室内可见光通信系统接收端的均衡器的权向量初始化方法与流程

本发明涉及可见光通信系统中接收端的均衡方案，具体涉及室内可见光通信系统接收端的均衡器的权向量初始化方法，属于可见光通信技术领域。

背景技术：

可见光通信由于其绿色环保、无需频谱认证、传输速率高等优点引起了全球范围的研究热潮。然而对于一个室内传输环境，接收端收到的光信号中包含直射和反射分量，当系统传输速率较高时，会引起码间串扰。为了在接收端能准确的接收信号，必须采用相应的技术来消除码间干扰，均衡技术是消除码间干扰的有效技术手段。均衡器根据是否需要训练序列分为自适应均衡器和盲均衡器，自适应均衡器在发送用户数据前需要预先发送一段训练序列，这会占用信道的带宽，增加传输的开销。盲均衡技术不使用训练序列，仅利用所接收到的信号对信道进行均衡，从而可以获得有效的带宽利用率。

常模(constantmodulusalgorithm，cma)盲均衡算法实现简单，计算量小，是室内可见光通信系统中使用最广泛的盲均衡算法。然而cma算法的收敛性能受到步长因子的影响，算法的收敛速度与稳态剩余误差相互制约。而且cma算法的代价函数相对于抽头权向量而言是存在局部极小值的，且代价函数的极小值存在多个，其抽头权向量有一个较好的初始化条件能够保证算法不会发散。根据大量工程经验，当抽头权向量的抽头个数足够时，采用置零准则即中心抽头初始化，cma算法的代价函数基本上能够收敛到全局最优解。但是，目前并没有完整的理论能够解决均衡器的抽头权向量的初始化问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供室内可见光通信系统接收端的均衡器的权向量初始化方法，克服现有的均衡方案下cma算法收敛速度受到收敛精度制约的问题，在不改变步长因子且不增加稳态均方误差的情况下，加快算法的收敛速度，加强跟踪信道的能力。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

室内可见光通信系统接收端的均衡器的权向量初始化方法，包括如下步骤：

步骤1，在室内首次进行通信时，计算并记录接收端此时的接收功率，记为p1，对均衡器采用中心抽头初始化方法进行初始化，得到初始抽头权向量，对初始抽头权向量采用cma盲均衡算法，得到收敛后的均衡器抽头权向量，记为w1并记录；

步骤2，在室内第二次进行通信时，计算接收端此时的接收功率与前一次通信时接收功率的差值比δ；若δ≤5％，则将前一次通信得到的抽头权向量w1作为当前均衡器抽头权向量；若δ>5％，则将此时的接收功率记为p2并记录，对均衡器采用中心抽头初始化方法进行初始化，得到初始抽头权向量，对初始抽头权向量采用cma盲均衡算法，得到收敛后的均衡器抽头权向量，记为w2并记录；

步骤3，在室内第n次进行通信时，计算接收端此时的接收功率与已记录的此前通信的接收功率的差值比δm，m＝1,2,…,m，m为已经记录的接收功率的总个数；从δ1开始，若存在δk≤5％，1≤k≤m，则将记录的抽头权向量wk作为当前均衡器抽头权向量；若不存在，则将此时的接收功率记为pm+1并记录，对均衡器采用中心抽头初始化方法进行初始化，得到初始抽头权向量，对初始抽头权向量采用cma盲均衡算法，得到收敛后的均衡器抽头权向量，记为wm+1并记录。

作为本发明的一种优选方案，所述对均衡器采用中心抽头初始化方法进行初始化，得到初始抽头权向量具体为：根据均衡器的阶数，确定初始抽头权向量，当阶数j为奇数时，在初始抽头权向量中将阶对应的位置设为1，其他位置均设为0；当阶数j为偶数时，在初始抽头权向量中将阶或阶对应的位置设为1，其他位置均设为0。

作为本发明的一种优选方案，所述初始抽头权向量的表达式为：当阶数j为奇数时，当阶数j为偶数时，或

作为本发明的一种优选方案，步骤2所述差值比δ的计算公式为：

其中，p1为首次通信记录的接收端的接收功率，p为第二次通信计算得到的接收端的接收功率。

作为本发明的一种优选方案，步骤3所述差值比δm的计算公式为：

其中，pm为第n次通信之前已经记录的接收功率，m＝1,2,…,m，m为已经记录的接收功率的总个数；p′为第n次通信计算得到的接收端的接收功率。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明根据室内可见光通信系统信道变化缓慢的特点，利用接收功率的变化来衡量信道的变化，通过对均衡器的权向量进行合理的初始化，在不增加计算复杂度的基础上，解决了cma盲均衡算法收敛速度慢，信道跟踪能力不强的问题。

2、本发明实现简单，是一种能够加快均衡器收敛速度的方法，在实际应用中，尤其是接收端移动的情况下具有重要意义。

附图说明

图1是室内可见光通信系统接收端的原理框图。

图2是本发明室内可见光通信系统接收端的均衡器的权向量初始化方法的流程图。

图3是本发明一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明的思路是对现有室内可见光通信系统接收端的盲均衡器的抽头初始化方法进行改进，通过接收功率的变化来判断信道的变化程度，权向量初始化模块利用数据存储模块记录的接收功率的值和已经取得的均衡器的收敛权向量对盲均衡器初始化，从而加快了cma均衡算法的收敛速度。

室内可见光通信系统接收端的原理框图如图1所示，数据存储模块位于权向量初始化模块前，用于记录之前通信位置的接收功率和均衡收敛后的权向量，权向量初始化模块位于盲均衡器之前，通过对比当前接收功率与数据存储模块已有数据，对盲均衡器进行合理的初始化操作。盲均衡器可以为线性均衡器结构也可以为非线性均衡器结构，并不做限定。

盲均衡器抽头权向量初始化的流程图如图2所示，系统根据接收功率的值对均衡器的抽头权向量进行初始化处理。通信过程中接收端收到信号，首先计算接收功率的值，然后将此接收功率与数据存储模块已记录的接收功率进行对比，若接收功率的值在已记录的范围内，权向量初始化模块利用已经取得的均衡器的收敛权向量对盲均衡器初始化，若超出已记录接收功率的范围，则采用传统的中心抽头初始化方法对盲均衡器的权向量进行初始化。

在通信系统的接收端，数据存储模块用于存储均衡器已取得的收敛后的权向量值并根据接收功率的变化判断是否对当前值进行存储，当接收功率在设定范围内，即在数据存储模块已存储接收功率的范围内，数据存储模块不需要记录当前接收功率和权向量的值。对均衡器的采用中心抽头初始化方法时，在数据存储模块记录此时的接收功率和均衡器抽头权向量收敛后的值。通过选择性的记录，能记录到一定功率范围内的抽头权向量值，使得记录尽量少的数据来表征整个室内通信范围。具体采用以下方法：

第一步，用户进入一个新的房间进行首次通信时，记录此时的接收功率p1，对均衡器采用中心抽头初始化方法即w＝[0,0,…,1,…,0,0]，采用cma算法得到收敛后的均衡器抽头权向量w1并记录。

第二步，用户在房间内第二次通信时，计算此时的接收功率p与上次通信时接收功率的差值比若δ≤5％，则对均衡器的权向量采用新的初始化方法，即w＝w1。若δ>5％，数据存储模块记录此时的接收功率p2＝p，权向量初始化模块对均衡器采用中心抽头初始化方法，并将利用cma算法得到收敛后的均衡器抽头权向量w2记录。

第三步，用户在房间内第n次通信时，计算此时的接收功率p′与已记录的此前通信的接收功率的差值比其中m＝1,2,…,m为已经记录的接收功率的个数。若存在1≤k≤m，δk≤5％，则对均衡器的权向量采用新的初始化方法，即w＝wk。若不存在，记录此时的接收功率pm+1＝p′，对均衡器采用中心抽头初始化方法，采用cma算法得到收敛后的均衡器抽头权向量wm+1并记录到数据存储模块。

下面以室内可见光通信为例对发明技术方案进一步说明。

如图3所示，房间为(5m×5m×3m)的规格，接收机平面的高度为0.85m，天花板上分布4个发射功率相同的led灯，分别位于(1m,1m,3m)，(1m,4m,3m)，(4m,1m,3m)，(4m,4m,3m)处。

若首次通信接收机位于a(1m,2m,0.85m)点，此时均衡器采用中心抽头初始化方法，由于通信系统中房间是对称的，接收机的位置也是对称的，因此在房间内共有其他7个点与a点拥有相同的信道特性和接收功率，阴影部分标示了接收功率的变化在a点5％内的范围，大致包括距a点30-40cm的位置。

假若下次通信在b点，则通过接收功率可以判断b点可以直接利用a点均衡收敛后的权向量进行初始化，假若下次通信点c位于阴影部分外则均衡器采用中心抽头初始化方法，此时记录c点的接收功率和收敛后的均衡器权向量，在c点与其他7个点周围也会形成类似的阴影部分。通过合理设计led灯的分布，在达到照明亮度均匀分布的同时接收功率的分布也很平缓，阴影部分的面积更大。

实际情况中，人的位置即接收机的位置是不断移动的，均衡器需要不断更新均衡器的以适应信道的变化。目前的文献中讨论较多的是串行均衡器，其中对于权向量的更新策略可能是每个周期一次也可能是每n个时钟周期一次，例如《designandimplementationofadaptiveequalizerbasedonfpga》所介绍的方法每12个时钟周期完成一次自适应过程，在12时钟周期后开始下一次循环，文中使用lms算法大致需要300μs使得均衡器权向量收敛。实际应用中，假设室内人的移动速度为10m/s，则在一次收敛过程中人的移动范围远小于1cm，这完全在上次通信的阴影范围内，因此在应用场景下，移动的接收端在连续通信的情况下，盲均衡器的权向量初始化方法具有重要意义，能有效提高算法的收敛速度，加强跟踪信道的能力。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。