[发明专利]可见光通信信号星座设计方法、装置及系统

说明书

技术领域

本申请属于无线通信技术领域，尤其是，涉及一种可见光通信信号星座设计方法、装置及系统。

背景技术

近年来，随着固态照明技术(Solid-state lighting)的发展，特别是LED(Light-emitting diode，发光二极管)的大规模商用，作为一种新兴的无线通信方式，可见光通信技术，是指利用荧光灯或LED发出的肉眼感觉不到的高速明暗闪烁的光信号来传输数据信息的通信方式。这种方式采用人体长期接触的光作为传输媒介，因而与传统的无线射频信号相比，没有辐射伤害，且具有弥补无线射频带宽拥挤不足的巨大优点，因此日益受到人们的关注。

对于室内可见光通信，如果采用LED作为光源，并采用大面积的PD作为接收器，如果接收端采用滤光片和透镜增强接收效果，接收端接收到的有效光强分布满足公式(1)示出的朗伯辐射模型：

其中，m₁是朗伯模数，φ是光的辐射角度，P_T是发送光功率，A_r是接收端有效接收面积，d是灯源与PD的距离d，ψ是PD接收光的角度，Ψ_c是PD的FOV(Field of View，视场角)大小。基于上述公式(1)，室内可见光通信信道信息(CSI)依据朗伯辐射模型可建模为公式(2)所示：

由于室内可见光通信信道状态变化很缓慢，一般情况下人们将其认为是静态不变的。此外，由于单个LED发光功率有限，室内布局多采用多灯源的方式来获得足够的亮度。因此，室内可见光通信系统天然是一个多输入多输出(Multiple InputMultiple Output，MIMO)系统，这意味着可以同时使用多个灯源和接收端来进行多路信号的传输，以进一步提高通信速率。

在此前提下，如果可见光通信信号仍采用传统无线电领域的脉冲幅度调制方式(Pulse Amplitude Modulation，PAM)，则因为LED的单项导电性，导致可见光通信信号必须满足非负性要求。但是在现有技术中，人们只是通过对PAM信号进行直流偏置的叠加，来使光通信信号满足非负性的要求，然而采用这种方式其功率效率非常低下，从而无法最优化的实现系统通信性能。

发明内容

本申请公开了一种可见光通信信号星座设计方法、装置及系统，以便于解决采用现有技术无法实现系统通信性能的最优化的问题。

为解决上述问题，公开了以下技术方案：

一种可见光通信信号星座设计方法，适用于可见光通信系统，包括：

依据朗伯辐射模型，可见光通信系统的通信模型y＝Hx+n和信号空间矩阵确定信号星座的光发送总功率约束条件为

其中，y为接收信号矢量，H为信道矩阵，为发送信号矢量，n为零均值、协方差矩阵为的加性高斯白噪声矢量，N_t为所述可见光通信系统的灯源个数和N_r为所述可见光通信系统的接收端个数，M的取值为大于2的正整数，s_ji≥0，1≤i≤M，1≤j≤N_t；

基于所述通信模型发送训练序列估计所述可见光通信系统的信道矩阵H；

对所述信道矩阵H进行奇异值分解H＝UΛV^T，获取信道的特征参数矩阵Λ和V，其中，Λ＝diag{λ₁,λ₂}，λ₁≥λ₂≥0且λ₁≠0，λ₁、λ₂和为所述信道特征参数，由所述特征参数矩阵V的角度旋转效果可知信号星座点的可行域从第一象限旋转至第一和第二象限之间，获得角度旋转后的信号星座空间矩阵为

基于所述角度旋转后的信号星座空间矩阵结合所述特征参数矩阵Λ，获取接收端任意两个星座点之间的待优化欧式距离，其表达式为其中，1≤k＜l≤M；

在所述信道特征参数λ₁、λ₂和的不同取值范围下，结合非负性约束条件对所述待优化欧式距离进行处理，获得不同情况下对应的信号星座优化分布。

优选的，在所述信道特征参数λ₁、λ₂和的不同取值范围下，结合非负性约束条件对所述待优化欧式距离进行处理，获得不同情况下对应的信号星座优化分布，包括：