本發(fā)明涉及可見光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制方法、裝置和VLC-MIMO系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高速傳輸一直是VLC(Visible Light Communication，可見光通信)領(lǐng)域備受關(guān)注的研究課題。而VLC-MIMO(VLC Multi-input multi-output，多輸入多輸出的可見光通信)是目前主要的研究趨勢(shì)之一。

從工程化的角度總體來看，現(xiàn)有VLC-MIMO收發(fā)兩端的LED(Light-emitting diode，發(fā)光二極管)陣元數(shù)目較小，并且現(xiàn)有VLC-MIMO收發(fā)陣列的LED陣元間距較大，為了使VLC-MIMO更適宜工程化應(yīng)用，需要增加LED陣元數(shù)目，降低LED陣元間距。具體的，如圖1所示，VLC照明和通信的兼顧，使得LED的發(fā)光角較大，同時(shí)若陣列大規(guī)模、微間距，就使得VLC-MIMO子信道間的干擾很強(qiáng)，從而，信道矩陣H相關(guān)性很大，甚至缺秩。

目前，應(yīng)用到VLC-MIMO的技術(shù)主要是RC(Repetition Coding，重復(fù)碼)技術(shù)、SM(Spatial Modulation，空間調(diào)制)或者OGSM(Optical Generalized Spatial Modulation，廣義空間調(diào)制)。但是，RC技術(shù)，所有發(fā)送端LED陣元發(fā)送相同的信息；SM在任意時(shí)刻，發(fā)送端只有一個(gè)LED陣元發(fā)送信息，也就是說，RC技術(shù)和SM對(duì)ICI(Inter-channel interference，子信道間干擾)采取的是避而不談的方式，這樣雖然沒有了ICI，但是浪費(fèi)了空間資源；OGSM，雖然在任意時(shí)刻，有若干LED工作，但是每次LED陣元的選取是隨機(jī)的，這樣就會(huì)導(dǎo)致選出的部分LED相互之間的ICI仍然較大。

因此，如何降低VLC-MIMO子信道間的干擾成為亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制方法、裝置和VLC-MIMO系統(tǒng)，能夠一定程度上降低VLC-MIMO子信道間的干擾，從而能夠相對(duì)可靠地應(yīng)用于大規(guī)模、微間距的VLC-MIMO系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制方法，應(yīng)用于多輸入多輸出的可見光通信VLC-MIMO系統(tǒng)，所述多輸入多輸出的可見光通信VLC-MIMO系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括LED陣列，所述方法包括：

獲取第一預(yù)設(shè)參數(shù)N、第二預(yù)設(shè)參數(shù)k和第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε，所述第一預(yù)設(shè)參數(shù)N表示所述發(fā)送端的LED數(shù)目，所述第二預(yù)設(shè)參數(shù)k表示所述發(fā)送端同一時(shí)刻處于工作狀態(tài)的LED數(shù)目，所述第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε表示系統(tǒng)干擾容限；

對(duì)所述LED陣列中預(yù)先順序編號(hào)的各LED，按照順序依次計(jì)算分別與第i號(hào)LED相對(duì)應(yīng)的第一集合B_i和第二集合C_i，所述第一集合B_i表示被第i號(hào)LED干擾超過所述系統(tǒng)干擾容限的LED的集合，所述第二集合C_i表示干擾第i號(hào)LED超過所述系統(tǒng)干擾容限的LED的集合，其中，

B_i＝{LED_y:γ_iy>ε,1≤y≤N,y≠i}(1≤i≤N)

C_i＝{LED_j:γ_ji>ε,1≤j≤N,j≠i}(1≤i≤N)

${\mathrm{\γ}}_{xy}=\frac{h_{xy}}{h_{yy}},(1\≤x\≤N,1\≤y\≤N,x\≠y)$

其中，γ_xy表示第x號(hào)LED對(duì)第y號(hào)LED的干擾強(qiáng)度，h_xy表示多輸入多輸出的可見光通信VLC-MIMO系統(tǒng)的信道矩陣中第x行第y列的信道系數(shù)；

按照順序依次計(jì)算分別與第i號(hào)LED相對(duì)應(yīng)的LED預(yù)選集合S_i，其中，

$S_i\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\{{\mathrm{LED}}_j:1\≤j\≤N\}-I_i$

I_i＝{LED_i:1≤i≤N}∪B_i∪C_i

若所述LED預(yù)選集合S_i中的LED個(gè)數(shù)小于k-1個(gè)，將與所述LED預(yù)選集合S_i對(duì)應(yīng)的備用組合的集合L_i記為空集，否則，計(jì)算第i號(hào)LED與從所述LED預(yù)選集合S_i中隨機(jī)選擇k-1個(gè)LED組成的每一種所述備用組合，得到所述備用組合的集合L_i；

統(tǒng)計(jì)所有所述備用組合的集合L_i中的所述備用組合，得到所述備用組合的總集合，以所述備用組合的總集合作為設(shè)定備用組合集合，每一個(gè)所述備用組合中包括k個(gè)LED；

將所述設(shè)定備用組合集合中所述備用組合的總數(shù)目記為T，從所述設(shè)定備用組合集合中選取一種所述備用組合作為待工作LED組合，將待發(fā)送信息中l(wèi)og₂T比特的信息調(diào)制在所述待工作LED組合上。

優(yōu)選的，所述將所述設(shè)定備用組合集合中所述備用組合的總數(shù)目記為T，從所述設(shè)定備用組合集合中選取一種所述備用組合作為待工作LED組合，將待發(fā)送信息中l(wèi)og₂T比特的信息調(diào)制在所述待工作LED組合上之前，還包括：

計(jì)算T-P的差值，其中，

P＝2^p

若所述差值等于0，維持所述設(shè)定備用組合集合及所述T的取值不變，否則計(jì)算所述設(shè)定備用組合集合中每一個(gè)所述備用組合內(nèi)的最大子信道干擾強(qiáng)度其中，

${\mathrm{\τ}}_{G_i}=\underset{{\mathrm{LED}}_x\∈G_i,{\mathrm{LED}}_y\∈G_i}{max}{\mathrm{\γ}}_{xy}$

其中，G_i表示包括k個(gè)LED的所述備用組合，LED_x表示標(biāo)號(hào)為x的LED，LED_y表示標(biāo)號(hào)為y的LED；

將所述設(shè)定備用組合集合中所有所述備用組合按照各自對(duì)應(yīng)的所述最大子信道干擾強(qiáng)度從大到小進(jìn)行排序，剔除前T-P個(gè)所述最大子信道干擾強(qiáng)度各自對(duì)應(yīng)的所述備用組合，得到修正備用組合集合，將所述設(shè)定備用組合集合更新為所述修正備用組合集合。

優(yōu)選的，還包括：

將所述待發(fā)送信息中除所述log₂T比特的信息以外的信息調(diào)制在所述待工作LED組合的k路LED上。

優(yōu)選的，所述待工作LED組合的k路LED都采用振幅調(diào)制PAM或者正交頻分復(fù)用技術(shù)OFDM調(diào)制。

一種可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制裝置，應(yīng)用于多輸入多輸出的可見光通信VLC-MIMO系統(tǒng)，所述多輸入多輸出的可見光通信VLC-MIMO系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括LED陣列，所述裝置包括：

獲取模塊，用于獲取第一預(yù)設(shè)參數(shù)N、第二預(yù)設(shè)參數(shù)k和第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε，所述第一預(yù)設(shè)參數(shù)N表示所述發(fā)送端的LED數(shù)目，所述第二預(yù)設(shè)參數(shù)k表示所述發(fā)送端同一時(shí)刻處于工作狀態(tài)的LED數(shù)目，所述第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε表示系統(tǒng)干擾容限；

第一計(jì)算模塊，用于對(duì)所述LED陣列中預(yù)先順序編號(hào)的各LED，按照順序依次計(jì)算分別與第i號(hào)LED相對(duì)應(yīng)的第一集合B_i和第二集合C_i，所述第一集合B_i表示被第i號(hào)LED干擾超過所述系統(tǒng)干擾容限的LED的集合，所述第二集合C_i表示干擾第i號(hào)LED超過所述系統(tǒng)干擾容限的LED的集合，其中，

B_i＝{LED_y:γ_iy>ε,1≤y≤N,y≠i}(1≤i≤N)

C_i＝{LED_j:γ_ji>ε,1≤j≤N,j≠i}(1≤i≤N)

${\mathrm{\γ}}_{xy}=\frac{h_{xy}}{h_{yy}},(1\≤x\≤N,1\≤y\≤N,x\≠y)$

其中，γ_xy表示第x號(hào)LED對(duì)第y號(hào)LED的干擾強(qiáng)度，h_xy表示多輸入多輸出的可見光通信VLC-MIMO系統(tǒng)的信道矩陣中第x行第y列的信道系數(shù)；

第二計(jì)算模塊，用于按照順序依次計(jì)算分別與第i號(hào)LED相對(duì)應(yīng)的LED預(yù)選集合S_i，其中，

$S_i\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\{{\mathrm{LED}}_j:1\≤j\≤N\}-I_i$

I_i＝{LED_i:1≤j≤N}∪B_i∪C_i

第三計(jì)算模塊，用于若所述LED預(yù)選集合S_i中的LED個(gè)數(shù)小于k-1個(gè)，將與所述LED預(yù)選集合S_i對(duì)應(yīng)的備用組合的集合L_i記為空集，否則，計(jì)算第i號(hào)LED與從所述LED預(yù)選集合S_i中隨機(jī)選擇k-1個(gè)LED組成的每一種所述備用組合，得到所述備用組合的集合L_i；

統(tǒng)計(jì)模塊，用于統(tǒng)計(jì)所有所述備用組合的集合L_i中的所述備用組合，得到所述備用組合的總集合，以所述備用組合的總集合作為設(shè)定備用組合集合，每一個(gè)所述備用組合中包括k個(gè)LED；

空域調(diào)制模塊，用于將所述設(shè)定備用組合集合中所述備用組合的總數(shù)目記為T，從所述設(shè)定備用組合集合中選取一種所述備用組合作為待工作LED組合，將待發(fā)送信息中l(wèi)og₂T比特的信息調(diào)制在所述待工作LED組合上。

優(yōu)選的，還包括：

第四計(jì)算模塊，用于計(jì)算T-P的差值，其中，

P＝2^p

第五計(jì)算模塊，用于若所述差值等于0，維持所述設(shè)定備用組合集合及所述T的取值不變，否則計(jì)算所述設(shè)定備用組合集合中每一個(gè)所述備用組合內(nèi)的最大子信道干擾強(qiáng)度其中，

${\mathrm{\τ}}_{G_i}=\underset{{\mathrm{LED}}_x\∈G_i,{\mathrm{LED}}_y\∈G_i}{max}{\mathrm{\γ}}_{xy}$

其中，G_i表示包括k個(gè)LED的所述備用組合，LED_x表示標(biāo)號(hào)為x的LED，LED_y表示標(biāo)號(hào)為y的LED；

更新模塊，用于將所述設(shè)定備用組合集合中所有所述備用組合按照各自對(duì)應(yīng)的所述最大子信道干擾強(qiáng)度從大到小進(jìn)行排序，剔除前T-P個(gè)所述最大子信道干擾強(qiáng)度各自對(duì)應(yīng)的所述備用組合，得到修正備用組合集合，將所述設(shè)定備用組合集合更新為所述修正備用組合集合。

優(yōu)選的，還包括：

數(shù)字域調(diào)制模塊，用于將所述待發(fā)送信息中除所述log₂T比特的信息以外的信息調(diào)制在所述待工作LED組合的k路LED上。

一種VLC-MIMO系統(tǒng)，包括：

發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括控制器和與所述控制器相連接的LED陣列，所述控制器的操作包括：

獲取第一預(yù)設(shè)參數(shù)N、第二預(yù)設(shè)參數(shù)k和第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε，所述第一預(yù)設(shè)參數(shù)N表示所述發(fā)送端的LED數(shù)目，所述第二預(yù)設(shè)參數(shù)k表示所述發(fā)送端同一時(shí)刻處于工作狀態(tài)的LED數(shù)目，所述第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε表示系統(tǒng)干擾容限；

對(duì)所述LED陣列中預(yù)先順序編號(hào)的各LED，按照順序依次計(jì)算分別與第i號(hào)LED相對(duì)應(yīng)的第一集合B_i和第二集合C_i，所述第一集合B_i表示被第i號(hào)LED干擾超過所述系統(tǒng)干擾容限的LED的集合，所述第二集合C_i表示干擾第i號(hào)LED超過所述系統(tǒng)干擾容限的LED的集合，其中，

B_i＝{LED_y:γ_iy>ε,1≤y≤N,y≠i}(1≤i≤N)

C_i＝{LED_j:γ_ji>ε,1≤j≤N,j≠i}(1≤i≤N)

${\mathrm{\γ}}_{xy}=\frac{h_{xy}}{h_{yy}},(1\≤x\≤N,1\≤y\≤N,x\≠y)$

其中，γ_xy表示第x號(hào)LED對(duì)第y號(hào)LED的干擾強(qiáng)度，h_xy表示多輸入多輸出的可見光通信VLC-MIMO系統(tǒng)的信道矩陣中第x行第y列的信道系數(shù)；

按照順序依次計(jì)算分別與第i號(hào)LED相對(duì)應(yīng)的LED預(yù)選集合S_i，其中，

$S_i\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\{{\mathrm{LED}}_j:1\≤j\≤N\}-I_i$

I_i＝{LED_i:1≤j≤N}∪B_i∪C_i

若所述LED預(yù)選集合S_i中的LED個(gè)數(shù)小于k-1個(gè)，將與所述LED預(yù)選集合S_i對(duì)應(yīng)的備用組合的集合L_i記為空集，否則，計(jì)算第i號(hào)LED與從所述LED預(yù)選集合S_i中隨機(jī)選擇k-1個(gè)LED組成的每一種所述備用組合，得到所述備用組合的集合L_i；

統(tǒng)計(jì)所有所述備用組合的集合L_i中的所述備用組合，得到所述備用組合的總集合，以所述備用組合的總集合作為設(shè)定備用組合集合，每一個(gè)所述備用組合中包括k個(gè)LED；

將所述設(shè)定備用組合集合中所述備用組合的總數(shù)目記為T，從所述設(shè)定備用組合集合中選取一種所述備用組合作為待工作LED組合，將待發(fā)送信息中l(wèi)og₂T比特的信息調(diào)制在所述待工作LED組合上。

優(yōu)選的，所述控制器的操作還包括：

所述將所述設(shè)定備用組合集合中所述備用組合的總數(shù)目記為T，從所述設(shè)定備用組合集合中選取一種所述備用組合作為待工作LED組合，將待發(fā)送信息中l(wèi)og₂T比特的信息調(diào)制在所述待工作LED組合上之前，

計(jì)算T-P的差值，其中，

P＝2^p

若所述差值等于0，維持所述設(shè)定備用組合集合及所述T的取值不變，否則計(jì)算所述設(shè)定備用組合集合中每一個(gè)所述備用組合內(nèi)的最大子信道干擾強(qiáng)度其中，

${\mathrm{\τ}}_{G_i}=\underset{{\mathrm{LED}}_x\∈G_i,{\mathrm{LED}}_y\∈G_i}{max}{\mathrm{\γ}}_{xy}$

其中，G_i表示包括k個(gè)LED的所述備用組合，LED_x表示標(biāo)號(hào)為x的LED，LED_y表示標(biāo)號(hào)為y的LED；

將所述設(shè)定備用組合集合中所有所述備用組合按照各自對(duì)應(yīng)的所述最大子信道干擾強(qiáng)度從大到小進(jìn)行排序，剔除前T-P個(gè)所述最大子信道干擾強(qiáng)度各自對(duì)應(yīng)的所述備用組合，得到修正備用組合集合，將所述設(shè)定備用組合集合更新為所述修正備用組合集合。

優(yōu)選的，所述控制器的操作還包括：

將所述待發(fā)送信息中除所述log₂T比特的信息以外的信息調(diào)制在所述待工作LED組合的k路LED上。

經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制方法、裝置和VLC-MIMO系統(tǒng)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案，基于子信道間干擾進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過設(shè)置表示系統(tǒng)干擾容限的第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε，在系統(tǒng)干擾容限的約束下，首先確定與每一個(gè)LED相對(duì)應(yīng)的需排除的LED集合(干擾或者被干擾的干擾強(qiáng)度超過ε的LED的集合)，對(duì)任一LED，比如第i號(hào)LED，所有LED刨除與第i號(hào)LED相對(duì)應(yīng)的需排除的LED集合，便得到第i號(hào)LED的預(yù)選集合(該集合中任意一個(gè)LED干擾第i號(hào)LED或者被第i號(hào)LED干擾的干擾強(qiáng)度均不超過ε)，然后計(jì)算第i號(hào)LED與從第i號(hào)LED的預(yù)選集合中任意選取k-1個(gè)LED組成的每一種備用組合，并統(tǒng)計(jì)所有備用組合，比如將所有備用組合的總數(shù)目記為T，那么從所有備用組合中選取一種作為待工作LED組合，則將待發(fā)送信息中l(wèi)og₂T比特的信息調(diào)制在所述待工作LED組合上，便能夠?qū)崿F(xiàn)VLC-MIMO空域調(diào)制，所述待工作LED組合包括k個(gè)LED，使k路LED能夠獨(dú)立發(fā)送信息，由于選取的待工作LED組合中，至少存在一個(gè)LED對(duì)其他LED的干擾強(qiáng)度，以及其他LED對(duì)該LED的干擾強(qiáng)度(即子信道干擾)均不超過系統(tǒng)干擾容限，因此，本發(fā)明提供的技術(shù)方案能夠一定程度上降低VLC-MIMO子信道間的干擾，從而能夠相對(duì)可靠地應(yīng)用于大規(guī)模、微間距的VLC-MIMO系統(tǒng)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制裝置的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例

請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制方法的流程圖。本發(fā)明實(shí)施例提供的可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制方法應(yīng)用于VLC-MIMO系統(tǒng)，所述VLC-MIMO系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括LED陣列。如圖1所示，該方法包括：

步驟S101，獲取第一預(yù)設(shè)參數(shù)N、第二預(yù)設(shè)參數(shù)k和第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε；

具體的，所述第一預(yù)設(shè)參數(shù)N表示所述發(fā)送端的LED數(shù)目，所述第二預(yù)設(shè)參數(shù)k表示所述發(fā)送端同一時(shí)刻處于工作狀態(tài)的LED數(shù)目，所述第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε表示系統(tǒng)干擾容限。

具體的，所述第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε根據(jù)VLC-MIMO系統(tǒng)的實(shí)際需求來確定，如果VLC-MIMO系統(tǒng)對(duì)誤碼性能要求較高，則選取較小的ε，如果系統(tǒng)對(duì)誤碼性能要求不是很高，則可以適當(dāng)選取較大的ε，其中，0≤ε≤1。

步驟S102，對(duì)所述LED陣列中預(yù)先順序編號(hào)的各LED，按照順序依次計(jì)算分別與第i號(hào)LED相對(duì)應(yīng)的第一集合B_i和第二集合C_i；

具體的，所述第一集合B_i表示被第i號(hào)LED干擾超過所述系統(tǒng)干擾容限的LED的集合，所述第二集合C_i表示干擾第i號(hào)LED超過所述系統(tǒng)干擾容限的LED的集合，其中，

B_i＝{LED_y:γ_iy>ε,1≤y≤N,y≠i}(1≤i≤N) (1)

C_i＝{LED_j:γ_ji>ε,1≤j≤N,j≠i}(1≤i≤N) (2)

${\mathrm{\γ}}_{xy}=\frac{h_{xy}}{h_{yy}},(1\≤x\≤N,1\≤y\≤N,x\≠y)---\left(3\right)$

其中，γ_xy表示第x號(hào)LED對(duì)第y號(hào)LED的干擾強(qiáng)度，h_xy表示VLC-MIMO系統(tǒng)的信道矩陣中第x行第y列的信道系數(shù)。

步驟S103，按照順序依次計(jì)算分別與第i號(hào)LED相對(duì)應(yīng)的LED預(yù)選集合S_i；

具體的，其中，

$S_i\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\{{\mathrm{LED}}_j:1\≤j\≤N\}-I_i---\left(4\right)$

I_i＝{LED_i:1≤i≤N}∪B_i∪C_i (5)

步驟S104，若所述LED預(yù)選集合S_i中的LED個(gè)數(shù)小于k-1個(gè)，將與所述LED預(yù)選集合S_i對(duì)應(yīng)的備用組合的集合L_i記為空集，否則，計(jì)算第i號(hào)LED與從所述LED預(yù)選集合S_i中隨機(jī)選擇k-1個(gè)LED組成的每一種所述備用組合，得到所述備用組合的集合L_i；

步驟S105，統(tǒng)計(jì)所有所述備用組合的集合L_i中的所述備用組合，得到所述備用組合的總集合，以所述備用組合的總集合作為設(shè)定備用組合集合；

具體的，每一個(gè)所述備用組合中包括k個(gè)LED。

步驟S106，將所述設(shè)定備用組合集合中所述備用組合的總數(shù)目記為T，從所述設(shè)定備用組合集合中選取一種所述備用組合作為待工作LED組合，將待發(fā)送信息中l(wèi)og₂T比特的信息調(diào)制在所述待工作LED組合上；

具體的，將待發(fā)送信息中l(wèi)og₂T比特的信息調(diào)制在所述待工作LED組合上，便實(shí)現(xiàn)了可見光通信的自適應(yīng)空域調(diào)制。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案，基于子信道間干擾進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過設(shè)置表示系統(tǒng)干擾容限的第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε，在系統(tǒng)干擾容限的約束下，首先確定與每一個(gè)LED相對(duì)應(yīng)的需排除的LED集合(干擾或者被干擾的干擾強(qiáng)度超過ε的LED的集合)，對(duì)任一LED，比如第i號(hào)LED，所有LED刨除與第i號(hào)LED相對(duì)應(yīng)的需排除的LED集合，便得到第i號(hào)LED的預(yù)選集合(該集合中任意一個(gè)LED干擾第i號(hào)LED或者被第i號(hào)LED干擾的干擾強(qiáng)度均不超過ε)，然后計(jì)算第i號(hào)LED與從第i號(hào)LED的預(yù)選集合中任意選取k-1個(gè)LED組成的每一種備用組合，并統(tǒng)計(jì)所有備用組合，比如將所有備用組合的總數(shù)目記為T，那么從所有備用組合中選取一種作為待工作LED組合，則將待發(fā)送信息中l(wèi)og₂T比特的信息調(diào)制在所述待工作LED組合上，便能夠?qū)崿F(xiàn)VLC-MIMO空域調(diào)制，所述待工作LED組合包括k個(gè)LED，使k路LED能夠獨(dú)立發(fā)送信息，由于選取的待工作LED組合中，至少存在一個(gè)LED對(duì)其他LED的干擾強(qiáng)度，以及其他LED對(duì)該LED的干擾強(qiáng)度(即子信道干擾)均不超過系統(tǒng)干擾容限，因此，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案能夠一定程度上降低VLC-MIMO子信道間的干擾，從而能夠相對(duì)可靠地應(yīng)用于大規(guī)模、微間距的VLC-MIMO系統(tǒng)。

另外，現(xiàn)有技術(shù)中接收端相對(duì)于發(fā)送端往往是固定的，即固定在一個(gè)特殊位置，而本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案，基于子信道間干擾進(jìn)行設(shè)計(jì)，且LED之間的干擾強(qiáng)度是通過(VLC-MIMO系統(tǒng)的)信道矩陣中的信道系數(shù)來計(jì)算得到，因此，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案與VLC-MIMO系統(tǒng)的信道相適應(yīng)，從而能夠使接收端在收發(fā)端軸向自由移動(dòng)，能夠提高接收端的移動(dòng)自由性。

可選的，本發(fā)明另外一個(gè)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述步驟S106之前還包括：

計(jì)算T-P的差值，其中，

P＝2^p (6)

若所述差值等于0，維持所述設(shè)定備用組合集合及所述T的取值不變，否則計(jì)算所述設(shè)定備用組合集合中每一個(gè)所述備用組合內(nèi)的最大子信道干擾強(qiáng)度其中，

${\mathrm{\τ}}_{G_i}=\underset{{\mathrm{LED}}_x\∈G_i,{\mathrm{LED}}_y\∈G_i}{max}{\mathrm{\γ}}_{xy}---\left(8\right)$

其中，G_i表示包括k個(gè)LED的所述備用組合，LED_x表示標(biāo)號(hào)為x的LED，LED_y表示標(biāo)號(hào)為y的LED；

將所述設(shè)定備用組合集合中所有所述備用組合按照各自對(duì)應(yīng)的所述最大子信道干擾強(qiáng)度從大到小進(jìn)行排序，剔除前T-P個(gè)所述最大子信道干擾強(qiáng)度各自對(duì)應(yīng)的所述備用組合，得到修正備用組合集合，將所述設(shè)定備用組合集合更新為所述修正備用組合集合。

具體的，本實(shí)施例提供的技術(shù)方案，能夠優(yōu)化所述設(shè)定備用組合集合，將排序靠前的T-P個(gè)對(duì)應(yīng)的備用組合剔除，從而留下更小的備用組合供后續(xù)選取。

可選的，本發(fā)明另外一個(gè)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，還包括：

將所述待發(fā)送信息中除所述log₂T比特的信息以外的信息調(diào)制在所述待工作LED組合的k路LED上。

可選的，所述待工作LED組合的k路LED都采用PAM(pulse-amplitude modulation，振幅調(diào)制)或者OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用技術(shù))調(diào)制。

具體的，所述待工作LED組合的k路LED相互之間獨(dú)立發(fā)送數(shù)據(jù)，每一路LED相當(dāng)于一路數(shù)據(jù)，每路數(shù)據(jù)都采用PAM或者OFDM調(diào)制。

需要說明的是，本發(fā)明提供的技術(shù)方案，使得所述待工作LED組合中的各路LED獨(dú)立發(fā)送數(shù)據(jù)，但并不限定各路LED的數(shù)據(jù)發(fā)送方式，只要適用于VLC的技術(shù)都可以，比如PAM，OFDM等，也就是說，本發(fā)明提供的技術(shù)方案，并不限定數(shù)字域上的調(diào)制方式。

為了更加全面地闡述本發(fā)明提供的技術(shù)方案，對(duì)應(yīng)于本發(fā)明實(shí)施例提供的可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制方法，本發(fā)明公開一種可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制裝置。

請(qǐng)參閱圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制裝置的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明實(shí)施例提供的可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制裝置應(yīng)用于VLC-MIMO系統(tǒng)，所述VLC-MIMO系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括LED陣列。如圖2所示，該裝置包括：

獲取模塊201，用于獲取第一預(yù)設(shè)參數(shù)N、第二預(yù)設(shè)參數(shù)k和第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε，所述第一預(yù)設(shè)參數(shù)N表示所述發(fā)送端的LED數(shù)目，所述第二預(yù)設(shè)參數(shù)k表示所述發(fā)送端同一時(shí)刻處于工作狀態(tài)的LED數(shù)目，所述第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε表示系統(tǒng)干擾容限；

第一計(jì)算模塊202，用于對(duì)所述LED陣列中預(yù)先順序編號(hào)的各LED，按照順序依次計(jì)算分別與第i號(hào)LED相對(duì)應(yīng)的第一集合B_i和第二集合C_i，所述第一集合B_i表示被第i號(hào)LED干擾超過所述系統(tǒng)干擾容限的LED的集合，所述第二集合C_i表示干擾第i號(hào)LED超過所述系統(tǒng)干擾容限的LED的集合，其中，

B_i＝{LED_y:γ_iy>ε,1≤y≤N,y≠i}(1≤i≤N) (1)

C_i＝{LED_j:γ_ji>ε,1≤j≤N,j≠i}(1≤i≤N) (2)

${\mathrm{\γ}}_{xy}=\frac{h_{xy}}{h_{yy}},(1\≤x\≤N,1\≤y\≤N,x\≠y)---\left(3\right)$

其中，γ_xy表示第x號(hào)LED對(duì)第y號(hào)LED的干擾強(qiáng)度，h_xy表示多輸入多輸出的可見光通信VLC-MIMO系統(tǒng)的信道矩陣中第x行第y列的信道系數(shù)；

第二計(jì)算模塊203，用于按照順序依次計(jì)算分別與第i號(hào)LED相對(duì)應(yīng)的LED預(yù)選集合S_i，其中，

$S_i\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\{{\mathrm{LED}}_j:1\≤j\≤N\}-I_i---\left(4\right)$

I_i＝{LED_i:1≤j≤N}∪B_i∪C_i (5)

第三計(jì)算模塊204，用于若所述LED預(yù)選集合S_i中的LED個(gè)數(shù)小于k-1個(gè)，將與所述LED預(yù)選集合S_i對(duì)應(yīng)的備用組合的集合L_i記為空集，否則，計(jì)算第i號(hào)LED與從所述LED預(yù)選集合S_i中隨機(jī)選擇k-1個(gè)LED組成的每一種所述備用組合，得到所述備用組合的集合L_i；

統(tǒng)計(jì)模塊205，用于統(tǒng)計(jì)所有所述備用組合的集合L_i中的所述備用組合，得到所述備用組合的總集合，以所述備用組合的總集合作為設(shè)定備用組合集合，每一個(gè)所述備用組合中包括k個(gè)LED；

空域調(diào)制模塊206，用于將所述設(shè)定備用組合集合中所述備用組合的總數(shù)目記為T，從所述設(shè)定備用組合集合中選取一種所述備用組合作為待工作LED組合，將待發(fā)送信息中l(wèi)og₂T比特的信息調(diào)制在所述待工作LED組合上。

應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例提供的可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制裝置，能夠一定程度上降低VLC-MIMO子信道間的干擾，從而能夠相對(duì)可靠地應(yīng)用于大規(guī)模、微間距的VLC-MIMO系統(tǒng)。

可選的，本發(fā)明另外一個(gè)實(shí)施例提供的可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制裝置，還包括：

第四計(jì)算模塊，用于計(jì)算T-P的差值，其中，

P＝2^p (6)

第五計(jì)算模塊，用于若所述差值等于0，維持所述設(shè)定備用組合集合及所述T的取值不變，否則計(jì)算所述設(shè)定備用組合集合中每一個(gè)所述備用組合內(nèi)的最大子信道干擾強(qiáng)度其中，

${\mathrm{\τ}}_{G_i}=\underset{{\mathrm{LED}}_x\∈G_i,{\mathrm{LED}}_y\∈G_i}{max}{\mathrm{\γ}}_{xy}---\left(8\right)$

其中，G_i表示包括k個(gè)LED的所述備用組合，LED_x表示標(biāo)號(hào)為x的LED，LED_y表示標(biāo)號(hào)為y的LED；

更新模塊，用于將所述設(shè)定備用組合集合中所有所述備用組合按照各自對(duì)應(yīng)的所述最大子信道干擾強(qiáng)度從大到小進(jìn)行排序，剔除前T-P個(gè)所述最大子信道干擾強(qiáng)度各自對(duì)應(yīng)的所述備用組合，得到修正備用組合集合，將所述設(shè)定備用組合集合更新為所述修正備用組合集合。

可選的，本發(fā)明另外一個(gè)實(shí)施例提供的可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制裝置，還包括：

數(shù)字域調(diào)制模塊，用于將所述待發(fā)送信息中除所述log₂T比特的信息以外的信息調(diào)制在所述待工作LED組合的k路LED上。

可選的，所述待工作LED組合的k路LED都采用PAM(pulse-amplitude modulation，振幅調(diào)制)或者OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用技術(shù))調(diào)制。

具體的，所述待工作LED組合的k路LED相互之間獨(dú)立發(fā)送數(shù)據(jù)，每一路LED相當(dāng)于一路數(shù)據(jù)，每路數(shù)據(jù)都采用PAM或者OFDM調(diào)制。

需要說明的是，本發(fā)明提供的技術(shù)方案，使得所述待工作LED組合中的各路LED獨(dú)立發(fā)送數(shù)據(jù)，但并不限定各路LED的數(shù)據(jù)發(fā)送方式，只要適用于VLC的技術(shù)都可以，比如PAM，OFDM等，也就是說，本發(fā)明提供的技術(shù)方案，并不限定數(shù)字域上的調(diào)制方式。

為了更加全面地闡述本發(fā)明提供的技術(shù)方案，對(duì)應(yīng)于本發(fā)明實(shí)施例提供的可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制方法，本發(fā)明公開一種VLC-MIMO系統(tǒng)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的VLC-MIMO系統(tǒng)，包括：

發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括控制器和與所述控制器相連接的LED陣列，所述控制器的操作包括：

獲取第一預(yù)設(shè)參數(shù)N、第二預(yù)設(shè)參數(shù)k和第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε，所述第一預(yù)設(shè)參數(shù)N表示所述發(fā)送端的LED數(shù)目，所述第二預(yù)設(shè)參數(shù)k表示所述發(fā)送端同一時(shí)刻處于工作狀態(tài)的LED數(shù)目，所述第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε表示系統(tǒng)干擾容限；

對(duì)所述LED陣列中預(yù)先順序編號(hào)的各LED，按照順序依次計(jì)算分別與第i號(hào)LED相對(duì)應(yīng)的第一集合B_i和第二集合C_i，所述第一集合B_i表示被第i號(hào)LED干擾超過所述系統(tǒng)干擾容限的LED的集合，所述第二集合C_i表示干擾第i號(hào)LED超過所述系統(tǒng)干擾容限的LED的集合，其中，

B_i＝{LED_y:γ_iy>ε,1≤y≤N,y≠i}(1≤i≤N) (1)

C_i＝{LED_j:γ_ji>ε,1≤j≤N,j≠i}(1≤i≤N) (2)

${\mathrm{\γ}}_{xy}=\frac{h_{xy}}{h_{yy}},(1\≤x\≤N,1\≤y\≤N,x\≠y)---\left(3\right)$

其中，γ_xy表示第x號(hào)LED對(duì)第y號(hào)LED的干擾強(qiáng)度，h_xy表示多輸入多輸出的可見光通信VLC-MIMO系統(tǒng)的信道矩陣中第x行第y列的信道系數(shù)；

按照順序依次計(jì)算分別與第i號(hào)LED相對(duì)應(yīng)的LED預(yù)選集合S_i，其中，

$S_i\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\{{\mathrm{LED}}_j:1\≤j\≤N\}-I_i---\left(4\right)$

I_i＝{LED_i:1≤j≤N}∪B_i∪C_i (5)

若所述LED預(yù)選集合S_i中的LED個(gè)數(shù)小于k-1個(gè)，將與所述LED預(yù)選集合S_i對(duì)應(yīng)的備用組合的集合L_i記為空集，否則，計(jì)算第i號(hào)LED與從所述LED預(yù)選集合S_i中隨機(jī)選擇k-1個(gè)LED組成的每一種所述備用組合，得到所述備用組合的集合L_i；

統(tǒng)計(jì)所有所述備用組合的集合L_i中的所述備用組合，得到所述備用組合的總集合，以所述備用組合的總集合作為設(shè)定備用組合集合，每一個(gè)所述備用組合中包括k個(gè)LED；

將所述設(shè)定備用組合集合中所述備用組合的總數(shù)目記為T，從所述設(shè)定備用組合集合中選取一種所述備用組合作為待工作LED組合，將待發(fā)送信息中l(wèi)og₂T比特的信息調(diào)制在所述待工作LED組合上。

本發(fā)明實(shí)施例提供的VLC-MIMO系統(tǒng)，能夠一定程度上降低子信道間的干擾，從而可以選擇增多VLC-MIMO系統(tǒng)內(nèi)LED數(shù)目，降低LED之間的間距，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、微間距的VLC-MIMO系統(tǒng)能夠較為可靠的進(jìn)行可見光通信。

可選的，本發(fā)明另外一個(gè)實(shí)施例提供的VLC-MIMO系統(tǒng)，所述控制器的操作還包括：

所述將所述設(shè)定備用組合集合中所述備用組合的總數(shù)目記為T，從所述設(shè)定備用組合集合中選取一種所述備用組合作為待工作LED組合，將待發(fā)送信息中l(wèi)og₂T比特的信息調(diào)制在所述待工作LED組合上之前，

計(jì)算T-P的差值，其中，

P＝2^p (6)

若所述差值等于0，維持所述設(shè)定備用組合集合及所述T的取值不變，否則計(jì)算所述設(shè)定備用組合集合中每一個(gè)所述備用組合內(nèi)的最大子信道干擾強(qiáng)度其中，

${\mathrm{\τ}}_{G_i}=\underset{{\mathrm{LED}}_x\∈G_i,{\mathrm{LED}}_y\∈G_i}{max}{\mathrm{\γ}}_{xy}---\left(8\right)$

其中，G_i表示包括k個(gè)LED的所述備用組合，LED_x表示標(biāo)號(hào)為x的LED，LED_y表示標(biāo)號(hào)為y的LED；

將所述設(shè)定備用組合集合中所有所述備用組合按照各自對(duì)應(yīng)的所述最大子信道干擾強(qiáng)度從大到小進(jìn)行排序，剔除前T-P個(gè)所述最大子信道干擾強(qiáng)度各自對(duì)應(yīng)的所述備用組合，得到修正備用組合集合，將所述設(shè)定備用組合集合更新為所述修正備用組合集合。

可選的，本發(fā)明另外一個(gè)實(shí)施例提供的VLC-MIMO系統(tǒng)，所述控制器的操作還包括：

將所述待發(fā)送信息中除所述log₂T比特的信息以外的信息調(diào)制在所述待工作LED組合的k路LED上。

經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種可見光通信自適應(yīng)空域調(diào)制方法、裝置和VLC-MIMO系統(tǒng)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案，基于子信道間干擾進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過設(shè)置表示系統(tǒng)干擾容限的第三預(yù)設(shè)參數(shù)ε，在系統(tǒng)干擾容限的約束下，首先確定與每一個(gè)LED相對(duì)應(yīng)的需排除的LED集合(干擾或者被干擾的干擾強(qiáng)度超過ε的LED的集合)，對(duì)任一LED，比如第i號(hào)LED，所有LED刨除與第i號(hào)LED相對(duì)應(yīng)的需排除的LED集合，便得到第i號(hào)LED的預(yù)選集合(該集合中任意一個(gè)LED干擾第i號(hào)LED或者被第i號(hào)LED干擾的干擾強(qiáng)度均不超過ε)，然后計(jì)算第i號(hào)LED與從第i號(hào)LED的預(yù)選集合中任意選取k-1個(gè)LED組成的每一種備用組合，并統(tǒng)計(jì)所有備用組合，比如將所有備用組合的總數(shù)目記為T，那么從所有備用組合中選取一種作為待工作LED組合，則將待發(fā)送信息中l(wèi)og₂T比特的信息調(diào)制在所述待工作LED組合上，便能夠?qū)崿F(xiàn)VLC-MIMO空域調(diào)制，所述待工作LED組合包括k個(gè)LED，使k路LED能夠獨(dú)立發(fā)送信息，由于選取的待工作LED組合中，至少存在一個(gè)LED對(duì)其他LED的干擾強(qiáng)度，以及其他LED對(duì)該LED的干擾強(qiáng)度(即子信道干擾)均不超過系統(tǒng)干擾容限，因此，本發(fā)明提供的技術(shù)方案能夠一定程度上降低VLC-MIMO子信道間的干擾，從而能夠相對(duì)可靠地應(yīng)用于大規(guī)模、微間距的VLC-MIMO系統(tǒng)。

另外，現(xiàn)有技術(shù)中接收端相對(duì)于發(fā)送端往往是固定的，即固定在一個(gè)特殊位置，而本發(fā)明提供的技術(shù)方案，基于子信道間干擾進(jìn)行設(shè)計(jì)，且LED之間的干擾強(qiáng)度是通過(VLC-MIMO系統(tǒng)的)信道矩陣中的信道系數(shù)來計(jì)算得到，因此，本發(fā)明提供的技術(shù)方案與VLC-MIMO系統(tǒng)的信道相適應(yīng)，從而能夠使接收端在收發(fā)端軸向自由移動(dòng)，能夠提高接收端的移動(dòng)自由性。

最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的裝置和VLC-MIMO系統(tǒng)而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。