CN104601233B - 基于载波分配与ica算法的mimo可见光通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明本发明涉及无线通信技术领域，公开了一种基于载波分配与ICA算法的MIMO可见光通信方法，包括以下步骤：S1、在数据发送端将串行数据并行化，并在并行数据前插入一位前缀；S2、对并行数据分别采用频率成倍数关系载波进行BPSK调制；S3、采用ICA算法对接收端接收到的混合信号进行分离；S4、解调分离信号后进行并串处理。本发明可以提高发送端并行调制信号间的相互独立性，从而使得ICA算法可以应用于接收信号的分离，避免了以往MIMO可见光通信中必须估计信道信息来实现通信，可以在信噪比较低的情况下显著降低系统的误码率，并简化通信的复杂性。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于载波分配与ICA算法的MIMO可见光通信方法。
背景技术
未来可见光通信系统将要求能够支持高达每秒数百兆甚至数千兆比特的高速分组数据传输，采用MIMO无线传输技术，充分挖掘利用空间资源，最大限度地提高频谱利用率和功率效率，是未来可见光通信研究的关键所在。由于在MIMO可见光通信系统中将信道分为各个相互独立的子信道，为了克服各个子信道间的相互干扰往往采用多用户调制和预编码，在接收端采用自适应均衡等技术。但以上工作都是基于信道信息可以预知的前提下进行的。然而，在实际情况下要准确估计出信道信息几乎是不可能的，并且对信道的估计本身就会引入很大的误差从而使误码率增大。为了在接收端实现信号的精确恢复，以前的研究都是基于对信道参数的估计提出的。通过在发送端预失真编码、归零OOK调制、同步OFDM调制来克服码元间与载波间干扰；在接收端通过自适应均衡等方法来提取信号。为了比较准确的估计出CSI，就需要不断使用大量训练序列，这必将浪费大量比特率，降低了信号的传输速率，也增加了噪声干扰。
发明内容
在信噪比较低的情况下，要准确估计出信道信息几乎是不可能的，此时基于信道估计的MIMO可见光通信系统的通信性能很差。因此，本发明要解决的技术问题是在无须估计信道信息实现MIMO可见光通信并提高其通信性能。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于载波分配与ICA算法的MIMO可见光通信方法，包括以下具体步骤：S1、在数据发送端将串行数据并行化，并在并行数据前插入一位前缀；S2、对并行数据分别采用频率成倍数关系载波进行BPSK调制；S3、采用ICA算法对接收端接收到的混合信号进行分离；S4、解调分离信号后进行并串处理。
上述通信方法具有如下优点：本发明的通信方法采用载波分配调制方式使调制信号相互独立，满足ICA算法的独立性原则，从而使ICA算法可以运用于分离接收到的混合信号。采用ICA算法处理接收信号克服了现代技术对信道信息的依赖，简化了通信过程，并显著提高了可见光系统的通信性能。
附图说明
图1是本发明的方法的流程图。
图2是使用了本发明的方法的MIMO可见光通信系统的整个通信过程框图。
图3是本发明与现有技术对比效果图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进一步说明。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明针对低信噪比环境下基于信道估计的MIMO可见光通信系统通信差，提出一种基于载波分配与ICA算法的MIMO可见光通信方法。该方法与传统通信方法相比，无须进行信息估计就可以实现MIMO通信，在相同信噪比的情况下有更低的误码率，并简化了通信过程。
如图1所示，本发明提供了一种载波分配与ICA算法的MIMO可见光通信方法，包括以下步骤：
S1、如图2前4部分所示包括信源1、串行数据产生2、串并转换3、插入前缀过程4，信源的m位串行数据经串并转化后变为n组并行的k位数据序列(m＝n*k)，并在各组并行数据前插入相同的一位前缀用于相位标识。
S2、如图2第5、6部分所示包括载波分配5、载波分配调制6，按fn＝f1+(n-1)·Δf，Δf＝n·f1，n＝1，2…式进行载波分配的n路载波分别对n组并行数据进行2PSK调制，得到的n路调制信号(用矩阵X表示)经DA变换加直流偏置后分别通过LED光源同时发送到可见光通信信道，实现多路数据的同时传输。
S3、如图2的第7部分所示包括ICA算法分离7，经接收端接收到的n组接收信号(用矩阵Y表示)是S2中各路调制信号经信道混合并叠加噪声后的信号，采用ICA算法对其进行分离解混，得到n组分离信号。
S4、如图2的第8至12部分所示包括解调8、去前缀9、并串转换10、串行数据接收11、信宿12，经S3处理得到的n组分离信号按其载波频率不同分别进行排序和相位调整后解调，解调后的去前缀得到n组并行的k位数据序列，再把n组并行数据变换为串行数据。
图3中显示了传统的基于信道估计的和本发明的MIMO可见光通信方法的误码率性能。可以看出，传统的基于信道估计的MIMO可见光通信方法，在信噪比较低时几乎不能实现通信，本发明在低信噪比和高信噪比的情况下的误码率性能都有显著提高；在低信噪比时性能接近理想信道时通信的性能。
由以上实施例可以看出，本发明的方法通过采用载波分配调制以使调制信号相互独立，同时采用并行数据插入相同前缀来解决ICA的倒相问题，使得可以在无信道信息的情况下采用ICA处理接收信号，充分发挥出ICA算法处理信号的优秀性能。可以看出，本发明的方法避免了以往MIMO可见光通信中必须估计信道信息来实现通信，可以在信噪比较低的情况下显著降低系统的误码率，并简化通信的复杂性。
Claims (6)
1.一种基于载波分配与ICA算法的MIMO可见光通信方法，包括以下步骤：
S1、在数据发送端将串行数据并行化，并在并行数据前插入一位前缀；
S2、对并行数据分别采用频率成倍数关系载波进行BPSK调制；
S3、采用ICA算法对接收端接收到的混合信号进行分离；
S4、解调分离信号后进行并串处理。
2.根据权利要求1所述的基于载波分配与ICA算法的MIMO可见光通信方法，其特征在于，步骤S1中并行化的各组数据插入相同前缀用于步骤S3中分离信号的相位标识。
3.根据权利要求1所述的基于载波分配与ICA算法的MIMO可见光通信方法，其特征在于，步骤S2中各路载波频率满足：fn＝f1+(n-1)·Δf，Δf＝n·f1，n＝1，2…，其中f1是第一路载波的频率；同时，各调制端载波频率不同且固定不变，因此不用花费额外的字节来区分各路调制信号，提高了MIMO可见光通信系统的通信效率；此外，按上式进行载波分配的各路调制信号相互独立。
4.根据权利要求1所述的基于载波分配与ICA算法的MIMO可见光通信方法，其特征在于，步骤S3采用ICA算法分离接收到的混合信号，无须信道信息。
5.根据权利要求1所述的基于载波分配与ICA算法的MIMO可见光通信方法，其特征在于，步骤S4根据各分离信号频率不同来区分各路信号。
6.根据权利要求1所述的基于载波分配与ICA算法的MIMO可见光通信方法，其特征在于，经步骤S1、S2处理得到的调制信号满足独立性原则，从而能够在步骤S3中把ICA算法应用于MIMO可见光通信的混合信号分离，避免了信道估计过程。
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