基于HDMA技术的可见光通信方法、发送端以及接收端

基于hdma技术的可见光通信方法、发送端以及接收端
技术领域
1.本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基于hdma技术的可见光通信方法、发送端以及接收端。


背景技术：

2.混合域多址接入(hybrid domain multiple access, hdma)是一种面向未来大规模接入网络场景的新技术，其基于功率域的非正交多址接入(power domain non-orthogonal multiple access, pd-noma)、稀疏码多址接入(sparse code multiple access, scma)、智能超表面(reconfigurable intelligence surface, ris)等技术，是一种利用功率域、码域、频域、空域等多域混合信号进行多址传输的技术。继5g技术研发出来之后，人们又将研究目光聚焦到下一代移动通信技术即6g技术上，而下一代的6g技术有望采用可见光通信、noma技术、ris技术。可见光通信技术的优势在于其安全性高、保密性好、抗电磁干扰能力强，集通信与照明功能于一体，无电磁污染。noma技术的基本思想是在发送端对信号采用非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰消除(successive interference cancellation, sic)使接收机实现正确解码，使用noma技术可以很好地提高频谱利用效率和通信容量。ris技术是一种全新的革命性技术，它可以通过在平面上集成大量低成本的无源反射元件，智能地重新配置无线传播环境，从而显著提高无线通信网络的性能。因此，将这些技术结合运用到下一代移动通信当中可以进一步提高通信速率和频谱利用率。
3.现有的运用在可见光通信上的非正交多址接入技术都是利用单一的信号域多址传输技术，而没有将功率域非正交多址接入技术、码域非正交多址接入技术以及ris技术等结合使用，其频谱利用率低，导致通信容量低。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于hdma技术的可见光通信方法、发送端以及接收端，旨在解决现有技术中可见光通信容量低的问题。
5.本发明实施例是这样实现的：一种基于hdma技术的可见光通信方法，应用于发送端，所述方法包括：获取用户发送的信号流，对所述信号流进行编码映射以获取对应的码字信号；对所述码字信号进行调制，并通过调制后的码字信号驱动布设于通信区域的多基色led发光，以得到搭载有信息的光信号；将所述光信号经可见光信道传输至接收端，所述可见光信道包括直射链路以及经过智能超表面发射形成的非直射链路。
6.进一步的，上述基于hdma技术的可见光通信方法，其中，所述获取用户发送的信号流，对所述信号流进行编码映射以获取对应的码字信号的步骤之后还包括：获取所述编码映射的预设功率复用级数以及功率分配比，根据功率分配比确定每
个功率复用群的功率；根据所述预设功率复用级数以及所述每个功率复用群的功率对所述编码映射的码本进行功率分配；其中，分配过程为：；其中，整个单基色发射信号的总功率归一化为1，第w个复用群分配的功率为pw，预设功率复用级数为w。
7.进一步的，上述基于hdma技术的可见光通信方法，其中，所述获取所述编码映射的预设功率复用级数以及功率分配比，根据功率分配比确定每个功率复用群的功率的步骤之前还包括：获取所述编码映射的功率分配比的界，并获取所述编码映射形成的星座图中星座点之间的最大欧式距离；根据所述功率分配比的界以及所述最大欧式距离确定所述功率分配比；其中，所述功率分配比的界为防止星座图混叠导致不能解码的功率分配比的临界。
8.进一步的，上述基于hdma技术的可见光通信方法，其中，所述将所述光信号经可见光信道传输至接收端，所述可见光信道包括直射链路以及经过智能超表面发射形成的非直射链路的步骤之前还包括：根据接收端所能达到的瞬时通信速率获取led能够达到的总通信速率，并建立优化目标及约束条件以得到智能超表面的配置值；第r个接收端所能达到的瞬时通信速率为：；其中，b表示信道的调制带宽，e表示自然对数的底数，表示第r个接收端的信噪比，的具体形式如下所示：；其中，表示反射控制单元，只进行0-1二值变化，当=1时，表示第n块智能超表面反射单元为第个led灯进行通信辅助服务，=0表示不服务；表示光电探测器的响应度；表示接收到的噪声方差；表示第个led发射的信号功率，为
直射链路的信道增益，为非直射链路的信道增益；l个led能够达到的总的通信速率为：；其中，w为预设功率复用级数，j表示用户数，表示第个led灯的第w级功率复用中第r个用户的通信速率；约束条件为：其中，n表示总的智能超表面反射单元数，r表示单个用户的通信速率，r
min
表示单个用户应满足的最低通信速率。
9.进一步的，上述基于hdma技术的可见光通信方法，其中，所述将所述光信号经可见光信道传输至接收端，所述可见光信道包括直射链路以及经过智能超表面发射形成的非直射链路的步骤之前还包括：分别对所述直射链路和所述非直射链路进行增益处理；其中，所述直射链路的信道增益为：；其中，a示光电探测器的接收面积，m表示朗伯体辐射阶数，表示信号发送端到接收端的直射距离，和分别表示led的辐射角和led到接收端的入射角，表示光学滤波器增益，f表示聚光透镜的增益；所述非直射链路的信道增益为：；其中表示智能超表面的反射系数，和分别表示第个led到第n个智能超表面单元的距离、第n个智能超表面单元到第r个用户的距离。
10.进一步的，上述基于hdma技术的可见光通信方法，其中，所述获取用户发送的信号流，对所述信号流进行编码映射以获取对应的码字信号的步骤包括：根据所述led的基色数量以及单个码本承载用户数对所述用户进行群划分；每个所述单个码本的编码映射的过程为：
；其中，表示k*m阵，下标j表示用户j的码本，表示用户j待发送的一个m制的数字信号，整个表示选择用户j的码本的第列作为用户j的第i个发送码字，j个用户叠加的码字为：。
11.进一步的，上述基于hdma技术的可见光通信方法，其中，所述对所述码字信号进行调制，并通过调制后的码字信号驱动布设于通信区域的多基色led发光，以得到搭载有信息的光信号的步骤包括：获取码字信号的维度值，根据所述维度值将所述码字信号分为多路码字子信号；对所述码字子信号依次进行串并转换、厄米特对称变换、快速傅里叶逆变换、并串转换、非对称限幅处理以及数模转换以得到在时间上连续的连续模拟信号，并根据所述模拟信号驱动布设于通信区域的多基色led发光。
12.本发明的另一个目的在于提供一种基于hdma技术的可见光通信方法，应用于接收端，所述方法包括：获取发送端发出的光信号，并获取所述光信号经滤光片处理后得到的不同基色led下的调制信号；对所述调制信号进行滤波处理得到多路调制子信号，依次对所述调制子信号进行模数转换、串并转换、快速傅里叶正变换以及并串变换得到复数解码信号；根据功率分配比按预设顺序利用预设算法对所述复数解码信号进行依次联合解码。
13.本发明的另一个目的在于提供一种发送端，包括：码字信号获取模块，用于获取用户发送的信号流，对所述信号流进行编码映射以获取对应的码字信号；光信号获取模块，用于对所述码字信号进行调制，并通过调制后的码字信号驱动布设于通信区域的多基色led发光，以得到搭载有信息的光信号；传输模块，用于将所述光信号经可见光信道传输至接收端，所述可见光信道包括直射链路以及经过智能超表面反射形成的非直射链路。
14.本发明的另一个目的在于提供一种接收端，包括：调制信号获取模块，用于获取发送端发出的光信号，并获取所述光信号经滤光片处理后得到的不同基色led下的调制信号；复数解码信号获取模块，用于对所述调制信号进行滤波处理得到多路调制子信号，依次对所述调制子信号进行模数转换、串并转换、快速傅里叶正变换以及并串变换得到复数解码信号；解码模块，用于根据功率分配比按预设顺序利用预设算法对所述复数解码信号进
行依次联合解码。
15.本发明通过采用多基色的led进行通信，并利用非正交多址技术中的编码映射的方式将用户发送的信号流转换为码字信号，可以在有限的频谱资源中连接更多的用户，提升了可见光通信的容量，并且分别通过直射链路以及经过智能超表面反射形成的非直射链路对光信号进行传输，使接收端接收到更多的发射信号，从而进一步的提升通信容量，解决了现有技术中的可见光通信容量低的问题，并且，对经编码映射的信号进行调制，经过调制后，使原本是复数的码字信号转换成了便于在led上传输正实值信号，相比不加调制传输真实值信号进一步提升了可见光通信的通信速率。
16.另外，本发明至少还可以解决现有技术中存在如下问题：1、现有技术中将发送的信息主要加载在led光电流上，通过调制电流来控制led闪烁来达到调光的目的，这种方法导致的问题是信号的发送很依赖发送端的电路系统，这其中的信号会受到电路系统中的各种电磁干扰，不能很好地体现可见光通信抗电磁干扰的优势，而且通过将发送信号加载到电流上的到新的驱动电流必须是正数值，这对于经过编码信号的负值信号还必须经过处理才能驱动led发光，否则将会导致不能发出光信号。
17.2、现有的可见光通信方法采用的双工通信要么是在终端都带有led发光器，要么就是采用采用传统的“猫眼”逆向器或者是采用一种原路返回的逆光路，在用户终端和基站端都加入led发光器的方法有会使通信系统变得异常繁杂，缺乏简便性。使用“猫眼”逆向器和逆光路的方法虽然可以实现全双工通信，但它们有一个重大的缺陷就是它们的光路一旦调好往往是固定的，不能很好地满足移动通信的要求。
附图说明
18.图1为本发明一实施例中基于hdma技术的可见光通信系统中下行链路的模型图；图2为本发明一实施例中基于hdma技术的可见光通信系统中上行链路的模型图；图3为本发明一实施例中基于hdma技术的可见光通信系统中的时分全双工技术原理图；图4为本发明第一实施例中基于hdma技术的可见光通信方法的流程图；图5为本发明一实施例中基于hdma技术的可见光通信系统中的下行链路的发送端原理框图；图6为本发明一实施例中基于hdma技术的可见光通信系统中的上行链路的发送端原理框图；图7为本发明一实施例中基于hdma技术的可见光通信方法中的调制示意图；图8为本发明第二实施例中基于hdma技术的可见光通信方法中的流程图；图9为本发明一实施例中基于hdma技术的可见光通信系统中的下行链路的接收端原理框图；图10为本发明一实施例中基于hdma技术的可见光通信系统中的上行链路的接收端原理框图；图11为本发明一实施例中基于hdma技术的可见光通信方法中的解调原理框图；图12为本发明一实施例中基于hdma技术的可见光通信方法中的联合解码的示意图；
图13为本发明第三实施例当中的发送端的结构框图；图14为本发明第四实施例当中的接收端的结构框图。
19.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
20.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
21.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
22.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
23.混合域多址接入(hybriddomainmultipleaccess,hdma)是一种面向未来大规模接入网络场景的新技术，其基于功率域的非正交多址接入(powerdomainnon-orthogonalmultipleaccess,pd-noma)、稀疏码多址接入(sparsecodemultipleaccess,scma)、智能超表面(reconfigurableintelligencesurface,ris)等技术，是一种利用功率域、码域、频域、空域等多域混合信号进行多址传输的技术。继5g技术研发出来之后，人们又将研究目光聚焦到下一代移动通信技术即6g技术上，而下一代的6g技术有望采用可见光通信、noma技术、智能超表面(ris)技术。可见光通信技术的优势在于其安全性高、保密性好、抗电磁干扰能力强，集通信与照明功能于一体，无电磁污染。noma技术的基本思想是在发送端对信号采用非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰消除(sic)使接收机实现正确解码，使用noma技术可以很好地提高频谱利用效率和通信容量。智能超表面（ris）是一种全新的革命性技术，它可以通过在平面上集成大量低成本的无源反射元件，智能地重新配置无线传播环境，从而显著提高无线通信网络的性能。因此，将这些技术结合运用到下一代移动通信当中可以进一步提高通信速率和频谱利用率。
24.现有的可见光通信上的noma技术都是利用单一的信号域多址传输技术，而没有将功率域非正交多址技术、码域非正交多址技术以及ris技术等结合使用，其频谱利用率低，导致通信容量低。
25.请参阅图1至图2，所示为本发明一实施例当中提出的基于hdma技术的可见光通信系统，包括发送端、接收端、布设于通信区域的多基色led以及布设于通讯区域墙壁上的智能超表面（ris），其中：发送端和接收端是相对的，发送端是指需要将数据发出的一侧，接收端是指需要接收数据的一侧，当接收端需要将数据发出时，则接收端则变为发送端，在发送端与接收端均设有光电探测器，用于探测接收彼此之间发出的光信号。
26.在本实施例当中，发送端和接收端具体指基站和用户终端，例如当基站需要向用
户终端发送信息时，基站即为发送端，用户终端则为接收端。而当用户终端需要向基站发送信息时，用户终端即为发送端，基站则为接收端，同时，发送端和接收端的数量可以为一个或多个，例如发送端同时向多个接收端发送同一份数据；或者多个发送端同时向同一个接收端发送不同的关联数据等等。
27.进一步的，如图3所示，从基站到用户终端之间的通信链路我们称之为下行链路，在下行链路中，习惯性的，基站作为发送端，用户终端作为接收端，从用户终端到基站之间的通信链路称之为上行链路，而在上行链路中，习惯性的，用户终端作为发送端，基站作为接收端，通过上行链路与下行链路形成了该可见光通信系统的全双工通信，具体的，在本实施例当中，采用时分双工技术来达到全双工的实现目的。具体做法是，将整个通信时段分成若干个时隙，在每个时隙当中只允许一种通信链路进行信息传输，比如在上行链路通信的过程中下行链路保持静默状态，下行链路在通信的过程中上行链路保持静默状态；更进一步的，为了满足实际通信需求，在具体实施时，可以给下行链路分配的时隙多于上行链路，另外，为了减少上下行链路之间的干扰同时也从节约能源的角度出发，上行链路和下行链路共用相同的光源及智能超表面（ris）进行信息传输。
28.需要说明的是，在本实施例当中，在下行链路中，发送端信号加载到led驱动电流上驱动led发光从而使发送信号加载到了光波上，光信号通过直射径（光信号直接传输至接收端的路径）和由智能超表面反射的非直射径（光信号传输至智能超表面后经过智能超表面反射至接收端的路径）被接收器接收，这里就完成了下行链路的信号传输，而在上行链路中，led被恒流源驱动，led发出的光波上没有搭载发送信号，这里的led发出的光经直射径和智能超表面反射的非直射径进行传播，被上行链路发送端的智能超表面所反射，发送端将要发送的信号加载到智能超表面的控制单元上，通过调制ris的反射单元，同时调整ris反射角使发射的信号光线能够被特定的接收端所接收，这样发送信号就通过ris加载到了反射光信号上，发射的光信号经过ris的波束赋形到达指定的接收器，这样就实现了上行链路的传输，可以明显地发现上行链路的成功实现主要是依靠发送端的智能超表面的波束赋形。整个上行链路和下行链路共用一组光源，没有在发射端增加额外的光源，同时布置在墙壁上的ris也是共用的。
29.多基色led用于接收信号并将信号加载至光波上，并以光信号的形式发出。
30.智能超表面用于反射led发出的光信号，反射后的光信号被接收端/发送端接收。
31.需要说明的是，智能超表面（ris）的反射单元的反射角以及反射系数的控制是动态变化的，这样的配置有利于适应不用的链路需求，同时也为用户的移动通信提供了更好的通信质量保证，因为智能超表面（ris）可以随着用户的位置变化而实时调整反射角及反射系数，做到对不同用户信号的特定反射，避免多用户信号之间的干扰同时可以大大提高接收器（光电探测器）接收到的有用光信号。
32.需要指出的是，图1和图2示出的结构并不构成对可见光通信系统的限定，在其它实施例当中，该可见光通信系统还可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
33.以下将结合具体实施例和附图来详细说明如何提升基于hdma技术的可见光通信的容量。
34.实施例一
请参阅图4，所示为本发明第一实施例中的基于hdma技术的可见光通信方法，应用于发送端，所述方法包括步骤s10~s12。
35.步骤s10，获取用户发送的信号流，对所述信号流进行编码映射以获取对应的码字信号。
36.其中，信号流为比特信号流，获取的信号流可以是一个或多个，即一个用户发送的信号流或多个用户发送的信号流，如图5所示和图6所示，基于实际情况，获得的信号流一般包括多个用户发送的信号流；采用稀疏码多址技术（scma）对信号流进行编码映射，通过稀疏码编码映射可以在有限的频谱资源中连接更多的用户来满足6g 大规模连接的需求。
37.具体的，所述获取用户发送的信号流，对所述信号流进行编码映射以获取对应的码字信号的步骤包括：根据发光二极管led(light emitting diode, led)的基色数量以及单个码本承载用户数对所述用户进行群划分；其中，将发送端的用户分为l个用户大群，其中l代表led的基色数量，有多少种led基色就有多少个用户大群。在每一个用户大群中采用scma进行编码映射，另外，把一个scma码本所能承载的用户数j作为一个小群划分。
38.每个码本对应的编码映射过程，即一个scma用户小群当中每个用户的编码映射过程为：；其中，表示k*m的矩阵，下标j表示用户j的码本，表示用户j待发送的一个m进制的数字信号，整个表示选择用户j的码本的第列作为用户j的第i个发送码字，j个用户叠加的码字为：另外，在本发明一些较佳的实施例当中，为了进一步的提升可见光通信的通信容量，所述获取用户发送的信号流，对所述信号流进行编码映射以获取对应的码字信号的步骤之后还包括：获取所述编码映射的预设功率复用级数以及功率分配比，根据功率分配比确定每个功率复用群的功率；根据所述预设功率复用级数以及所述每个功率复用群的功率对所述编码映射的码本进行功率分配；其中，分配过程为：；
其中，整个单基色发射信号的总功率归一化为1，第w个复用群分配的功率为pw，预设功率复用级数为w。
39.可以理解的，假定预设功率复用级数为w,也就是在每个基色上有w个功率复用群，所以每个基色上所能承载的用户数为j*w，整个下行链路所能承载的用户数为l*j*w。
40.进一步的，在本、实施例当中，为了更进一步的使单基色led的通信容量达到最大，在进行功率分配时，对功率分配比进行优化设计，具体如下：获取所述编码映射的功率分配比的界，并获取所述编码映射形成的星座图中星座点之间的最大欧式距离；根据所述功率分配比的界以及所述最大欧式距离确定所述功率分配比；其中，所述功率分配比的界为防止星座图混叠导致不能解码的功率分配比的临界。
41.其中，欧式距离为编码映射形成的星座图中每两个星座点之间的直线距离，寻找使欧式距离最大的功率分配比，并以此功率分配比进行功率复用以提升通信容量。
42.经功率复用后，在一个基色上各个用户叠加的发送信号表达式为：；其中，w表示共有w个功率复用群，j表示每个复用群中的用户数;表示给第w个用户群中第j个用户分配的信号功率；表示第w个用户群中第j个用户发送的码字信号；表示对角矩阵，对角线上的元素为。
43.步骤s11，对所述码字信号进行调制，并通过调制后的码字信号驱动布设于通信区域的多基色led发光，以得到搭载有信息的光信号。
44.为了进行信号的高速传输同时减少信号间的干扰，对经scma编码映射的码字信号进行调制，具体的，采用非对称限幅光正交频分复用技术(asymmetrically-clipped optical othogonal frequency division multiplexing, aco-ofdm)调制的调制方法对码字信号进行调制。
45.更具体的，获取码字信号的维度值，根据所述维度值将所述码字信号分为多路码字子信号；示例而非限定，如图7所示，在本实施例当中，经过功率复用的scma叠加后的码字信号的维度为k，对这k维信号分别进行aco-ofdm调制，具体的，将k维码字分为k路的子信号分别进行aco-ofdm调制。
46.对所述码字子信号依次进行串并转换、厄米特对称变换、快速傅里叶逆变换、并串转换、非对称限幅处理以及数模转换以得到在时间上连续的连续模拟信号，并根据所述模拟信号驱动布设于通信区域的多基色的led发光。
47.每一路子信号的调制过程为先对单路的串行信号进行并串转换，同时为了将scma的复数码字信号转为能够便于在led上传输的正实值信号，这里需要对转换的并行信号进
行厄米特对称变换，再对进行了厄米特对称变换的信号进行快速傅里叶逆变换，将逆变换后的信号进行并串转换；为了防止经过ofdm调制后出现限幅噪声这里需要对转换的串行信号进行非对称限幅处理，将处理后的信号经过数模转换使之转为在时间上连续的连续模拟信号，在具体实施时，将此模拟信号驱动单基色led的一个特定波段的led以将信号发送出去，这里的一个特定波段指的是在单基色的一个发光波长范围段内在分为k的波段，分别对应scma叠加的码字信号的维度值，每个维度对应一个波长段。将k个波长段发出的光信号进行叠加就合成了单基色上承载的叠加scma码字信号。
48.经过aco-ofdm调制后，使原本是复数的码字信号转换成了便于在led上传输正实值信号。每一种基色经过aco-ofdm调制后的正实值信号驱动各自基色的led灯发光，从而将待发送信号加载到了光波上，各个基色的信号光进行叠加，产生的信号为：；其中，表示第种单基色led，为原复数码字信号经过aco-ofdm调制后在第种基色上搭载的正实值信号。
49.步骤s12，将所述光信号经可见光信道传输至接收端，所述可见光信道包括直射链路以及经过智能超表面反射形成的非直射链路。
50.其中，led灯发出的搭载有发送信息的光信号经过可见光信道进行传输到达对应的光电探测器(photo detector, pd)有两种传播链路，一种是直射(line of sight, los)链路，一种是非直射(non-line of sight, nlos)链路；其中nlos链路是由智能超表面（ris）形成。
51.另外，为了进一步的提升可见光信号传输速度，在本发明一些可选的实施例当中，分别对所述直射链路和所述非直射链路进行增益处理；其中，所述直射链路的信道增益为：；其中，a示光电探测器的接收面积，m表示朗伯体辐射阶数，表示信号发送端到接收端的直射距离，和分别表示led的辐射角和led到接收端的入射角，表示光学滤波器增益，f表示聚光透镜的增益；所述非直射链路的信道增益为：；其中表示智能超表面的反射系数，和分别表示第个led到第n个智能超表面单元的距离、第n个智能超表面单元到第r个用户的距离。
52.为了使接收端接收到更多的发射信号，从而使通信容量达到最大，同时也可以提
高通信质量，降低误码率，在本发明一些较佳的实施例当中，对ris的反射单元进行优化配置，具体如下所示：根据接收端（接收器）所能达到的瞬时通信速率获取led能够达到的总通信速率，并建立优化目标及约束条件以得到智能超表面的配置值。
53.更具体的，第r个接收端所能达到的瞬时通信速率为：；其中，b表示信道的调制带宽，e表示自然对数的底数，表示第r个接收端的信噪比，的具体形式如下所示：；其中，表示反射控制单元，只进行0-1二值变化，当=1时，表示第n块智能超表面反射单元为第个led灯进行通信辅助服务，=0表示不服务；表示光电探测器的响应度；表示接收到的噪声方差；表示第个led发射的信号功率，为直射链路的信道增益，为非直射链路的信道增益；个led能够达到的总的通信速率为：；其中，w为预设功率复用级数，j表示用户数，表示第个led灯的第w级功率复用中第r个用户的通信速率；约束条件为：其中，n表示总的智能超表面反射单元数，r表示单个用户的通信速率，r
min
表示单个用户应满足的最低通信速率，求解r
sum
最大时智能超表面的配置值即为所需配置值。
54.综上，本发明上述实施例中的基于hdma技术的可见光通信方法，通过采用多基色的led进行通信，并利用非正交多址技术中的编码映射的方式将用户发送的信号流转换为
码字信号，可以在有限的频谱资源中连接更多的用户，提升了可见光通信的容量，并且分别通过直射链路以及经过智能超表面反射形成的非直射链路对光信号进行传输，使接收端接收到更多的发射信号，从而进一步的提升通信容量，解决了现有技术中的可见光通信容量低的问题，并且，对经编码映射的信号进行调制，经过调制后，使原本是复数的码字信号转换成了便于在led上传输正实值信号，提升了可见光通信的速率。
55.实施例二请参阅图8，所示为本发明第二实施例中的基于hdma技术的可见光通信方法，应用于接收端，所述方法包括步骤s20~s22。
56.步骤s20，获取发送端发出的光信号，并获取所述光信号经滤光片处理后得到的不同基色led下的调制信号；光信号经过直射径和非直射径传输后，各个基色的光信号经过可见光信道传输后变成了混叠的光信号，相当于进行了颜色复用，接下来需要解颜色复用，如图9和图10所示，将混叠的信号通过各个基色的滤光片，得到不同基色下的功率复用aco-ofdm调制信号。
57.具体的，经过滤光片滤波后，最终，单个接收端（接收器）r接收到的信号为；其中，表示光电探测器的响应度，表示反射控制单元，只进行0-1二值变化，当=1时，表示第n块智能超表面反射单元为第个led灯进行通信辅助服务，=0表示不服务；同时满足以下约束条件其中n表示总的智能超表面反射单元数，上面约束条件的意义是最多只能为一个led灯进行通信辅助服务。
58.步骤s21，对所述调制信号进行滤波处理得到多路调制子信号，依次对所述调制子信号进行模数转换、串并转换、快速傅里叶正变换以及并串变换得到复数解码信号。
59.此处的scma复码字信号的维度是k，需要再次对单基色下的光信号再次滤波处理，因为在单基色上进行一个scma用户群进行传输，此处选择了单基色上的k个频率段作为scma用户群当中的个正交资源块，将单基色信号光经过k个滤波片进行再次滤波，从而得到k个并行的调制子信号。
60.将经过单基色的波段滤波片滤波后的k路信号分别进行aco-ofdm解调，每一路的解调过程都是一样的，如图11所示，先对单路信号进行模数转换，得到离散的信号，再进行串并转换，将原始接收的串行信号转为并行信号，然后进行快速傅里叶正变换，再经过并串变换就得到了原始scma叠加的复数解码信号。
61.步骤s22，根据功率分配比按预设顺序利用预设算法对所述复数解码信号进行依次联合解码。
62.如图12所示，预设算法为sic+mpa算法，首先我们先对发送信号功率最大的用户群1的接收信号进行检测，这里采用消息传递mpa(message passing algorithm, mpa)检测算
法，在对用户群1进行检测时，用户群1中第j个用户受到的干扰有用户群1内部用户的干扰、用户群2的干扰以及各种背景噪声的干扰，这里我们将其它用户群的信号全部当作噪声处理。
63.对用户群1信号进行解码后，然后减去已检测用户群1信号的再次经过码本映射的码字信号，再通过mpa检测算法检测接下来发送信号功率最大用户群当中各个用户的发送信号，按照此顺序依次检测各个scma用户群当中每个用户的信号，直至将每个用户的信号都解码出来。
64.综上，本发明上述实施例当中提出的基于hdma技术的可见光通信方法通过采用多基色的led进行通信，并利用非正交多址技术中的编码映射的方式将用户发送的信号流转换为码字信号，可以在有限的频谱资源中连接更多的用户，提升了可见光通信的容量，并且分别通过直射链路以及经过智能超表面反射形成的非直射链路对光信号进行传输，使接收端接收到更多的发射信号，从而进一步的提升通信容量，解决了现有技术中的可见光通信容量低的问题，并且，对经编码映射的信号进行调制，经过调制后，使原本是复数的码字信号转换成了便于在led上传输正实值信号，提升了可见光通信的速率。
65.实施例三请参阅图13，所示为本发明第三实施例中提出的基于hdma技术的发送端，所述发送端包括：码字信号获取模块100；用于获取用户发送的信号流，对所述信号流进行编码映射以获取对应的码字信号；光信号获取模块110，用于对所述码字信号进行调制，并通过调制后的码字信号驱动布设于通信区域的多基色led发光，以得到搭载有信息的光信号；传输模块120，用于将所述光信号经可见光信道传输至接收端，所述可见光信道包括直射链路以及经过智能超表面发射形成的非直射链路。
66.进一步的，在本发明一些可选的实施例当中，其中，所述码字信号获取模块包括：划分单元，用于根据所述led的基色数量以及单个码本承载用户数对所述用户进行群划分；每个所述单个码本的编码映射的过程为：；其中，表示k*m阵，下标j表示用户j的码本，表示用户j待发送的一个m制的数字信号，整个表示选择用户j的码本的第列作为用户j的第i个发送码字，j个用户叠加的码字为：。
67.进一步的，在本发明一些可选的实施例当中，其中，所述发送端还包括：
确定模块，用于获取所述编码映射的预设功率复用级数以及功率分配比，根据功率分配比确定每个功率复用群的功率；功率分配模块，用于根据所述预设功率复用级数以及所述每个功率复用群的功率对所述编码映射的码本进行功率分配；其中，分配过程为：；其中，整个单基色发射信号的总功率归一化为1，第w个复用群分配的功率为pw，预设功率复用级数为w。
68.进一步的，在本发明一些可选的实施例当中，所述发送端还包括：欧式距离获取模块，用于获取所述编码映射的功率分配比的界，并获取所述编码映射形成的星座图中星座点之间的最大欧式距离；功率分配确定模块，用于根据所述功率分配比的界以及所述最大欧式距离确定所述功率分配比；其中，所述功率分配比的界为防止星座图混叠导致不能解码的功率分配比的临界。
69.进一步的，在本发明一些可选的实施例当中，所述光信号获取模块具体用于：获取码字信号的维度值，根据所述维度值将所述码字信号分为多路码字子信号；对所述码字子信号依次进行串并转换、厄米特对称变换、快速傅里叶逆变换、并串转换、非对称限幅处理以及数模转换以得到在时间上连续的连续模拟信号，并根据所述模拟信号驱动布设于通信区域的多基色led发光。
70.进一步的，在本发明一些可选的实施例当中，所述发送端还包括：增益模块，用于分别对所述直射链路和所述非直射链路进行增益处理；其中，所述直射链路的信道增益为：；其中，a示光电探测器的接收面积，m表示朗伯体辐射阶数，表示信号发送端到接收端的直射距离，和分别表示led的辐射角和led到接收端的入射角，表示光学滤波器增益，f表示聚光透镜的增益；所述非直射链路的信道增益为：；其中表示智能超表面的反射系数，和分别表示第个led到第n个智能超表面单元的距离、第n个智能超表面单元到第r个用户的距离。
71.进一步的，在本发明一些可选的实施例当中，所述发送端还包括：
优化模块，用于根据接收端所能达到的瞬时通信速率获取led能够达到的总通信速率，并建立优化目标及约束条件以得到智能超表面的配置值；第个接收器所能达到的瞬时通信速率为：；其中，b表示信道的调制带宽，e表示自然对数的底数，表示第r个接收端的信噪比，的具体形式如下所示：；其中，表示反射控制单元，只进行0-1二值变化，当=1时，表示第n块智能超表面反射单元为第个led灯进行通信辅助服务，=0表示不服务；表示光电探测器的响应度；表示接收到的噪声方差；表示第个led发射的信号功率，为直射链路的信道增益，为非直射链路的信道增益；l个led能够达到的总的通信速率为：；其中，w为预设功率复用级数，j表示用户数，表示第个led灯的第w级功率复用中第r个用户的通信速率；约束条件为：其中，n表示总的智能超表面反射单元数，r表示单个用户的通信速率，r
min
表示单个用户应满足的最低通信速率。
72.实施例四请参阅图14，所示为本发明第四实施例中提出的基于hdma技术的接收端，所述接收端包括：调制信号获取模块200，用于获取发送端发出的光信号，并获取所述光信号经滤光
片处理后得到的不同基色led下的调制信号；复数解码信号获取模块210，用于对所述调制信号进行滤波处理得到多路调制子信号，依次对所述调制子信号进行模转换、串并转换、快速傅里叶正变换以及并串变换得到复数解码信号；解码模块220，用于根据功率分配比按预设顺序利用预设算法对所述复数解码信号进行依次联合解码。
73.上述各模块被执行时所实现的功能或操作步骤与上述方法实施例大体相同，在此不再赘述。
74.以上各个实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
75.本领域技术人员可以理解，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读存储介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读存储介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
76.计算机可读存储介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（ram），只读存储器（rom），可擦除可编辑只读存储器（eprom或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（cdrom）。另外，计算机可读存储介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
77.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或它们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（pga），现场可编程门阵列（fpga）等。
78.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
79.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保
护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。