一种基于可见光通信的RLL编码方法与流程

本发明涉及一种在短距离可见光通信场景中可见光信号的编码方法，特别涉及一种基于可见光通信的游程长度受限(rll)编码方法。

背景技术：

可见光通信(vlc)因其在能效与短距离无线通信等方面的显著优势而备受关注，其基本原理：发端采用发光二极管(led)发送信息数据，信号经光信道传输后到达接收端，收端采用光电二极管(pd)检测器对光信号进行直接检测。然而，值得注意的是：在vlc通信中，为了同时满足照明与通信要求，需要考虑调光率与闪烁两个重要问题。因此，为了解决上述问题，进而实现信息传输的高效与可靠，基于开关键控(ook)调制的游程长度受限(rll)编译码方法已成为vlc技术中的重要研究内容。

在vlc通信中，rll码被用于消除发送符号序列中长串的连“0”或连“1”，可使得灯光闪烁满足最大闪烁时间(mftp)小于5ms，以满足人眼对灯光强度变换无察觉的基本条件；同时可帮助接收端恢复位同步时钟信号。因此，基于ook调制基础上，如何设计rll编译码算法，进而实现可见光信号传输的良好直流(dc)平衡、避免led闪烁及高效可靠一直是专家学者的研究重点。

为了得到适用于可见光通信中良好dc平衡、避免led闪烁、高效可靠的rll码，本案由此产生。

技术实现要素：

本发明的目的，在于提供一种基于可见光通信的rll编码方法，具有良好dc平衡、避免led闪烁、高效可靠的特点。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于可见光通信的rll编码方法，包括以下步骤：

步骤a，基于常规卷积码的网格结构，依据miller编码的特点，设定rll码的网格图中移存器下一状态与输出码一致；

步骤b，针对2比特输入序列与3比特输出码字的rll码进行设计，设定s0(000)，s1(001)，s2(010)，s3(011)，s4(100)，s5(101)，s6(110)，s7(111)分别表示移存器的8种状态，通过分析得到2/3码率rll码最大游程长度的最小值为3、最大值为7；

步骤c，基于游程长度最大值分别为3、4、5、6、7条件下，通过分析rll码对应的可能状态路径图，得到不同游程长度下的2/3码率rll码，其中需要注意的是：应避免s0(000)→s0(000)状态路径图；

步骤d，基于步骤c得到的rll码，依据常规卷积码以最小码距作为误码率性能的评价方法，通过分析2/3码率rll码对应的最小码距分别为1、1、1、1、2，从而定性分析不同游程长度下的rll码误码率性能；

步骤e，接收端对所接收的信号进行bcjr算法译码，给出bcjr算法中前向递推度量、后向递推度量及状态转移度量的表达式；

步骤f，基于步骤e得到的表达式，译码输出的信息序列μi、vi各自的对数似然比值分别为：

其中，

采用上述方案后，相较于现有miller码，本发明通过改变编码器的网格结构，给出了不同游程长度约束下2/3码率rll码的可能状态路径图，同时对2/3码率rll码的dc平衡特性及闪烁特性进行分析，最后给出了2/3码率rll码对应的修改bcjr算法中前向递推度量、后向递推度量及状态转移度量的表达式，提高了可见光信号的传输可靠性，本发明适用于短距离可见光通信中的用户节点。

附图说明

图1是本发明所提出的游程长度为7的rll码网络；

图2是本发明所提出的游程长度为7的rll码与现有miller码、更新miller码光照强度特性图；

其中，(a)表示rll码的光照强度特性图，(b)表示现有miller码的光照强度特性图，(c)表示更新miller码的光照强度特性图；

图3是本发明对应的vlc系统框图；

图4是本发明所提出的不同游程长度下rll码误码率性能对比曲线图；

图5是本发明所提出的游程长度为7的rll码与现有miller码、更新miller码误码率性能对比曲线图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

本发明提供一种基于可见光通信的游程长度受限(rll)编码方法，包括以下步骤：

步骤a：基于常规卷积码的网格结构，依据miller码字的特点，分析现有miller码的网格结构特点进行rll码的设计，设定rll码的网格图中移存器下一状态与输出码一致；

步骤b：针对2比特输入序列与3比特输出码字的rll码进行设计，设定s0(000)，s1(001)，s2(010)，s3(011)，s4(100)，s5(101)，s6(110)，s7(111)分别表示移存器的8种状态，通过分析得到2/3码率rll码最大游程长度的最小值为3、最大值为7；

步骤c：基于游程长度最大值分别为3、4、5、6、7条件下，通过分析rll码对应的可能状态路径图，得到不同游程长度下的2/3码率rll码，其中需要注意的是：应避免s0(000)→s0(000)状态路径图；

步骤d：基于步骤c得到的rll码，依据常规卷积码以最小码距作为误码率性能的评价方法，通过分析2/3码率rll码对应的最小码距分别为1、1、1、1、2，从而定性分析不同游程长度下的rll码误码率性能；

步骤e：基于游程长度最大值分别为3、4、5、6、7条件下，依据常规卷积码以最小码距作为误码率性能的评价方法，分析1/2码率miller码及2/3码率rll码对应的最小码距；

步骤f：基于步骤e得到的表达式，译码输出的信息序列μi、vi各自的对数似然比值分别为：

其中，

所述步骤c的具体步骤是：

步骤c1：分析游程长度最大值为3的rll码，初始状态s0(000)的下一状态可能为s4(100)、s5(101)、s6(110)、s7(111)；而不能是s1(001)、s2(010)、s3(011)；同理s1(001)的下一状态不能为s7(111)，s2(010)的下一状态不能为s0(000)，s3(011)的下一状态不能为s6(110)、s7(111)，s4(100)的下一状态不能为s0(000)、s1(001)，s5(101)的下一状态不能为s7(111)，s6(110)的下一状态不能为s0(000)，s7(111)的下一状态不能为s4(100)、s5(101)、s6(110)、s7(111)；

步骤c2：分析游程长度最大值为4的rll码，其中一种可能的状态路径图为s0(000)→s2(010)→s3(011)→s5(101)→s4(100)→s6(110)→s7(111)→s1(001)→s0(000)；

步骤d3：分析游程长度最大值为5的rll码，其中一种可能的状态路径图为s0(000)→s3(011)→s2(010)→s1(001)→s5(101)→s4(100)→s7(111)→s6(110)→s0(000)；

步骤c4：分析游程长度最大值为6的rll码，其中一种可能的状态路径图为s0(000)→s1(001)→s3(011)→s2(011)→s4(100)→s5(101)→s7(111)→s6(110)→s0(000)；

步骤c5：分析游程长度最大值为7的rll码，其中一种可能的状态路径图为s0(000)→s1(001)→s2(010)→s4(100)→s3(011)→s7(111)→s6(110)→s5(101)→s0(000)。

所述步骤e的具体步骤是：

步骤e1，前向递推度量其中，s'与s分别对应i-1与i时刻的网格状态，γi((μi,vi),s',s)表示在输入序列为(μi,vi)条件下网格状态由i-1时刻的状态s'向i时刻的状态s转移所对应的转移概率，(μi,vi)为在i时刻的输入序列；

步骤e2，后向递推度量

步骤e3，状态转移度量γi((μi,vi),s',s)＝p(μi,vi)p(yi(s',s)|(μi,vi))，其中p(μi,vi)表示发送信息序列为(μi,vi)时所对应的先验概率，yi(s',s)表示i时刻s'向s转移情况下，接收端从信道收到的有噪信号；

步骤e4，给出p(μi,vi)的具体表达式：

其中，p(μi＝1)与p(μi＝0)分别表示μi＝1与μi＝0时对应的先验概率，p(vi＝1)与p(vi＝0)分别表示vi＝1与vi＝0时对应的先验概率；

步骤e5，给出p(yi(s',s)|(μi,vi))的具体表达式：

其中，σ²为零均值加性高斯白噪声(awgn)的方差，(pi,gi,qi)表示在输入序列为(μi,vi)条件下经编码后输出的码字序列，表示码字序列(pi,gi,qi)经awgn信道传输后，接收端所接收到的信号。

综合上述，本发明提供一种基于短距离可见光通信的游程长度受限(rll)编码方法，针对可见光通信中传输信号特点，本发明通过改变miller编码器的网格结构，给出了不同游程长度约束下2/3码率rll码的可能状态路径图，同时对2/3码率rll码的dc平衡特性及闪烁特性进行分析，最后给出了2/3码率rll码对应的修改bcjr算法中前向递推度量、后向递推度量及状态转移度量的表达式，改善了可见光信息传输的误比特率性能。图1给出了游程长度为7的rll码网络；从图2可以看出：在取样符号为300的条件下，所提出的游程长度为7的2/3码率rll码相比于miller码及更新miller码的dc平衡特性稍差，但在mftp内2/3码率rll码也具有较好的dc平衡特性，因而在可见光信号传输中，可满足人对其闪烁特性不敏感；从图4可以看出，游程长度为7的rll码的误码率性能优于其他游程长度，与步骤d)中分析的rll码的最小码距性能一致；从图5可以看出，游程长度为7的rll码的误码率性能优于现有miller码及更新miller码，在误码率为10^-3时，所提出的2/3码率rll码相比于现有miller码及更新miller码，分别约有1.3db与3.4db的性能增益。

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。