一种基于神经元网络的可见光通信接收系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及可见光通信技术，特别涉及一种基于神经元网络的可见光通信接 收系统。
【背景技术】
[0002] 与传统的红外和无线通信相比，LED可见光通信技术具有发射功率高、无电磁干 扰、无需申请频谱资源和信息的保密性等优点。然而，可见光通信仍然面临不少挑战，其中 最大挑战之一是码间干扰大大限制了可见光通信系统数据传输速率。用于照明的白光LED 一般为LED阵列形式，不同的点光源LED对应着不同的光路径，而光路径间信号传输的延迟 会产生码间干扰；同时当系统数据传输速率比较高时，由于LED带宽的限制，会造成一个信 号的影响扩展到相邻信号上，产生码间干扰而使系统误码率大大提升；并且由于信道不理 想，码元在发送过程中会发生拓宽和时延，在波形上表现为码元脉冲产生拖尾，相邻脉冲的 拖尾会互相重叠，亦会产生码间干扰，提升了误码率，从而影响了通信的质量。一般情况下， 可通过改变编码方式，如：将00K调制方式中不归零编码改为归零码或使用正交频分复用 技术来降低码间干扰。然而却大大地增加了可见光通信系统的复杂程度。
[0003] 在散射、中继、微波等通信领域中，常使用分集接收技术来解决由于信道参数的不 稳定性而导致的多径效应。分集接收技术是同一信号通过不同的路径、时间、角度、频率等 方式分散传输，接收端获得多组独立信号，并通过合适的合并方式，如选择合并、等增益合 并或最大比值相加等；将多组独立信号合并成总的接收信号。同时在分集接收系统中，由于 接收模块具有多个光电探测器，相当于增大了光电二极管的接收面积，从而为系统提供了 分集增益，故可使用分集接收技术来改善可见光通信系统的性能。然而，由于无线信道的时 变性与随机性，不同的环境下所选取的合并方式不同；且所接收的数据是信道中受干扰的 原始数据，并没有对数据进一步优化处理。 【实用新型内容】
[0004] 为了克服现有技术的上述缺点与不足，本实用新型的首要目的在于提供一种基于 神经元网络的可见光通信接收方法，该可见光通信接收方法进一步优化了 VLC系统信道性 能，在不增加器件带宽前提下，成倍提高无线通信的质量与数据传输速率。
[0005] 为了克服现有技术的上述缺点与不足，本实用新型的另一目的在于提供基于神经 元网络的可见光通信接收方法的可见光通信接收系统，该可见光通信接收系统基于简单的 基带调制技术，通过运用角度分集接收技术来减弱码间干扰对系统的影响，并使用人工神 经元网络来对分集接收所获得的数据进行合并以及优化以降低系统的误码率。克服了传统 的分集接收技术在不同环境下合并方式的多样性。
[0006] 本实用新型的首要目的通过以下技术方案实现：一种基于神经元网络的可见光通 信接收方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1、第一可编程门阵列将信源发出的视频信号转换为数字信号；
[0008] 步骤2、所述数字信号通过LED驱动电路驱动LED灯具发射光信号；
[0009] 步骤3、所述光信号经过η个光电检测器件进入接收子系统，其中，η为正整数；所 述η个光电检测器对应传输子系统的η个子信道；所述η个子信道对应接收子系统的η个 数据流；
[0010] 步骤4、所述的η个数据流经过放大处理、滤波处理后，输到经过训练后的神经元 合并申吴块中；
[0011] 步骤5、所述神经元合并模块将所述η个数据流作均衡处理并输出合并数据流；所 述合并数据流经第二可编程门阵列解调处理转化为视频信号。
[0012] 所述步骤5中的经过训练后的神经元合并模块包括以下步骤：
[0013] 步骤41、训练时，把一组输入值和与之相匹配的期望值给予所述的神经元网络，按 这组训练数据来调整连接加权值，通过所述的期望值与正向传播的实际输出值对比得到误 差?目号；
[0016] 步骤42、利用梯度下降法进行误差反向传播和权值校正，通过反复学习使所述的 误差信号达到或低于设定值；
[0018] 步骤43、通过上述方程的训练可以使所述的连接加权值调整到使神经网络的实际 输出与所述的期望输出间的均方误差最小；经过ΒΡ算法训练后，对于任意输入值，神经元 均衡器均能给出相对较为合适的输出，以完成对信道的均衡处理。
[0019] 本实用新型的另一目的可以通过以下技术方案实现：一种实现所述的基于神经元 网络的可见光通信接收方法的可见光通信接收系统，包括：发射子系统、传输子系统和接收 子系统，所述发射子系统具有：第一可编程门阵列、LED驱动电路和LED灯具，所述接收子系 统具有：n个光电检测器件、ADC模数转换器、神经元合并模块和第二可编程门阵列；所述传 输子系统用于把LED灯具发出的可见光信号传输给η个光电检测器件；所述η个光电检测 器件对应传输子系统的η个子信道；所述第一可编程门阵列、LED驱动电路、LED灯具、光电 检测器件、ADC模数转换器、神经元合并模块和第二可编程门阵列依次连接；所述第一可编 程门阵列将视频信号转换为数字信号，并把所述数字信号传输给LED驱动电路；所述LED驱 动电路驱动LED灯具发射光信号；所述光信号经过自由空间进入光电检测器件；所述η个 光电检测器件把光信号转换成模拟信号，形成η路数据流；所述ADC数模转换器把光电检测 器件输出的模拟信号取样成η路数字信号；所述的η路数字信号经神经元合并模块进行合 并以及均衡处理后，输到第二可编程门阵列；所述第二可编程门阵列把信号经过解调还原 为视频信号。
[0020] 所述LED驱动电路包括：信源、可变电阻、高速缓冲器、Bias Tee模块、直流电流源 和限流电阻，所述的信源、可变电阻、高速缓冲器、Bias Tee模块和限流电阻依次连接；所述 直流电流源的正极和信源连接，所述直流电流源的负极和Bias Tee模块连接；所述的Bias Tee模块包括电容和电感；所述电感的一端与直流电流源的负极连接，所述电感的另一端 与电容的负极连接，所述电容的正极与高速缓冲器连接；所述信源输出的电信号经过高速 缓冲器传输到Bias Tee模块，所述直流电流源所输出的直流电信号与高速缓冲器所传输的 信号在Bias Tee模块中进行耦合，生成耦合电信号；所述耦合电信号通过限流电阻输出到 LH)灯具。
[0021] 所述神经元合并模块其合并处理通过可编程门阵列信号处理芯片或数字信号处 理芯片中完成。
[0022] 所述发射子系统还包括：第一液晶显示器和摄影机，所述接收子系统还包括放大 电路、滤波电路和第二液晶显示器；所述的第一液晶显示器和摄影机均与第一可编程门阵 列连接，光电检测器件通过前置放大电路和后置放大电路与ADC数模转换器连接，第二可 编程门阵列和第二液晶显示器连接；所述的摄影机将视频信号传输给第一可编程门阵列； 所述第一可编程门阵列把视频信号传输给第一液晶显示器；所述光电检测器件把模拟信号 通过放大电路进行放大处理；放大后的所述模拟信号经过滤波电路进行滤波处理再传输给 ADC模数转换器；所述第二可编程门阵列把视频信号传输给第二液晶显示器。
[0023] 本实用新型的另一目的也可以通过以下技术方案实现：一种基于神经元网络的可 见光通信接收方法的可见光通信接收系统，包括：发射子系统、传输子系统和接收子系统， 所述发射子系统通过LED驱动电路将数据输入LED灯具中，发出可见光，通过传输子系统将 光信号进行有效地传输，最后通过接收子系统把感应光强的变化与数据的转换实现通信。
[0024] 所述发射子系统由摄影机、第一可编程门阵列、第一液晶显示器、LED驱动电路、 LED灯具组成，进一步地，所述LED驱动电路由电容与电感等电学元件组成。
[0025] 所述传输子系统为自由空间，具有η条子信道，其中，η为正整数。
[0026] 所述接收子系统由η个光电检测器、放大电路、滤波电路、神经元合并模块、第二 可编程门阵列、第二液晶显示器组成。
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