带限mCAP可见光通信系统子带数目调制方法与流程

带限mcap可见光通信系统子带数目调制方法
技术领域
1.本发明涉及通信技术领域，更确切地说，它涉及带限mcap可见光通信系统子带数目调制方法。


背景技术：

2.鉴于可见光通信的频谱资源丰富且不受限制、无电磁辐射且抗电磁干扰以及天然的物理层安全保密性等先天优势，可见光通信被广泛视为实现6g通信和物联网通信的关键使能技术之一。然而，基于商用白光led的可见光通信系统为典型的带限通信系统，其频率响应通常呈现低通特性。另外，实际可见光通信系统还会受到led非线性效应的影响。
3.为了提升带限可见光通信系统的传输性能，多带无载波幅度相位(mcap)调制技术被广泛应用于带限可见光通信系统。mcap调制能够达到较高的频谱效率，且比传统正交频分复用(ofdm)调制具有更低的峰均功率比，因此更适用于存在严重非线性的带限可见光通信系统。同时，为了提升mcap可见光通信系统的误码性能，研究者们进一步提出了子带索引调制mcap技术。虽然子带索引调制mcap能够取得比传统mcap更优的误码性能，其并没有能够充分考虑带限可见光通信系统的低通频率响应对误码性能的影响。当带限可见光通信系统的高频衰减较大时，子带索引调制mcap的误码性能较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了带限mcap可见光通信系统子带数目调制方法。
5.第一方面，提供了一种带限mcap可见光通信系统子带数目调制方法，由发射端执行，包括：
6.s1、获取输入比特序列，并将所述输入比特序列分为用于m时隙联合子带数目映射的第一输入比特子序列和用于m时隙联合星座映射的第二输入比特子序列；
7.s2、根据所述第一输入比特子序列和m时隙联合子带数目映射关系，确定m时隙的激活子带数目，并根据系统的低通频率响应特性生成每个时隙的子带激活模式向量；
8.s3、根据第二输入比特子序列和m时隙联合子带数目信息产生相应的星座符号；
9.s4、根据所述每个时隙的子带激活模式向量和所述星座符号，进行m时隙联合子带数目调制，获取每个时隙的发射向量；
10.s5、对m路发射数据分别进行上采样，然后每一路发射数据分别经过同向滤波器和正交滤波器，再合并到一起得到输出信号；m路输出信号合并为一路信号，再经过数模转换、添加直流之后，驱动led或者ld光源发光产生输出光信号。
11.作为优选，s2中，在给定激活子带数目的前提下，自适应地选择给定数目的低频子带作为激活子带来传输星座符号。
12.第二方面，提供了另一种带限mcap可见光通信系统子带数目调制方法，由接收端执行，包括：
13.s1、将发射端产生的输出光信号经pd检测转换为电信号；再经过模数转换得到接收信号；
14.s2、将所述接收信号分为m路，每一路分别经过与发射端相匹配的匹配滤波器1和匹配滤波器2，从而恢复出m路并行信号；
15.s3、将所述m路并行信号经过下采样、频域均衡之后，对所得信号进行m时隙联合llr检测，估计出对应的发射向量和星座符号；
16.s4、由m时隙联合子带数目解映射和m时隙联合星座解映射恢复出所传输的星座比特序列和数目调制比特序列，最终合并得到输出比特序列。
17.第三方面，提供了带限mcap可见光通信系统子带数目调制装置，所述带限mcap可见光通信系统子带数目调制装置为发射端，用于执行第一方面任一所述带限mcap可见光通信系统子带数目调制方法，所述带限mcap可见光通信系统子带数目调制装置包括：
18.获取模块，用于获取输入比特序列，并将所述输入比特序列分为用于m时隙联合子带数目映射的第一输入比特子序列和用于m时隙联合星座映射的第二输入比特子序列；
19.确定模块，用于根据所述第一输入比特子序列和m时隙联合子带数目映射关系，确定m时隙的激活子带数目，并根据系统的低通频率响应特性生成每个时隙的子带激活模式向量；
20.产生模块，用于根据第二输入比特子序列和m时隙联合子带数目信息产生相应的星座符号；
21.调制模块，用于根据所述每个时隙的子带激活模式向量和所述星座符号，进行m时隙联合子带数目调制，获取每个时隙的发射向量；
22.驱动模块，用于对m路发射数据分别进行上采样，然后每一路发射数据分别经过同向滤波器和正交滤波器，再合并到一起得到输出信号；m路输出信号合并为一路信号，再经过数模转换、添加直流之后，驱动led或者ld光源发光产生输出光信号。
23.第四方面，提供了另一种带限mcap可见光通信系统子带数目调制装置，所述带限mcap可见光通信系统子带数目调制装置为接收端，用于执行第二方面所述带限mcap可见光通信系统子带数目调制方法，所述带限mcap可见光通信系统子带数目调制装置包括：
24.转换模块，用于将发射端产生的输出光信号经pd检测转换为电信号；再经过模数转换得到接收信号；
25.第一恢复模块，用于将所述接收信号分为m路，每一路分别经过与发射端相匹配的匹配滤波器1和2，从而恢复出m路并行信号；
26.检测模块，用于将所述m路并行信号经过下采样、频域均衡之后，对所得信号进行m时隙联合llr检测，估计出对应的发射向量和星座符号；
27.第二恢复模块，用于由m时隙联合子带数目解映射和m时隙联合星座解映射恢复出所传输的星座比特序列和数目调制比特序列，最终合并得到输出比特序列。
28.第五方面，提供了一种通信系统，所述通信系统包括：第一节点和第二节点；所述第一节点为第三方面所述的发射端，所述第二节点为第四方面所述的接收端。
29.第六方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质内存储有计算机程序；所述计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面或第二方面任一所述的带限mcap可见光通信系统子带数目调制方法。
30.第七方面，提供了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面或第二方面任一所述的带限mcap可见光通信系统子带数目调制方法。
31.本发明的有益效果是：
32.(1)本发明通过m时隙联合子带数目调制可以有效解决由于子带数目判决出错而引起的误差传播问题，从而可以使用llr检测器进行信号检测，降低系统的检测复杂度。
33.(2)本发明能够根据带限可见光通信系统的低通频率响应特性自适应地选择所要激活的一个或多个子带，从而获得最大的信道增益，提升系统误码性能。
附图说明
34.图1为mcap子带数目调制可见光通信系统原理图；
35.图2为系统频率响应感知自适应子带选择示意图；
36.图3为发射端的结构示意图；
37.图4为接收端的结构示意图。
具体实施方式
38.下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
39.如图1所示，本技术提供的通信系统包括：发射端与接收端。其中，发射端可以根据输入比特序列产生输出光信号，接收端用于接收发射端所产生的输出光信号，并根据该输出光信号得到输出比特序列。
40.发射端所执行的带限mcap可见光通信系统子带数目调制方法，包括：
41.s1、获取输入比特序列，并将所述输入比特序列分为用于m时隙联合子带数目映射的第一输入比特子序列和用于m时隙联合星座映射的第二输入比特子序列。
42.需要说明的是，m的大小决定了第一输入比特自序列的长度，该第一输入比特子序列也可以称为数目映射比特序列。比如，在m为4时，数目映射比特序列的长度也为4。
43.s2、根据所述第一输入比特子序列和m时隙联合子带数目映射关系，确定m时隙的激活子带数目，并根据系统的低通频率响应特性生成每个时隙的子带激活模式向量。
44.示例地，m时隙联合子带数目映射按照如表1所示的m时隙联合子带数目映射表进行，并根据系统的低通频率响应特性生成每个时隙的子带激活模式向量c。
45.表1m时隙联合子带数目映射表(以m＝4为例)
[0046][0047][0048]
表1展示了以4cap(m＝4)为例的m时隙联合子带数目映射表。对于4cap调制而言，需要将4个时隙作为一个整体进行联合子带数目调制。因此，每个时隙所能传输的数目映射比特序列长度为floor(log2(4！))＝4。同时，每个时隙所激活的子带数目仅能从1、2、3、4这四个数字中选择，且4个时隙所选择的激活子带数目互不相同。因此，对应任意数目映射比特序列，4个时隙所选择的总的激活子带数目是一个常数，即为1+2+3+4＝10。正是因为4个时隙所选择的总的激活子带数目固定，其所传输的星座符号数目也固定，因此可以有效避免由于子带数目判决出错而引起的误差传播问题，从而可以使用低复杂度llr检测器进行信号检测。需要说明的是，本技术不对数目映射比特序列和m时隙联合子带数目之间的具体映射关系进行限定，本技术以表1为例进行说明，当然也可以采用表1之外的映射关系，确定数目映射比特序列对应的m时隙联合子带数目。
[0049]
s3、根据第二输入比特子序列和m时隙联合子带数目信息产生相应的星座符号。
[0050]
s4、根据所述每个时隙的子带激活模式向量和所述星座符号，进行m时隙联合子带数目调制，获取每个时隙的发射向量。
[0051]
s5、对m路发射数据分别进行上采样，然后每一路发射数据分别经过同向滤波器和正交滤波器，再合并到一起得到输出信号；m路输出信号合并为一路信号，再经过数模转换、添加直流之后，驱动led或者ld光源发光产生输出光信号。
[0052]
根据上述s1-s5，假设数目映射比特为0011，根据表1可知4cap可见光通信系统4个时隙的激活子带数目分别为1、3、2和4。以第2个时隙为例，对应的激活子带数目为3，则在低通频率响应特性下进行自适应子带选择后可得c＝[1,1,1,0]。同时，在第2个时隙，m时隙联合星座映射将生成3个不同星座符号s1、s2和s3。因此，在进行m时隙联合子带数目调制后，所得到第2个时隙的发射向量为s＝[s1,s2,s3,0]。类似地，在低通频率响应特性下进行自适应子带选择后，4个时隙所对应的子带激活模式向量分别为[1,0,0,0]、[1,1,1,0]、[1,1,0,0]和[1,1,1,1]。假设4个时隙一共要传输的10个不同星座符号为s1～s
10
，则4个时隙所对应的发射向量为[s1,0,0,0]、[s2,s3,s4,0]、[s5,s6,0,0]和[s7,s8,s9,s
10
]。在完成m时隙联合子带数目调制后，对m路发射数据分别进行上采样，然后每一路分别经过同向和正交滤波器，再合并到一起得到输出信号xi(i＝1,2,
…
,m)。最后，m路输出信号合并为一路信号x，再经过数模转换、添加直流之后，即可用于驱动led或者ld光源发光产生输出光信号。
[0053]
需要说明的是，本技术在给定激活子带数目的前提下，自适应地选择给定数目的低频子带作为激活子带来传输星座符号。如图2所示，当系统存在典型的低通频率响应特性时，低频子带的功率衰减相对较小，而高频子带的功率衰减相对较大。因此，在给定激活子带数目的前提下，为了最大化激活子带的信道增益，优先自适应地选择给定数目的低频子带作为激活子带来传输星座符号。假设给定激活子带数目为2，即n＝2，优先选择位于低频区域的子带1和子带2作为激活子带，而位于高频区域的子带3和子带4则未被激活。由于所提上述系统频率响应感知自适应子带选择方案能够最大化激活子带的信道增益，因此可以显著提升系统的误码性能。
[0054]
此外，接收端所执行的带限mcap可见光通信系统子带数目调制方法包括：
[0055]
s1、经过信道传输后，将发射端产生的输出光信号经pd检测转换为电信号；再经过模数转换得到接收信号。
[0056]
s2、将所述接收信号分为m路，每一路分别经过与发射端相匹配的匹配滤波器1和2，从而恢复出m路并行信号。
[0057]
s3、将所述m路并行信号经过下采样、频域均衡之后，对所得信号进行m时隙联合llr检测，估计出对应的发射向量和星座符号。
[0058]
s4、由m时隙联合子带数目解映射和m时隙联合星座解映射恢复出所传输的星座比特序列和数目调制比特序列，最终合并得到输出比特序列。
[0059]
假设发射端的4个时隙所对应的发射向量为[s1,0,0,0]、[s2,s3,s4,0]、[s5,s6,0,0]和[s7,s8,s9,s
10
]。在接收端，通过m时隙联合llr检测可以估计出这10个不同星座符号在每个发射向量中的位置，因此可以恢复出对应的子带激活模式向量和星座符号，从而可以完成最终的解调并恢复出所传输的比特数据。
[0060]
上文以4cap为例，当然，也可以将4cap调制替换为任意子带数mcap调制，可以将多个子带进行分组处理，然后进行组内子带数目调制，在组内实施多时隙联合子带数目调制和系统频率响应感知自适应子带选择。此外，也可以将mcap调制替换为多载波ofdm调制，对ofdm子载波分组，然后进行组内子载波数目调制，在组内实施多时隙联合子载波数目调制和系统频率响应感知自适应子载波选择。
[0061]
综上所述，本技术能够根据带限可见光通信系统的低通频率响应特性自适应地选择所要激活的一个或多个子带，获得最大的信道增益，因此能够有效克服带限可见光通信
系统低通频率响应对系统误码性能的影响，取得比传统带限mcap可见光通信系统子带索引调制方法更优的误码性能；并通过m时隙联合子带数目调制可以有效解决由于子带数目判决出错而引起的误差传播问题，从而可以使用低复杂度的对数似然比(llr)检测器进行信号检测。