一种抗遮挡高吞吐量的无线光通信系统及方法

本发明涉及无线光信号通信，尤其涉及一种抗遮挡高吞吐量的无线光通信系统及方法。

背景技术：

1、可见光通信(visible light communication，vlc)通常受到视距(line-of-sight，los)链路的限制。当通信链路存在遮挡时，系统的性能会受到严重的影响。可重构智能表面(reconfigurable intelligent surface，ris)是一类由大量人造单元组成的可调表面。对这些单元进行控制，可以改变入射信号的反射特性，例如幅值、相位和反射方向等。在可见光通信系统中，可以考虑在非视距(non-los，nlos)链路中使用ris，通过ris的反射来减少链路中遮挡的影响，从而提升系统性能。

2、相关技术中，通常通过ris来对入射的可见光信号进行反射，以提升可见光通信系统的通信性能，然而这种方式在可见光信号被遮挡的场景下，无法满足用户的使用需求，并且，存在信号吞吐量小的问题。

3、因此，需要一种无线光通信系统以及方法，满足用户在可见光信号被遮挡的场景下的使用需求，并且具有高数据吞吐量。

技术实现思路

1、本发明提供一种抗遮挡高吞吐量的无线光通信系统，能够实现用户在可见光信号被遮挡的场景下的使用需求，并且具有高吞吐量。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种抗遮挡高吞吐量的无线光通信系统，上述系统包括：发送端、接收端和可重构智能表面节点。发送端用于发射可见光信号，可见光信号中携带有第一数据。可重构智能表面节点用于对可见光信号进行反射，以增强可见光信号的信号强度，以及用于对可见光信号进行空间调制sm操作，以使得可见光信号中携带有第二数据。接收端用于接收携带有第一数据和第二数据的可见光信号。

4、本发明的有益效果是：本发明提供的无线光通信系统在可以通过发送端发送携带第一数据的可见光信号的同时，还可以通过可重构智能表面ris节点对可见光信号进行空间调制sm操作，使得可见光信号携带可重构智能表面ris节点发送的第二数据，相比较于只能通过可重构智能表面ris节点反射携带第一数据的可见光信号的无线光通信系统，本发明实施例提供的系统能够提升输出的吞吐量。并且可重构智能表面ris节点可以在不对可见光信号进行空间调制操作的情况下，对可见光信号进行反射，以实现对可见光信号的补偿。另一方面，本发明实施例提供的方法能够提供两种传输链路进行数据传输，分别为发送端和接收端之间的视距los链路，以及发送端、可重构智能表面ris节点和接收端之间的非视距nlos链路，用户可以基于不同的使用场景选择不同的链路作为主要传输链路进行数据传输，进而能够对抗信道遮挡等因素的影响，满足用户在不同使用场景下的使用需求。

5、在上述技术方案的基础上，本发明还可以作如下改进。

6、在第一方面一种可能的实现方式中，发送端还用于向接收端发射可见光信号，可见光信号中携带有第一数据。可重构智能表面节点还用于反射携带有第一数据的可见光信号。接收端还用于接收携带有第一数据的可见光信号。

7、采用上述进一步方案的有益效果是：本发明提供的系统提供两种链路进行数据传输，分别为发送端和接收端之间的视距los链路，以及发送端、可重构智能表面ris节点和接收端之间的非视距nlos链路，用户可以基于不同的使用场景选择不同的链路进行数据传输，进而能够对抗信道遮挡等因素的影响，满足用户在不同使用场景下的使用需求。

8、在第一方面一种可能的实现方式中，可重构智能表面节点包括n个单元组，每个单元组包括m个单元，每个单元组分别配置有对应的编码，其中，n和m为正整数。可重构智能表面节点具体用于开启目标单元组，关闭除目标单元组以外的其他单元组，目标单元组为n个单元组中的一个或多个，以使得可见光信号基于目标单元组反射向接收端。接收端还用于接收目标单元组反射的可见光信号，以及用于根据目标单元组对应的编码基于最大似然译码方法确定可见光信号中携带的第一数据和第二数据。

9、采用上述进一步方案的有益效果是：本发明提供的系统通过开启可重构智能表面节点的目标单元组，关闭可重构智能表面节点的其他单元组，这样一来，接收端根据接收到的可见光信号能够获取目标单元组的编码，然后接收端可以对目标单元组的编码的组合进行解调得到可重构智能表面节点发送的第二数据。

10、在第一方面一种可能的实现方式中，在目标单元组的数量为一个的情况下，目标单元组中单元的数量大于等于2ne/bpcu个。其中，ne为可重构智能表面节点包括的单元总数量，bpcu为第一数据和第二数据中携带的数据比特数的加和。

11、在第一方面一种可能的实现方式中，在目标单元组的数量为一个的情况下，bpcu为：

12、log2(n)+log2(m)。

13、在目标单元组的数量为多个的情况下，bpcu为：

14、

15、其中，na为目标单元组的数量，m为发送端产生的可见光信号的星座点个数。

16、采用上述进一步方案的有益效果是：本发明提供的系统通过对目标单元组的最小单元数量进行限定，能够保障无线光通信系统的通信性能，避免由于目标单元组包括的单元数量过小导致的接收信号能量较弱，从而影响用户的使用体验。

17、在第一方面一种可能的实现方式中，接收端包括多个接收机，每个接收机分别配置有对应的编码。可重构智能表面节点具体用于开启n个单元组，以使得可见光信号基于n个单元组反射向接收端的目标接收机，目标接收机为多个接收机中的一个或多个。接收端还用于通过目标接收机接收n个单元组反射的可见光信号，根据目标接收机对应的编码基于最大似然译码方法确定可见光信号中携带的第一数据和第二数据。

18、采用上述进一步方案的有益效果是：本发明提供的系统通过开启可重构智能表面节点的所有单元组，然后将所有单元组反射的可见光信号反射给接收端的目标接收机，这样一来，接收端能够获取接收到可见光信号的目标接收机的编码，然后接收端可以对目标接收机的编码的组合进行解调得到可重构智能表面节点发送的第二数据。

19、在第一方面一种可能的实现方式中，上述系统还包括控制端，控制端分别与发送端和可重构智能表面节点连接，控制端用于：

20、确定可见光信号的第一传输链路，第一传输链路包括视距los链路或非视距nlos链路。

21、在的情况下，确定可见光信号的第一传输链路为los链路。

22、在的情况下，确定可见光信号的第一传输链路为nlos链路。

23、其中，t为预设遮挡概率系数，hlos为los链路的信道增益，hnlos,i为los链路的信道增益。

24、hlos的计算公式为：

25、

26、

27、其中，a表示接收端的面积。dlos表示los链路的距离。fov表示接收端的视域。φ12为发送端的发射功率等于最大值的1/2时对应的角度。

28、hnlos,i的计算公式为：

29、

30、dli和dip分别表示发送端到可重构智能表面节点的第i个单元的距离和第i个单元到接收端的距离。φi和ψi分别表示发送端到可重构智能表面节点的第i个单元的出射角和可重构智能表面节点的第i个单元到接收端的入射角。

31、采用上述进一步方案的有益效果是：本发明提供的系统通过基于预设遮挡概率系数确定无线光通信系统的数据传输链路，能够保障通信质量，满足用户在不同使用场景下的使用需求，从而提升用户的使用体验。

32、在第一方面一种可能的实现方式中，发送端为发光二极管led，控制端还用于：确定可重构智能表面节点配置的多个ris速率中每个ris速率对应的误码率，ris速率基于可重构智能表面节点的单元组的数量确定。将多个误码率中的最小值对应的ris速率确定为目标ris速率，目标ris速率为第二数据的速率。根据目标ris速率确定led的速率，以使得发送端根据led的速率发射可见光信号，其中，led的速率为第一数据的速率。

33、采用上述进一步方案的有益效果是：本发明提供的系统通过确定可重构智能表面节点的目标ris速率，然后根据目标ris速率确定led的速率，并使得发送端基于led的速率发射携带第一数据的可见光信号，可重构智能表面节点根据目标ris速率对可见光信号进行空间调制sm操作，使得可见光信号携带第二数据。接收端根据发送端的发射速率和可重构智能表面节点的目标ris速率进行联合译码，以得到可见光信号中携带的第一数据和第二数据。

34、第二方面，本发明提供一种抗遮挡高吞吐量的无线光通信方法，应用于上述第一方面所提供的抗遮挡高吞吐量的无线光通信系统，上述方法包括：发送端发射可见光信号，可见光信号中携带有第一数据。在nlos链路作为第一传输链路，且可重构智能表面节点接收到传输第二数据的指令的情况下，可重构智能表面节点对可见光信号进行空间调制sm操作，以使得可见光信号中携带有第二数据，以及对可见光信号进行反射，以增强可见光信号的信号强度，接收端用于接收携带有第一数据和第二数据的可见光信号。在nlos链路作为第一传输链路，且可重构智能表面节点未接收到传输第二数据的指令的情况下，可重构智能表面节点对可见光信号进行反射，以增强可见光信号的信号强度，接收端用于接收携带有第一数据的可见光信号。在los链路作为第一传输链路的情况下，可重构智能表面节点反射携带有第一数据的可见光信号。接收端接收携带有第一数据的可见光信号。

35、本发明的有益效果是：本发明提供的无线光通信系统在可以通过发送端发送携带第一数据的可见光信号的同时，还可以通过可重构智能表面ris节点对可见光信号进行空间调制sm操作，使得可见光信号携带可重构智能表面ris节点发送的第二数据，相比较于只能通过可重构智能表面ris节点反射携带第一数据的可见光信号的无线光通信系统，本发明实施例提供的系统能够提升输出的吞吐量。并且可重构智能表面ris节点可以在不对可见光信号进行空间调制操作的情况下，对可见光信号进行反射，以实现对可见光信号的补偿。另一方面，本发明实施例提供的方法能够提供两种传输链路进行数据传输，分别为发送端和接收端之间的视距los链路，以及发送端、可重构智能表面ris节点和接收端之间的非视距nlos链路，用户可以基于不同的使用场景选择不同的链路作为主要传输链路进行数据传输，进而能够对抗信道遮挡等因素的影响，满足用户在不同使用场景下的使用需求。