一种联合色域与空域调制的可见光通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及通信领域，更具体地，设及一种联合色域与空域调制的可见光通信方 法。
【背景技术】
[0002] 光空间调制的pticalSpatialMo化lation，0SM)技术是现有的可见光通信技术 中的一种，它在每个符号周期只通过一个发光二极管（LED)发送信息，该种技术能够避免 载波间干扰（Inter-CarrierInte;rference，ICI)，并且能够有效地利用空间分集度。在0SM 系统中，输入比特经过0SM调制W后，根据输入比特映射表，只激活1盏LED灯，其发送的光 信号通过光无线信道H(t)到达接收端，接收机解调出发送的位置信息之后再还原信息比 特。然而，0SM技术虽然可W支持较高速率的传输，但是并不能有效地降低系统的传输误码 率，该使得该技术的应用要求较高的信噪比（SNR)条件，在低SNR条件时该种技术的性能较 差。
[0003] 另一方面，色移键控（ColorShiftIfeying，CSK)技术主要通过使用红绿藍（RGB) L邸作为发射机，通过RGBS种颜色的不同组合，把输入比特调制成不同比例的S色RGB混 合光后发射出去。在CSK系统中，根据输入比特映射表，将输入比特映射到CIE1931颜色空 间的xy色度，接着转化为RGB=色LED的发送功率，再通过混合光度的形式发送出去。在 接收端，不同颜色的窄带光滤波器只允许对应的颜色的光通过，加入独立同分布的高斯白 噪声后便得到了接收光功率，通过接收光功率可计算出原发送的xy色度，从而恢复输入比 特。CSK虽然能够获得较好的误码率性能，但是由于没有充分利用空间信息，从而限制了它 的最高传输速率。
【发明内容】
[0004] 本发明为解决W上现有技术的缺陷，提供了一种联合色域与空域调制的可见光通 信方法，该方法在实现大幅降低误比特率的同时，能够有效提高系统的传输速率。
[0005] 为实现W上发明目的，采用的技术方案是：
[0006] -种联合色域与空域调制的可见光通信方法，包括W下步骤：
[0007] S1.将输入的二进制信息转化为一个(/^xn)维的二进制矩阵，其中n为发送的总 符号数，/T/为每次发送的符号包含的比特数目；
[000引S2.对于每个符号，令廣二log:(八。+ ，其中Nt表示RGBLED发射 机的数目，m^k表示用于进行色域调制的CSK调制符号包含的比特数目，m。,。表示用于进行 空域调制的0SM调制符号包含的比特数目，0SM调制符号用于选择进行发送CSK调制信号 的RGBLED发射机；
[0009] S3.对CSK调制符号进行CSK调制后，将获得的CSK调制信号通过0SM调制符号选 择的RGBLED发射机进行发射；
[0010] S4.接收器接收RGBL邸发射机发射的CSK调制信号，再根据接收的信号对OSM调 制符号、CSK调制符号进行解调，从而恢复符号的比特信息。
[0011] 上述方案中，本发明提供的方法不仅能够有效地利用多通道技术提供的空间增 益，并且能够充分利用色域编码的分集增益，因此通过本方法能够提高信息传输速率并且 增强传输链路的鲁椿性。在相同的数据率下，使用本方法能够获得比现有的0SM或CSK方 案更低的误码率与更高的数据率。
[0012] 优选地，步骤S3中，进行CSK调制后，获得包含CSK调制符号xy色度信息的 (NtX2)维矩阵W化)，W(k)内对应于选择进行发送的RGBL邸发射机序号的行内包含的元 素分别为xy色度信息，W(k)内其余行包括的元素皆为0 ;提取CSK调制符号的xy色度信息 并将xy色度信息转换为RGBLED发射机的发送功率Pi、Pj.和Pk，具体如下：
[0013]
【主权项】
1. 一种联合色域与空域调制的可见光通信方法，其特征在于：包括以下步骤：
51. 将输入的二进制信息转化为一个问x/7)维的二进制矩阵，其中n为发送的总符号 数，兩为每次发送的符号包含的比特数目；
52. 对于每个符号，令& = =咏2(#,) + /^，其中Nt表示RGBLED发射机的 数目，mesk表示用于进行色域调制的CSK调制符号包含的比特数目，表示用于进行空域 调制的OSM调制符号包含的比特数目，OSM调制符号用于选择进行发送CSK调制信号的RGB LED发射机；
53. 对CSK调制符号进行CSK调制后，将获得的CSK调制信号通过OSM调制符号选择的 RGBLED发射机进行发射；
54. 接收器接收RGBLED发射机发射的CSK调制信号，再根据接收的信号对OSM调制符 号、CSK调制符号进行解调，从而恢复符号的比特信息。
2. 根据权利要求1所述的联合色域与空域调制的可见光通信方法，其特征在于：步骤 S3中，进行CSK调制后，获得包含CSK调制符号xy色度信息的（NtX2)维矩阵W(k)，W(k) 内对应于选择进行发送的RGBLED发射机序号的行内包含的元素分别为xy色度信息，W(k) 内其余行包括的元素皆为〇 ;提取CSK调制符号的xy色度信息并将xy色度信息转换为RGB LED发射机的发送功率PpPj和Pk，具体如下：
其中（Xi，yi)、（Xj，y」)、（xk，yk)分别代表RGBLED发射机中3个LED各自对应的xy色 度，求取获得发送功率PpP^PPk后，构造（NtX3)维的矩阵X(k)，其中X(k)内对应于选择 进行发送的RGBLED发射机序号的行内包含的元素分别为发送功率PpP#PPk，X(k)内其 余行包括的元素皆为〇 ;矩阵X(k)为发射的CSK-OSM调制信号。
3. 权利要求2所述的联合色域与空域调制的可见光通信方法，其特征在于：步骤S3 中，RGBLED发射机通过光无线信道H(t)向接收器发送经过CSK、0SM联合调制后的信号 X(k)，H(t)表示如下：
其中hjt)=叫严⑴比严⑴…比尸⑴]表示通过光线追踪技术获得的RGBLED发射机j与接收器i之间的信道参数，因此接收器接收的信号Y(t)表示如下： 其中?表示时域卷积，n(t)表示（队X3)维的独立同分布的加性高斯白噪声，加性高斯 白噪声的双边功率谱密度为〇n2;接收器接收Y(t)后，根据Y(t)对0SM调制符号、CSK调 制符号进行解调。
4. 权利要求3所述的联合色域与空域调制的可见光通信方法，其特征在于：步骤S4 中，使用分步解调法对接收信号进行解调，具体如下：
其中》为选择的RGBLED发射机的序号，Pl为矩阵p的第1列，矩阵p可由下式定义：p= __i.Y⑴]T 1?为CSK调制符号，|卜||F2表示弗罗贝尼乌斯范数，qi，v=H(t)*gl，v，其中gl，v表 示（队X3)维的矩阵，gl，v第1行内的元素分别为CSK调制符号转换获得的发送功率PpPj 和Pk; 获得》、f之后，即可对OSM调制符号、CSK调制符号进行求解，从而恢复符号的比特信 息。
5. 根据权利要求3所述的联合色域与空域调制的可见光通信方法，其特征在于：使用 最大似然法则对接收信号进行解调，具体如下：
PSCSK调制符号，| | ? | |F2表示弗罗贝尼乌斯范数，q1;v=H(t) ?g1;v，其中g1;v表 示（队X3)维的矩阵，gl，v第1行内的元素分别为CSK调制符号转换获得的发送功率PpPj 和Pk; 获得丨、f之后，即能对OSM调制符号、CSK调制符号进行求解，从而恢复符号的比特信 息。
【专利摘要】本发明涉及一种联合色域与空域调制的可见光通信方法，包括以下步骤：S1.将输入的二进制信息转化为一个维的二进制矩阵，其中n为发送的总符号数，为每次发送的符号包含的比特数目；S2.对于每个符号，令其中Nt表示RGB LED发射机的数目，mcsk表示用于进行色域调制的CSK调制符号包含的比特数目，mosm表示用于进行空域调制的OSM调制符号包含的比特数目；S3.对CSK调制符号进行CSK调制后，将获得的CSK调制信号通过OSM调制符号选择的RGB LED发射机进行发射；S4.接收器接收RGB LED发射机发射的CSK调制信号，再根据接收信号对OSM调制符号、CSK调制符号进行解调，从而恢复符号的比特信息。
【IPC分类】H04B10-556, H04B10-116
【公开号】CN104811245
【申请号】CN201510212622
【发明人】陈裕发, 江明
【申请人】广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月29日