖 幅度位置調(diào)制和誤碼率改善方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，由于網(wǎng)絡(luò)頻段資源的日漸枯竭，網(wǎng)絡(luò)干擾，以及網(wǎng)絡(luò)泄密等問題的日益嚴(yán) 峻，我們需要找到能夠克服上述問題的新的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，而可見光通信技術(shù)是最有發(fā)展 前景的技術(shù)之一。
[0003] 可見光通信（Visible Light Communication, VLC)技術(shù)是一種使用可見光作為 信息載體的新型無線光通信方式，它主要利用半導(dǎo)體發(fā)光二極管（Light Emitting Diode, LED)所具有的高速響應(yīng)特性，同時實現(xiàn)通信和照明的雙重功能?？梢姽馔ㄐ虐l(fā)出的光是電 磁波譜中人眼所可以感知的那部分，波長在380nm到780nm之間，對人眼安全?；贚ED的 可見光無線通信系統(tǒng)，無論是應(yīng)用于室內(nèi)還是室外，在其物理實現(xiàn)上均分為光信號發(fā)射和 光信號接收兩部分。光信號發(fā)射部分主要包括：將信號源信號轉(zhuǎn)換成便于大氣信道傳輸?shù)?電信號的輸入和處理電路，以及將電信號轉(zhuǎn)化調(diào)制成光載波強度變化的LED可見光驅(qū)動電 路。可見光接收機部分主要包括：能對信號光源實現(xiàn)最佳接收的光學(xué)系統(tǒng)，將光信號還原成 電信號的光電探測器和前置放大電路，為了獲得最佳接收信噪比的濾波電路，以及將電信 號轉(zhuǎn)換成可被終端識別的信號處理和輸出電路等。
[0004] 目前，可見光通信的研究熱點之一是如何提高通信速率，主要是對調(diào)制方式的研 究。對可見光無線通信系統(tǒng)來說，用戶既希望能夠根據(jù)環(huán)境和心情隨意的調(diào)節(jié)光源的亮度， 又希望同時保證無線數(shù)據(jù)的傳輸，因此調(diào)光對于基于LED的VLC來說是關(guān)鍵技術(shù)之一。而調(diào) 制技術(shù)的選擇對于可調(diào)光的VLC系統(tǒng)來說非常的重要。目前已經(jīng)有許多調(diào)制技術(shù)被提出， 其中包括00K、VPPM、V00K、0PPM、MPPM、M_PAMs等等。但是其中一些調(diào)制方式功率效率比較 高，一些調(diào)制方式帶寬效率比較高，另外一些調(diào)制方式復(fù)雜度比較高。對于調(diào)制方式來說， 想要同時獲得這些增益是比較困難的，因此，還需要更進一步的研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于可見光通信系統(tǒng)的可變脈沖幅度位置 調(diào)制和誤碼率改善方法，該方法在提供調(diào)光功能的同時能夠改善通信質(zhì)量，包括能夠提高 帶寬效率，降低多進制調(diào)制的復(fù)雜度，以及改善誤碼率性能等。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種用于可見光通信系統(tǒng)的可變脈沖幅度位置調(diào)制和誤碼率改善方法，在所述調(diào) 制方法中，采用可變脈沖幅度位置調(diào)制將可見光無線通信系統(tǒng)中的多進制系統(tǒng)數(shù)據(jù)調(diào)制為 隨幅度、脈沖位置和調(diào)光速率變化的脈沖波形；在所述誤碼率改善方法中，采用基于人工 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信道均衡器來改善誤碼率性能，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的類型為前饋反向傳播多層感知 機，信道均衡器采用的是判決反饋均衡器。
[0008] 進一步，所述可變脈沖幅度位置調(diào)制結(jié)合了脈沖幅度位置調(diào)制和脈沖寬度調(diào)制的 混合調(diào)光方案，通過改變MX 2進制的信號所對應(yīng)的脈沖幅度和位置來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，并且 根據(jù)調(diào)光速率來改變脈沖寬度進而實現(xiàn)調(diào)光控制，具體包括：
[0009] 1)所述脈沖幅度位置調(diào)制中的幅度和位置根據(jù)以下公式獲得的：
[0010]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于可見光通信系統(tǒng)的可變脈沖幅度位置調(diào)制和誤碼率改善方法，其特征在 于：在所述調(diào)制方法中，采用可變脈沖幅度位置調(diào)制將可見光無線通信系統(tǒng)中的多進制系 統(tǒng)數(shù)據(jù)調(diào)制為隨幅度、脈沖位置和調(diào)光速率變化的脈沖波形；在所述誤碼率改善方法中，采 用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信道均衡器來改善誤碼率性能，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的類型為前饋反向傳 播多層感知機，信道均衡器采用的是判決反饋均衡器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可見光通信系統(tǒng)的可變脈沖幅度位置調(diào)制和誤碼率改 善方法，其特征在于：所述可變脈沖幅度位置調(diào)制結(jié)合了脈沖幅度位置調(diào)制和脈沖寬度調(diào) 制的混合調(diào)光方案，通過改變MX 2進制的信號所對應(yīng)的脈沖幅度和位置來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸， 并且根據(jù)調(diào)光速率來改變脈沖寬度進而實現(xiàn)調(diào)光控制，具體包括： 1) 所沭脈沖幅庠份置調(diào)制中的幅庠和位置根據(jù)以下公式獲得的：
其中：
表示幅度系數(shù);Μ為不同幅度的個數(shù)，大小為2的整數(shù) 冪；Τ表示符號周期，將Τ等分為η個時隙，則每個時隙周期為T/n ; [C(l，Cl，. . .，c^]表示不 同的碼字；P (t)表示周期為T/n的矩形脈沖；P為平均光功率； 2) 為了便于系統(tǒng)的調(diào)光控制，η被固定為2,即每個符號周期中只有兩個時隙，時隙間 隔為Τ/2 ; 3) 脈沖寬度在整個符號周期內(nèi)根據(jù)調(diào)光需求進行調(diào)整，但是不能為0或者Τ。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于可見光通信系統(tǒng)的可變脈沖幅度位置調(diào)制和誤碼率改 善方法，其特征在于：所述可變脈沖幅度位置調(diào)制方法在實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能的同時還能實 現(xiàn)調(diào)光功能，具體包括： 1) 為了便于調(diào)光，每個符號的時隙個數(shù)固定為2,且脈沖的幅度減半，即由
2) 脈沖幅度位置調(diào)制中，由于η固定，則調(diào)制方式為Μ-2-ΡΑΡΜ，其中Μ為變量，大小為 2的整數(shù)冪； 3) 信號的進制數(shù)為MX 2,每個符號傳輸log2 (MX 2)比特信息，Μ越大，進制數(shù)越大，每 符號所傳輸?shù)男畔⒈忍鼐驮蕉啵瑤捫示驮礁?，但同時復(fù)雜度也越高。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于可見光通信系統(tǒng)的可變脈沖幅度位置調(diào)制和誤碼率改 善方法，其特征在于：LED發(fā)送光信號X (t)，經(jīng)過光無線信道被Η)接收，得到接收光信號 y (t),具體包括： 1) 所述接收光信號y(t)是根據(jù)公式： 獲得的，其中R為光電探測器的靈敏度，h(t)為信道沖激響應(yīng)，N(t)為高斯白噪聲；所 述x(t)代表LED光的光功率； 2. x(t)需滿足如下條件：
其中，pt為平均光功率，ο < γ < 1表示調(diào)光速率，當(dāng)γ = 1時，LED的亮度達到滿值；
?的選取是為了能夠達到平均光功率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于可見光通信系統(tǒng)的可變脈沖幅度位置調(diào)制和誤碼率改 善方法，其特征在于：可變脈沖幅度位置調(diào)制中的脈寬調(diào)制是指每符號所發(fā)送的一個脈沖 的寬度在符號周期內(nèi)變化，與傳統(tǒng)的可見光通信系統(tǒng)中用于調(diào)光的脈寬調(diào)制不同，可變脈 沖幅度位置調(diào)制中的脈沖寬度不代表任何數(shù)據(jù)信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可見光通信系統(tǒng)的可變脈沖幅度位置調(diào)制和誤碼率改 善方法，其特征在于：在所述誤碼率改善方法中：在接收端，為了改善誤碼率性能，采用基 于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信道均衡器，具體包括： 1) 在室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中的自適應(yīng)信道均衡使用的是基于前饋反向傳播多層感知 機的判決反饋均衡器； 2) 多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練采用反向傳播算法，該算法是一種監(jiān)督學(xué)習(xí)算法，即BP算法， 具體描述如下： 第一步：初始化權(quán)重和閥值為小的隨機數(shù)； 第二步：指定輸入向量x(n)和期望得到的輸出向量d(n); 第三步：根據(jù)輸入向量集算出實際的輸出向量y (η)，然后計算出成本函Ε (η); 第四步：根據(jù)公式調(diào)整權(quán)重； 第五步：返回第二步。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于可見光通信系統(tǒng)的可變脈沖幅度位置調(diào)制和誤碼率改 善方法，其特征在于：ΒΡ監(jiān)督學(xué)習(xí)算法調(diào)整了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重來使得成本函數(shù)最小 化： 所述的成本函數(shù)Ε (η)為： Ε (η) = | | d (n) -y (η) | |2 權(quán)重由以下公式更新調(diào)整：
【文檔編號】H04B10/116GK104158632SQ201410447427
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】陳前斌, 易利, 冀磊, 許娟雄, 冉啟飛, 劉伊莎, 唐倫 申請人:重慶郵電大學(xué)