CN105187112A - 基于可见光通信的信号接收方法、装置及可见光通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于可见光通信的信号接收方法、装置及可见光通信系统，所述方法的具体实施步骤包括：接收多个初始信号；根据每个初始信号中的目标预设序列，计算每条支路的信噪比；将所计算得到的每条支路的信噪比与预设阈值进行比较，将大于所述预设阈值的信噪比对应的支路确定为有效支路；根据每条有效支路的信噪比，对各有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列进行合并处理，得到所述源伪随机序列所对应的接收端待利用信号。本实施例通过计算每条支路的信噪比，并根据各支路的信噪比区分有效支路和无效支路，然后只利用有效支路的目标伪随机序列计算接收端待利用信号，保证了接收端待利用信号的质量。

Description

基于可见光通信的信号接收方法、装置及可见光通信系统

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，特别是涉及一种基于可见光通信的信号接收方法、装置及可见光通信系统。

背景技术

可见光通信技术是指利用可见光波段的光作为信息载体，不使用光纤等有线信道的传输介质，而使用空气作为介质来传输光信号的通信方式。LED灯作为室内照明设备，具有使用寿命长、调制性能好、相应灵敏度高、发射功率大等优点。作为可见光通信系统的光源，LED灯的迅速普及大大推动了可见光通信技术的发展。

由于越来越多移动数字终端的使用，尤其是用户对视频服务需求的不断增长，使得无线频谱资源日趋紧张，而可见光通信的引入是对通信频谱的一次巨大扩展。其中，可见光具有380-780nm的巨大带宽(相当于405THz)，可以缓解无线频谱资源即将耗尽的燃眉之急。同时，可见光通信技术利用LED灯可以高速调制的特性，在实现照明和上网通信，还可以实现对家用电器以及安全防范设备等终端的智能控制。此外，由于可见光通信无电磁污染，因此可以作为现有无线通信的有效补充，具有广阔的应用场景，例如：可以应用于机关、医院、工业控制等射频敏感领域，也可以用于智能家居、智能交通等领域。

衰落效应是影响可见光通信质量的主要因素之一，其中，因多径干涉而产生的快衰落，衰落深度可达30～40dB。现有技术中，空间分集接收合并技术是短波通信中一种常用的用于降低快衰落影响的技术，即在若干个支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号，通过合并技术再将各个支路信号合并输出，从而在接收端大大降低了快衰落的影响，改善了传输的可靠性。具体的，常用的空间分集接收合并方法包括：最大比合并，等增益合并，选择式合并等。

然而，在可见光通信系统中，上述几种常用的空间分集合并方式效果并不理想，尤其是在可见光系统处于移动状态时。因此，如何降低可见光通信中的快衰落影响，进而提高接收端待利用信号的质量是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于可见光通信的信号接收方法、装置及可见光通信系统，使得可见光通信系统即使在移动状态下，接收端也可以获得较好的接收效果。具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种基于可见光通信的信号接收方法，应用于接收端，所述方法包括：

接收多个初始信号，其中，所述多个初始信号是发送端产生的源可见光信号经过信道传输后，由不同支路接收所形成的，所述源可见光信号至少包括：源预设序列和承载数据的源伪随机序列，每个初始信号均至少包括：目标预设序列和承载数据的目标伪随机序列，所述目标预设序列与所述源预设序列对应，所述目标伪随机序列与所述源伪随机序列对应；

根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比；

将所计算得到的每条支路的信噪比与预设阈值进行比较，将大于所述预设阈值的信噪比对应的支路确定为有效支路；

根据每条有效支路的信噪比，对各有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列进行合并处理，得到所述源伪随机序列所对应的接收端待利用信号。

进一步地，所述目标预设序列包括：第一序列和第二序列，所述第一序列对应所述源预设序列的数字信号1部分，所述第二序列对应所述源预设序列的数字信号0部分；

所述根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比包括：

根据各支路接收到的初始信号中的第一序列，计算相应各支路的信号与噪声的功率之和的平均值；

根据各支路接收到的初始信号中的第二序列，计算相应各支路的噪声功率；

根据所述各支路的信号与噪声的功率之和的平均值，以及相应各支路的噪声功率，计算各支路的信噪比。

进一步地，所述根据各支路接收到的初始信号中的第一序列，计算相应各支路的信号与噪声的功率之和的平均值包括：

各支路接收到的初始信号中第一序列的每一比特信号均为相应支路的信号与噪声的幅度之和，根据各初始信号中第一序列的长度和相应各支路的信号与噪声的幅度之和，计算各支路的信号与噪声的幅度之和的平均值；

根据所述各支路的信号与噪声的幅度之和的平均值，利用以下公式计算每条支路的信号与噪声的功率之和的平均值：

$S_r=M_r*\frac{1}{R_v\left(\mathrm{\λ}\right)}$

其中，所述S_r为任一支路r的信号与噪声的功率之和的平均值，所述M_r为该所述支路r的信号与噪声的幅度之和的平均值，所述R_v(λ)为电压光谱响应率，对于确定的波长λ，所述R_v(λ)为常数。

进一步地，所述根据各支路接收到的初始信号中的第二序列，计算相应各支路的噪声功率包括：

各支路接收到的初始信号中第二序列的每一比特信号均为相应支路的噪声的幅度，利用以下公式计算每条支路的噪声功率：

$D_r=\frac{{(x_{r1}-T_r)}^2+{(x_{r2}-T_r)}^2+{(x_{r3}-T_r)}^2+...+{(x_{rn}-T_r)}^2}{n}$

其中，所述D_r为任一支路r的噪声功率，所述n为该所述支路r传输的信号中第二序列的长度，所述x_r1,x_r2,x_r3...,x_rn为该所述支路r传输的信号中第二序列的每一比特信号幅值；所述T_r为该所述支路r的第二序列的每一比特信号幅值的平均值；

利用以下公式计算各支路的信噪比：

${\mathrm{SNR}}_r=\frac{S_r-D_r}{D_r}$

其中，所述SNR_r为任一支路r的信噪比，所述S_r为该所述支路r的信号与噪声的功率之和的平均值，所述D_r为该所述支路r的噪声功率。

进一步地，所述根据每条有效支路的信噪比，对各有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列进行合并处理，得到所述源伪随机序列所对应的接收端待利用信号包括：

根据所计算得到的各条有效支路的信噪比，计算各条有效支路的信噪比比值；

将各条有效支路的信噪比比值确定为相应各有效支路的权值；

将每条有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列乘以对应各有效支路的权值后相加，得到所述源伪随机序列所对应的接收端待利用信号。

进一步地，在所述根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比之前，还包括：

对所述每个初始信号均进行滑动均值滤波处理，以滤除所述每个初始信号中的高频噪声。

第二方面，本发明提供了一种基于可见光通信的信号接收装置，应用于接收端，所述装置包括：

接收模块，用于接收多个初始信号，其中，所述多个初始信号是发送端产生的源可见光信号经过信道传输后，由不同支路接收所形成的，所述源可见光信号至少包括：源预设序列和承载数据的源伪随机序列，每个初始信号均至少包括：目标预设序列和承载数据的目标伪随机序列，所述目标预设序列与所述源预设序列对应，所述目标伪随机序列与所述源伪随机序列对应；

计算模块，用于根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比；

选择模块，用于将所计算得到的每条支路的信噪比与预设阈值进行比较，将大于所述预设阈值的信噪比对应的支路确定为有效支路；

执行模块，用于根据每条有效支路的信噪比，对各有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列进行合并处理，得到所述源伪随机序列所对应的接收端待利用信号。

进一步地，所述目标预设序列包括：第一序列和第二序列，所述第一序列对应所述源预设序列的数字信号1部分，所述第二序列对应所述源预设序列的数字信号0部分；

所述计算模块具体用于：

根据各支路接收到的初始信号中的第一序列，计算相应各支路的信号与噪声的功率之和的平均值；

根据各支路接收到的初始信号中的第二序列，计算相应各支路的噪声功率；

根据所述各支路的信号与噪声的功率之和的平均值，以及相应各支路的噪声功率，计算各支路的信噪比。

进一步地，所述装置还包括：

均值滤波处理模块，用于对所述每个初始信号均进行滑动均值滤波处理，以滤除所述每个初始信号中的高频噪声。

第三方面，本发明提供了一种可见光通信系统，所述系统包括：发送端和接收端；

所述发送端用于生成源伪随机序列，将生成的源伪随机序列与源预设序列合并生成源可见光信号；发送所述源可见光信号；

所述接收端用于接收多个初始信号，其中，所述多个初始信号是发送端产生的源可见光信号经过信道传输后，由不同支路接收所形成的，所述源可见光信号至少包括：源预设序列和承载数据的源伪随机序列，每个初始信号均至少包括：目标预设序列和承载数据的目标伪随机序列，所述目标预设序列与所述源预设序列对应，所述目标伪随机序列与所述源伪随机序列对应；根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比；将所计算得到的每条支路的信噪比与预设阈值进行比较，将大于所述预设阈值的信噪比对应的支路确定为有效支路；根据每条有效支路的信噪比，对各有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列进行合并处理，得到所述源伪随机序列所对应的接收端待利用信号。

本发明实施例提供的基于可见光通信的信号接收方法、装置及可见光通信系统，可以通过在发送端发送的每一帧数据中均加入预设序列，接收端在收到经各条支路传输的信号后，可以根据信号中的预设序列计算得到各条支路的实时信噪比，提高了各支路信噪比的精确度。并且，可以根据各支路的信噪比区分有效支路和无效支路，然后只利用有效支路的目标伪随机序列计算接收端待利用信号，保证了接收端待利用信号的质量。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明提供的基于可见光通信的信号接收方法的一个实施例的流程图；

图2示出了根据本发明提供的基于可见光通信的信号接收方法的另一个实施例的流程图；

图3示出了本发明提供的信号接收方法与其它合并算法在可见光通信系统移动的情况下的误码率比较结果示意图；

图4示出了根据本发明提供的基于可见光通信的信号接收装置的一个实施例的结构示意图；

图5示出了根据本发明提供的可见光通信系统的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在可见光通信系统中，发送端发送的光信号可以通过空气进行传输，接收端对光信号进行接收，实现信号的传输。衰落效应是影响可见光通信质量的主要因素之一，尤其是因多径干涉而产生的快衰落。为了降低快衰落对可见光通信质量的影响，可以通过多个支路对同一信号进行传输，接收端在收到多个支路传输的信号后，将多个信号合并输出，从而可以降低快衰落的影响。

接收端在获得合并后的信号时，需要计算各支路的信噪比。然而，现有的计算信噪比的方法不能方便、精确地计算各支路的信噪比。并且，在可见光通信中，不同支路的信噪比可能各不相同，尤其是当可见光通信系统处于移动状态时，不同支路的信噪比会有较大差异，这种情况下，现有的利用所有支路来计算接收端信号的方法，信号质量差的支路会对接收端信号质量有较大的影响，导致接收端信号质量较差。

本发明实施例提供的信号接收方法可以应用于可见光通信系统中。在发送端发送信号时，可以在每一帧数据中均加入预设序列，再通过多条支路将信号进行传输，接收端收到经各支路接收的信号后，可以利用各信号中的预设序列来计算相应各支路的信噪比。并且，接收端可以根据各支路的信噪比区分有效支路和无效支路，然后只利用有效支路的目标伪随机序列计算接收端待利用信号，保证了接收端待利用信号的质量。

为了精确地计算各支路的信噪比，接收端需要获得只包含噪声的信息，以及信号和噪声的综合信息。因此，预设序列可以设置为包含两部分，一部分为数字信号1，另一部分为数字信号0。发射端发送数字信号1时，发光器件发出光信号，光信号在传播的过程中与信道中的噪声发生叠加，于是接收端的光接收器件得到的是信号与噪声幅度之和；而发送数字信号0时，发光器件不发送光信号，所以接收端的光接收器件得到的是噪声的幅度。

可以理解，由于预设序列是用来计算各信道传输信号的信噪比的，是一个统计结果，因此，预设序列的长度越大，计算得到的各信道传输信号的信噪比越准确。但是，预设序列的长度过大会影响可见光通信系统的传输效率。因此，一般情况下，预设序列的长度可以设置为小于伪随机序列的长度。具体地，预设序列的长度可以设定为与伪随机序列的长度相关。例如，预设序列的长度与伪随机序列的长度的比值可以设定在一定范围内(如0.01-0.1)。

可选地或附加地，预设序列中分别对应数字信号1和0的两部分的长度可以相同，也可以不同。一般情况下，可以设置预设序列中分别对应数字信号1和0的两部分具有相同的长度。

通过在发送端发送的信号中添加预设序列，本发明实施例提供的信号接收方法可以准确地计算各支路的实时信噪比，并且，通过各支路的信噪比区分有效支路和无效支路，然后只利用有效支路的目标伪随机序列计算接收端待利用信号，保证了接收端待利用信号的质量。

请参考图1，其示出了根据本发明提供的基于可见光通信的信号接收方法的一个实施例的流程图。

如图1所示，本实施例提供的基于可见光通信的信号接收方法，应用于接收端，可以包括以下步骤：

步骤101，接收多个初始信号。

在本实施例中，接收端可以首先接收多个初始信号。上述多个初始信号可以是发送端产生的源可见光信号经过信道传输，不同支路接收后所形成的。源可见光信号至少包括：源预设序列和承载数据的源伪随机序列。每个初始信号均至少包括：目标预设序列和承载数据的目标伪随机序列。目标预设序列与源预设序列对应，目标伪随机序列与源伪随机序列对应，即目标预设序列是源预设序列经过信道传输并由不同支路接收后所形成的，目标伪随机序列是源伪随机序列经过信道传输并由不同支路接收后所形成的。

在可见光通信系统中，为了降低快衰落对可见光通信质量的影响，可以通过多个支路对同一源可见光信号进行接收。上述多个支路可以是相互独立的支路。采用多个相互独立的支路接收同一源可见光信号时，接收端收到的多个初始信号也会有较小的相关性，这样接收端能够比较正确的恢复出源可见光信号。

在本实施例中，发送端可以通过LED发光器件发出源可见光信号。上述源可见光信号可以包括：帧头、源预设序列和承载数据的源伪随机序列。接收端在收到初始信号时，可以利用帧头来判断该初始信号应该接收或丢弃。

可以理解，接收端收到各初始信号后，可以首先对各初始信号进行滤光处理，滤除接收到的各初始信号中除蓝色以外的其它光成分，进而增加可见光通信系统的3dB带宽。还可以进一步通过光电转换、模拟信号/数字信号转换，将初始信号转换为数字信号，以对初始信号进行帧头检测、信号合并等处理。

步骤102，根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比。

在本实施例中，可以根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比。上述目标预设序列包括：第一序列和第二序列，第一序列对应源预设序列的数字信号1部分，第二序列对应源预设序列的数字信号0部分。

在本实施例的一个可选实现方式中，可以按以下步骤根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比：根据各支路接收到的初始信号中的第一序列，计算相应各支路的信号与噪声的功率之和的平均值；根据各支路接收到的初始信号中的第二序列，计算相应各支路的噪声功率；根据各支路的信号与噪声的功率之和的平均值，以及相应各支路的噪声功率，计算各支路的信噪比。

具体地，各支路接收到的初始信号中第一序列的每一比特信号均为相应支路的信号与噪声的幅度之和，根据各初始信号中第一序列的长度和相应各支路的信号与噪声的幅度之和，计算各支路的信号与噪声的幅度之和的平均值；根据各支路的信号与噪声的幅度之和的平均值，计算相应各支路的信号与噪声的功率之和的平均值；各支路接收到的初始信号中第二序列的每一比特信号均为相应支路的噪声的幅度，根据各初始信号中第二序列计算相应各支路的噪声功率；根据各支路的信号与噪声的功率之和的平均值，以及相应各支路的噪声功率，计算各支路的信噪比。

例如，发送端发送的源预设序列可以为1000bit(比特)，前500bit均为数字信号1，后500bit为数字信号0。则接收端接收到的任一目标预设序列中前500bit为信号与噪声的幅度之和，后500bit为该支路的噪声幅度。对目标预设序列中前500bit数据进行求平均，得到该支路的信号与噪声的幅度之和的平均值。

可见光通信中，接收端常用的光电转换器件有光电二极管(PIN)与光电倍增管(PMT)，在一定的光强范围内，这些器件接收到光信号的幅度与光功率成正比，即：

$R_V\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{V\left(\mathrm{\λ}\right)}{P\left(\mathrm{\λ}\right)}$

其中R_v(λ)为电压光谱响应率，对于特定波长，发光器件的电压光谱响应率是一个定值，V(λ)为接收到光信号的电压，P(λ)为接收到光信号的光功率，故在一定光强单位内，光电转换器件接收到光信号的幅度与光功率成正比，而正常照明与实验均在此光强范围内。

所以，在获得各支路的信号与噪声的幅度之和的平均值后，可以利用以下公式计算任一支路r的信号与噪声的功率之和的平均值：

$S_r=M_r*\frac{1}{R_v\left(\mathrm{\λ}\right)}$

其中，S_r为任一条支路r的信号与噪声的功率之和的平均值，M_r为该支路r的信号与噪声的幅度之和的平均值，R_v(λ)为电压光谱响应率，对于确定的波长λ，R_v(λ)为常数。

对于后500bit的该支路r的噪声幅度，由于可见光通信用于室内通信，室内光噪声幅度服从正态分布，所以噪声幅值的方差即为噪声功率。因此，可以对接收到目标预设序列的后500bit进行计算，得到幅度方差D_r，也就是噪声功率。

首先可以计算后500bit的平均值T_r：

$T_r=\frac{x_{r1}+x_{r2}+...+x_{r500}}{500}$

然后根据该噪声的幅度的平均值T_r，计算该支路r的噪声功率：

$D_r=\frac{{(x_{r1}-T_r)}^2+{(x_{r2}-T_r)}^2+{(x_{r3}-T_r)}^2+\mathrm{...}+{(x_{r500}-T_r)}^2}{500}$

得到支路r的信号与噪声的功率之和的平均值S_r，以及该支路r的噪声功率D_r后，可以以下公式计算该支路r的信噪比：

${\mathrm{SNR}}_r=\frac{S_r-D_r}{D_r}$

其他支路使用相同的方法，依次得到所有支路的信噪比为SNR₁、SNR₂、SNR₃……SNR_n。

步骤103，将所计算得到的每条支路的信噪比与预设阈值进行比较，将大于预设阈值的信噪比对应的支路确定为有效支路。

在可见光通信中，不同支路的信噪比可能各不相同，尤其是当可见光通信系统处于移动状态时，不同支路的信噪比会有较大差异。因此，在本实施例中，可以基于各支路的信噪比，将所有的支路进行区分，分别划分为有效支路和无效支路。具体地，可以将所计算得到的每条支路的信噪比与预设阈值进行比较，将大于预设阈值的信噪比对应的支路确定为有效支路，将小于或等于预设阈值的信噪比对应的支路确定为无效支路。

可以理解，当某支路的信噪比较大时，可以表明通过该支路接收的信号质量较好，与源信号更接近；而当某支路的信噪比较小时，可以表明通过该支路接收的信号质量较差，与源信号差别较大。因此，可以将信噪比较大的支路确定为有效支路，即对接收端进行信号合并时有作用的支路。将信噪比较小的支路确定为无效支路，在接收端进行信号合并时，舍弃这部分支路传输的信号。

可见光通信通常用于室内通信，室内场景不同，信号传输结果会有较大差距。因此，上述预设阈值的设定也与室内场景相关。例如，可以根据特定的场景设定预设阈值，以使得可见光通信系统在室内移动的过程中系统误码率达到最低。

步骤104，根据每条有效支路的信噪比，对各有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列进行合并处理，得到源伪随机序列所对应的接收端待利用信号。

确定各支路是有效支路或无效支路后，接收端可以利用有效支路来获得待利用信号。具体地，可以对各有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列进行合并处理，得到源伪随机序列所对应的接收端待利用信号。

在本实施例的一个可选实现方式中，接收端可以根据所计算得到的各条有效支路的信噪比，计算各条有效支路的信噪比比值，之后将各条有效支路的信噪比比值确定为相应各有效支路的权值，然后将每条有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列乘以对应各有效支路的权值后相加，得到源伪随机序列所对应的接收端待利用信号。

例如，当接收端确定有效支路和每条有效支路对应的权值后，可以利用以下公式计算待利用信号：

x＝x₁×a₁+x₂×a₂+x₃×a₃+…+x_s×a_s

a₁+a₂+a₃+…+a_s＝1

其中，x为待利用信号幅值，x₁，x₂，…，x_s为不同有效支路接收到同一信号的不同幅值，a₁：a₂，a₃…a_s为各条有效支路的权值。

本实施例提供的基于可见光通信的信号接收方法，可以通过在发送端发送的每一帧数据中均加入预设序列，接收端在收到经各条支路传输的信号后，可以根据信号中的预设序列计算得到各条支路的实时信噪比，提高了各支路信噪比的精确度。并且，可以根据各支路的信噪比区分有效支路和无效支路，然后只利用有效支路的目标伪随机序列计算接收端待利用信号，保证了接收端待利用信号的质量。

请参考图2，其示出了根据本发明提供的基于可见光通信的信号接收方法的另一个实施例的流程图。

如图2所示，本实施例提供的基于可见光通信的信号接收方法，应用于接收端，可以包括以下步骤：

步骤201，接收多个初始信号。

本实施例中的步骤201与前述图1所对应实施例中的步骤101基本相同，在此不再赘述。

步骤202，对每个初始信号均进行滑动均值滤波处理，以滤除每个初始信号中的高频噪声。

在本实施例中，接收端接收到多个初始信号后，可以首先对每个初始信号均进行滑动均值滤波处理。具体地，可以通过存储各初始信号采集的结果，计算各采样点的平均值，然后利用数字信号处理的手段对各初始信号进行处理，以滤除每个初始信号中的高频噪声。

步骤203，根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比。

步骤204，将所计算得到的每条支路的信噪比与预设阈值进行比较，将大于预设阈值的信噪比对应的支路确定为有效支路。

步骤205，根据每条有效支路的信噪比，对各有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列进行合并处理，得到源伪随机序列所对应的接收端待利用信号。

本实施例中的步骤203-205与前述图1所对应实施例中的步骤102-104基本相同，在此不再赘述。

本实施例提供的基于可见光通信的信号接收方法，接收端在接收到多个初始信号后，可以首先对各初始信号进行滑动均值滤波处理，从而滤除每个初始信号中的高频噪声，能够进一步提高接收到的信号的准确性。

请参考图3，其示出了本发明提供的信号接收方法与其它合并算法在可见光通信系统移动的情况下的误码率比较结果示意图。

可以将本发明提供的合并方式称为选择式最大比合并，如图3所示，本示意图中选择的其它合并方式包括最大比合并，等增益合并，以及单发单收。以10米为初始距离，发送端和接收端相距10米时，发送端固定，接收端以1m/s的速率向发送端移动，通过多次测试得到一个移动过程中的平均误码率，最终结果如图3所示。

在可见光通信系统中，可以利用误码率来检测接收端合并得到的待利用信号的准确性。例如，发送端产生承载数据的源伪随机序列时，接收端可以同步产生相同的源伪随机序列，然后将源伪随机序列与接收端收到的待利用信号进行比较，得到误码个数，继而得到误码率。

由图3可知，相比于最大比合并、等增益合并和单发单收，本发明提供的选择式最大比合并的误码率分别降低了32％，46％和72％。

请参考图4，其示出了根据本申请提供的基于可见光通信的信号接收装置的一个实施例的结构示意图。

如图4所示，本实施例提供的基于可见光通信的信号接收装置可以包括：接收模块410、计算模块420、选择模块430以及执行模块440。

接收模块410用于接收多个初始信号，其中，多个初始信号是发送端产生的源可见光信号经过信道传输后，由不同支路接收所形成的，源可见光信号至少包括：源预设序列和承载数据的源伪随机序列，每个初始信号均至少包括：目标预设序列和承载数据的目标伪随机序列，目标预设序列是源预设序列经过信道传输并由不同支路接收后所形成的，目标伪随机序列是源伪随机序列经过信道传输并由不同支路接收后所形成的；

计算模块420用于根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比；

选择模块430用于将所计算得到的每条支路的信噪比与预设阈值进行比较，将大于所述预设阈值的信噪比对应的支路确定为有效支路；

执行模块440用于根据每条有效支路的信噪比，对各有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列进行合并处理，得到所述源伪随机序列所对应的接收端待利用信号。

在本实施例的一个可选实现方式中，目标预设序列包括：第一序列和第二序列，第一序列对应源预设序列的数字信号1部分，第二序列对应源预设序列的数字信号0部分；

计算模块420具体用于：

根据各支路接收到的初始信号中的第一序列，计算相应各支路的信号与噪声的功率之和的平均值；

根据各支路接收到的初始信号中的第二序列，计算相应各支路的噪声功率；

根据各支路的信号与噪声的功率之和的平均值，以及相应各支路的噪声功率，计算各支路的信噪比。

在本实施例的另一个可选实现方式中，本实施例提供的基于可见光通信的信号接收装置还包括：

均值滤波处理模块，用于对每个初始信号均进行滑动均值滤波处理，以滤除每个初始信号中的高频噪声。

本实施例提供的基于可见光通信的信号接收装置，可以通过在发送端发送的每一帧数据中均加入预设序列，接收端在收到经各条支路传输的信号后，可以根据信号中的预设序列计算得到各条支路的实时信噪比，提高了各支路信噪比的精确度。并且，可以根据各支路的信噪比区分有效支路和无效支路，然后只利用有效支路的目标伪随机序列计算接收端待利用信号，保证了接收端待利用信号的质量。

请参考图5，其示出了根据本发明提供的可见光通信系统的一个实施例的结构示意图。

如图5所示，本实施例提供的可见光通信系统可以包括：发送端510和接收端520。

发送端510用于生成源伪随机序列，将生成的源伪随机序列与源预设序列合并生成源可见光信号；发送源可见光信号；

接收端520用于接收多个初始信号，其中，多个初始信号是发送端产生的源可见光信号经过信道传输后，由不同支路接收所形成的，源可见光信号至少包括：源预设序列和承载数据的源伪随机序列，每个初始信号均至少包括：目标预设序列和承载数据的目标伪随机序列，目标预设序列与源预设序列对应，目标伪随机序列与源伪随机序列对应；根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比；将所计算得到的每条支路的信噪比与预设阈值进行比较，将大于所述预设阈值的信噪比对应的支路确定为有效支路；根据每条有效支路的信噪比，对各有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列进行合并处理，得到所述源伪随机序列所对应的接收端待利用信号。

本实施例提供的可见光通信系统，可以通过在发送端发送的每一帧数据中均加入预设序列，接收端在收到经各条支路传输的信号后，可以根据信号中的预设序列计算得到各条支路的实时信噪比，提高了各支路信噪比的精确度。并且，可以根据各支路的信噪比区分有效支路和无效支路，然后只利用有效支路的目标伪随机序列计算接收端待利用信号，保证了接收端待利用信号的质量。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于可见光通信的信号接收方法，其特征在于，应用于接收端，所述方法包括：

接收多个初始信号，其中，所述多个初始信号是发送端产生的源可见光信号经过信道传输后，由不同支路接收所形成的，所述源可见光信号至少包括：源预设序列和承载数据的源伪随机序列，每个初始信号均至少包括：目标预设序列和承载数据的目标伪随机序列，所述目标预设序列与所述源预设序列对应，所述目标伪随机序列与所述源伪随机序列对应；

根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比；

将所计算得到的每条支路的信噪比与预设阈值进行比较，将大于所述预设阈值的信噪比对应的支路确定为有效支路；

根据每条有效支路的信噪比，对各有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列进行合并处理，得到所述源伪随机序列所对应的接收端待利用信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标预设序列包括：第一序列和第二序列，所述第一序列对应所述源预设序列的数字信号1部分，所述第二序列对应所述源预设序列的数字信号0部分；

所述根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比包括：

根据各支路接收到的初始信号中的第一序列，计算相应各支路的信号与噪声的功率之和的平均值；

根据各支路接收到的初始信号中的第二序列，计算相应各支路的噪声功率；

根据所述各支路的信号与噪声的功率之和的平均值，以及相应各支路的噪声功率，计算各支路的信噪比。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据各支路接收到的初始信号中的第一序列，计算相应各支路的信号与噪声的功率之和的平均值包括：

各支路接收到的初始信号中第一序列的每一比特信号均为相应支路的信号与噪声的幅度之和，根据各初始信号中第一序列的长度和相应各支路的信号与噪声的幅度之和，计算各支路的信号与噪声的幅度之和的平均值；

根据所述各支路的信号与噪声的幅度之和的平均值，利用以下公式计算每条支路的信号与噪声的功率之和的平均值：

$S_r=M_r*\frac{1}{R_v\left(\mathrm{\λ}\right)}$

其中，所述S_r为任一支路r的信号与噪声的功率之和的平均值，所述M_r为该所述支路r的信号与噪声的幅度之和的平均值，所述R_v(λ)为电压光谱响应率，对于确定的波长λ，所述R_v(λ)为常数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据各支路接收到的初始信号中的第二序列，计算相应各支路的噪声功率包括：

各支路接收到的初始信号中第二序列的每一比特信号均为相应支路的噪声的幅度，利用以下公式计算每条支路的噪声功率：

$D_r=\frac{{(x_{r1}-T_r)}^2+{(x_{r2}-T_r)}^2+{(x_{r3}-T_r)}^2+...+{(x_{rn}-T_r)}^2}{n}$

其中，所述D_r为任一支路r的噪声功率，所述n为该所述支路r传输的信号中第二序列的长度，所述x_r1,x_r2,x_r3...,x_rn为该所述支路r传输的信号中第二序列的每一比特信号幅值；所述T_r为该所述支路r的第二序列的每一比特信号幅值的平均值；

利用以下公式计算各支路的信噪比：

${\mathrm{SNR}}_r=\frac{S_r-D_r}{D_r}$

其中，所述SNR_r为任一支路r的信噪比，所述S_r为该所述支路r的信号与噪声的功率之和的平均值，所述D_r为该所述支路r的噪声功率。

5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述根据每条有效支路的信噪比，对各有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列进行合并处理，得到所述源伪随机序列所对应的接收端待利用信号包括：

根据所计算得到的各条有效支路的信噪比，计算各条有效支路的信噪比比值；

将各条有效支路的信噪比比值确定为相应各有效支路的权值；

将每条有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列乘以对应各有效支路的权值后相加，得到所述源伪随机序列所对应的接收端待利用信号。

6.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，在所述根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比之前，还包括：

对所述每个初始信号均进行滑动均值滤波处理，以滤除所述每个初始信号中的高频噪声。

7.一种基于可见光通信的信号接收装置，其特征在于，应用于接收端，所述装置包括：

接收模块，用于接收多个初始信号，其中，所述多个初始信号是发送端产生的源可见光信号经过信道传输后，由不同支路接收所形成的，所述源可见光信号至少包括：源预设序列和承载数据的源伪随机序列，每个初始信号均至少包括：目标预设序列和承载数据的目标伪随机序列，所述目标预设序列与所述源预设序列对应，所述目标伪随机序列与所述源伪随机序列对应；

计算模块，用于根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比；

选择模块，用于将所计算得到的每条支路的信噪比与预设阈值进行比较，将大于所述预设阈值的信噪比对应的支路确定为有效支路；

执行模块，用于根据每条有效支路的信噪比，对各有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列进行合并处理，得到所述源伪随机序列所对应的接收端待利用信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述目标预设序列包括：第一序列和第二序列，所述第一序列对应所述源预设序列的数字信号1部分，所述第二序列对应所述源预设序列的数字信号0部分；

所述计算模块具体用于：

根据各支路接收到的初始信号中的第一序列，计算相应各支路的信号与噪声的功率之和的平均值；

根据各支路接收到的初始信号中的第二序列，计算相应各支路的噪声功率；

根据所述各支路的信号与噪声的功率之和的平均值，以及相应各支路的噪声功率，计算各支路的信噪比。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，还包括：

均值滤波处理模块，用于对所述每个初始信号均进行滑动均值滤波处理，以滤除所述每个初始信号中的高频噪声。

10.一种可见光通信系统，其特征在于，所述系统包括：发送端和接收端；

所述发送端用于生成源伪随机序列，将生成的源伪随机序列与源预设序列合并生成源可见光信号；发送所述源可见光信号；

所述接收端用于接收多个初始信号，其中，所述多个初始信号是发送端产生的源可见光信号经过信道传输后，由不同支路接收所形成的，所述源可见光信号至少包括：源预设序列和承载数据的源伪随机序列，每个初始信号均至少包括：目标预设序列和承载数据的目标伪随机序列，所述目标预设序列与所述源预设序列对应，所述目标伪随机序列与所述源伪随机序列对应；根据每个初始信号中的目标预设序列，计算相应的每条支路的信噪比；将所计算得到的每条支路的信噪比与预设阈值进行比较，将大于所述预设阈值的信噪比对应的支路确定为有效支路；根据每条有效支路的信噪比，对各有效支路接收到的初始信号中的目标伪随机序列进行合并处理，得到所述源伪随机序列所对应的接收端待利用信号。