用于可见光通信系统的可变脉冲幅度位置调制和误码率改善方法
【专利摘要】本发明公开了一种可见光通信系统的可变脉冲幅度位置调制和误码率改善方法，属于可见光无线通信【技术领域】。该方法在信号发送端的调制模块中使用可变脉冲幅度位置调制，该调制方法是一种多进制调制，结合了脉冲幅度位置调制和脉冲宽度调制，在提供系统调光功能的同时保证了通信数据的传输，并且改善了通信质量，主要包括在符号速率相等的情况下能够提高传输速率，结合了多进制调制带宽效率高和脉冲位置调制功率效率高的优点，能够有效的改善频谱效率，并且相比于其他的多进制调制方式，复杂度较低。为了进一步改善系统的误码率，本方法在接收端使用基于前馈反向传播多层感知机的信道均衡器，有效的改善了误码率，进一步提高了通信质量。
【专利说明】用于可见光通信系统的可变脉冲幅度位置调制和误码率改 善方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于可见光无线通信【技术领域】，涉及一种用于可见光通信系统的可变脉冲 幅度位置调制和误码率改善方法。
【背景技术】
[0002] 目前，由于网络频段资源的日渐枯竭，网络干扰，以及网络泄密等问题的日益严 峻，我们需要找到能够克服上述问题的新的网络通信技术，而可见光通信技术是最有发展 前景的技术之一。
[0003] 可见光通信（Visible Light Communication, VLC)技术是一种使用可见光作为 信息载体的新型无线光通信方式，它主要利用半导体发光二极管（Light Emitting Diode, LED)所具有的高速响应特性，同时实现通信和照明的双重功能。可见光通信发出的光是电 磁波谱中人眼所可以感知的那部分，波长在380nm到780nm之间，对人眼安全。基于LED的 可见光无线通信系统，无论是应用于室内还是室外，在其物理实现上均分为光信号发射和 光信号接收两部分。光信号发射部分主要包括：将信号源信号转换成便于大气信道传输的 电信号的输入和处理电路，以及将电信号转化调制成光载波强度变化的LED可见光驱动电 路。可见光接收机部分主要包括：能对信号光源实现最佳接收的光学系统，将光信号还原成 电信号的光电探测器和前置放大电路，为了获得最佳接收信噪比的滤波电路，以及将电信 号转换成可被终端识别的信号处理和输出电路等。
[0004] 目前，可见光通信的研究热点之一是如何提高通信速率，主要是对调制方式的研 究。对可见光无线通信系统来说，用户既希望能够根据环境和心情随意的调节光源的亮度， 又希望同时保证无线数据的传输，因此调光对于基于LED的VLC来说是关键技术之一。而调 制技术的选择对于可调光的VLC系统来说非常的重要。目前已经有许多调制技术被提出， 其中包括00K、VPPM、V00K、0PPM、MPPM、M_PAMs等等。但是其中一些调制方式功率效率比较 高，一些调制方式带宽效率比较高，另外一些调制方式复杂度比较高。对于调制方式来说， 想要同时获得这些增益是比较困难的，因此，还需要更进一步的研究。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于可见光通信系统的可变脉冲幅度位置 调制和误码率改善方法，该方法在提供调光功能的同时能够改善通信质量，包括能够提高 带宽效率，降低多进制调制的复杂度，以及改善误码率性能等。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种用于可见光通信系统的可变脉冲幅度位置调制和误码率改善方法，在所述调 制方法中，采用可变脉冲幅度位置调制将可见光无线通信系统中的多进制系统数据调制为 随幅度、脉冲位置和调光速率变化的脉冲波形；在所述误码率改善方法中，采用基于人工 神经网络的信道均衡器来改善误码率性能，人工神经网络的类型为前馈反向传播多层感知 机，信道均衡器采用的是判决反馈均衡器。
[0008] 进一步，所述可变脉冲幅度位置调制结合了脉冲幅度位置调制和脉冲宽度调制的 混合调光方案，通过改变MX 2进制的信号所对应的脉冲幅度和位置来实现数据传输，并且 根据调光速率来改变脉冲宽度进而实现调光控制，具体包括：
[0009] 1)所述脉冲幅度位置调制中的幅度和位置根据以下公式获得的：
[0010]
【权利要求】
1. 一种用于可见光通信系统的可变脉冲幅度位置调制和误码率改善方法，其特征在 于：在所述调制方法中，采用可变脉冲幅度位置调制将可见光无线通信系统中的多进制系 统数据调制为随幅度、脉冲位置和调光速率变化的脉冲波形；在所述误码率改善方法中，采 用基于人工神经网络的信道均衡器来改善误码率性能，人工神经网络的类型为前馈反向传 播多层感知机，信道均衡器采用的是判决反馈均衡器。
2. 根据权利要求1所述的用于可见光通信系统的可变脉冲幅度位置调制和误码率改 善方法，其特征在于：所述可变脉冲幅度位置调制结合了脉冲幅度位置调制和脉冲宽度调 制的混合调光方案，通过改变MX 2进制的信号所对应的脉冲幅度和位置来实现数据传输， 并且根据调光速率来改变脉冲宽度进而实现调光控制，具体包括： 1) 所沭脉沖幅庠份置调制中的幅庠和位置根据以下公式获得的：
其中：
表示幅度系数;Μ为不同幅度的个数，大小为2的整数 幂；Τ表示符号周期，将Τ等分为η个时隙，则每个时隙周期为T/n ; [C(l，Cl，. . .，c^]表示不 同的码字；P (t)表示周期为T/n的矩形脉冲；P为平均光功率； 2) 为了便于系统的调光控制，η被固定为2,即每个符号周期中只有两个时隙，时隙间 隔为Τ/2 ; 3) 脉冲宽度在整个符号周期内根据调光需求进行调整，但是不能为0或者Τ。
3. 根据权利要求2所述的用于可见光通信系统的可变脉冲幅度位置调制和误码率改 善方法，其特征在于：所述可变脉冲幅度位置调制方法在实现数据传输功能的同时还能实 现调光功能，具体包括： 1) 为了便于调光，每个符号的时隙个数固定为2,且脉冲的幅度减半，即由
2) 脉冲幅度位置调制中，由于η固定，则调制方式为Μ-2-ΡΑΡΜ，其中Μ为变量，大小为 2的整数幂； 3) 信号的进制数为MX 2,每个符号传输log2 (MX 2)比特信息，Μ越大，进制数越大，每 符号所传输的信息比特就越多，带宽效率就越高，但同时复杂度也越高。
4. 根据权利要求3所述的用于可见光通信系统的可变脉冲幅度位置调制和误码率改 善方法，其特征在于：LED发送光信号X (t)，经过光无线信道被Η)接收，得到接收光信号 y (t),具体包括： 1) 所述接收光信号y(t)是根据公式： 获得的，其中R为光电探测器的灵敏度，h(t)为信道冲激响应，N(t)为高斯白噪声；所 述x(t)代表LED光的光功率； 2. x(t)需满足如下条件：
其中，pt为平均光功率，ο < γ < 1表示调光速率，当γ = 1时，LED的亮度达到满值；
?的选取是为了能够达到平均光功率。
5. 根据权利要求4所述的用于可见光通信系统的可变脉冲幅度位置调制和误码率改 善方法，其特征在于：可变脉冲幅度位置调制中的脉宽调制是指每符号所发送的一个脉冲 的宽度在符号周期内变化，与传统的可见光通信系统中用于调光的脉宽调制不同，可变脉 冲幅度位置调制中的脉冲宽度不代表任何数据信息。
6. 根据权利要求1所述的用于可见光通信系统的可变脉冲幅度位置调制和误码率改 善方法，其特征在于：在所述误码率改善方法中：在接收端，为了改善误码率性能，采用基 于人工神经网络的信道均衡器，具体包括： 1) 在室内可见光通信系统中的自适应信道均衡使用的是基于前馈反向传播多层感知 机的判决反馈均衡器； 2) 多层神经网络的训练采用反向传播算法，该算法是一种监督学习算法，即BP算法， 具体描述如下： 第一步：初始化权重和阀值为小的随机数； 第二步：指定输入向量x(n)和期望得到的输出向量d(n); 第三步：根据输入向量集算出实际的输出向量y (η)，然后计算出成本函Ε (η); 第四步：根据公式调整权重； 第五步：返回第二步。
7. 根据权利要求6所述的用于可见光通信系统的可变脉冲幅度位置调制和误码率改 善方法，其特征在于：ΒΡ监督学习算法调整了人工神经网络的权重来使得成本函数最小 化： 所述的成本函数Ε (η)为： Ε (η) = | | d (n) -y (η) | |2 权重由以下公式更新调整：
【文档编号】H04B10/116GK104158632SQ201410447427
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】陈前斌, 易利, 冀磊, 许娟雄, 冉启飞, 刘伊莎, 唐伦 申请人:重庆邮电大学