CN106130629A - 可见光通信自适应空域调制方法和相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可见光通信自适应空域调制方法和相关装置，基于子信道间干扰进行设计，通过设置系统干扰容限ε，在ε的约束下，确定与每一个LED相对应的需排除的LED集合，对任一LED，如第i号LED，全部LED刨除与第i号LED相对应的需排除的LED集合，便得到第i号LED的预选集合，然后计算第i号LED与从第i号LED的预选集合中任意选取k‑1个LED组成的每一种备用组合，统计所有备用组合，若将所有备用组合的总数目记为T，那么从所有备用组合中选取一种作为待工作LED组合，然后将待发送信息中log₂T比特的信息调制在待工作LED组合上。本发明提供的技术方案，能够一定程度上降低VLC‑MIMO子信道间的干扰。

Description

可见光通信自适应空域调制方法和相关装置

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，尤其涉及一种可见光通信自适应空域调制方法、装置和VLC-MIMO系统。

背景技术

高速传输一直是VLC(Visible Light Communication，可见光通信)领域备受关注的研究课题。而VLC-MIMO(VLC Multi-input multi-output，多输入多输出的可见光通信)是目前主要的研究趋势之一。

从工程化的角度总体来看，现有VLC-MIMO收发两端的LED(Light-emittingdiode，发光二极管)阵元数目较小，并且现有VLC-MIMO收发阵列的LED阵元间距较大，为了使VLC-MIMO更适宜工程化应用，需要增加LED阵元数目，降低LED阵元间距。具体的，如图1所示，VLC照明和通信的兼顾，使得LED的发光角较大，同时若阵列大规模、微间距，就使得VLC-MIMO子信道间的干扰很强，从而，信道矩阵H相关性很大，甚至缺秩。

目前，应用到VLC-MIMO的技术主要是RC(Repetition Coding，重复码)技术、SM(Spatial Modulation，空间调制)或者OGSM(Optical Generalized Spatial Modulation，广义空间调制)。但是，RC技术，所有发送端LED阵元发送相同的信息；SM在任意时刻，发送端只有一个LED阵元发送信息，也就是说，RC技术和SM对ICI(Inter-channel interference，子信道间干扰)采取的是避而不谈的方式，这样虽然没有了ICI，但是浪费了空间资源；OGSM，虽然在任意时刻，有若干LED工作，但是每次LED阵元的选取是随机的，这样就会导致选出的部分LED相互之间的ICI仍然较大。

因此，如何降低VLC-MIMO子信道间的干扰成为亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可见光通信自适应空域调制方法、装置和VLC-MIMO系统，能够一定程度上降低VLC-MIMO子信道间的干扰，从而能够相对可靠地应用于大规模、微间距的VLC-MIMO系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可见光通信自适应空域调制方法，应用于多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统，所述多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统包括发送端和接收端，所述发送端包括LED阵列，所述方法包括：

获取第一预设参数N、第二预设参数k和第三预设参数ε，所述第一预设参数N表示所述发送端的LED数目，所述第二预设参数k表示所述发送端同一时刻处于工作状态的LED数目，所述第三预设参数ε表示系统干扰容限；

对所述LED阵列中预先顺序编号的各LED，按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的第一集合B_i和第二集合C_i，所述第一集合B_i表示被第i号LED干扰超过所述系统干扰容限的LED的集合，所述第二集合C_i表示干扰第i号LED超过所述系统干扰容限的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号LED对第y号LED的干扰强度，h_xy表示多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统的信道矩阵中第x行第y列的信道系数；

按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的LED预选集合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预选集合S_i中的LED个数小于k-1个，将与所述LED预选集合S_i对应的备用组合的集合L_i记为空集，否则，计算第i号LED与从所述LED预选集合S_i中随机选择k-1个LED组成的每一种所述备用组合，得到所述备用组合的集合L_i；

统计所有所述备用组合的集合L_i中的所述备用组合，得到所述备用组合的总集合，以所述备用组合的总集合作为设定备用组合集合，每一个所述备用组合中包括k个LED；

将所述设定备用组合集合中所述备用组合的总数目记为T，从所述设定备用组合集合中选取一种所述备用组合作为待工作LED组合，将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上。

优选的，所述将所述设定备用组合集合中所述备用组合的总数目记为T，从所述设定备用组合集合中选取一种所述备用组合作为待工作LED组合，将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上之前，还包括：

计算T-P的差值，其中，

P＝2^p

若所述差值等于0，维持所述设定备用组合集合及所述T的取值不变，否则计算所述设定备用组合集合中每一个所述备用组合内的最大子信道干扰强度其中，

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

其中，G_i表示包括k个LED的所述备用组合，LED_x表示标号为x的LED，LED_y表示标号为y的LED；

将所述设定备用组合集合中所有所述备用组合按照各自对应的所述最大子信道干扰强度从大到小进行排序，剔除前T-P个所述最大子信道干扰强度各自对应的所述备用组合，得到修正备用组合集合，将所述设定备用组合集合更新为所述修正备用组合集合。

优选的，还包括：

将所述待发送信息中除所述log₂T比特的信息以外的信息调制在所述待工作LED组合的k路LED上。

优选的，所述待工作LED组合的k路LED都采用振幅调制PAM或者正交频分复用技术OFDM调制。

一种可见光通信自适应空域调制装置，应用于多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统，所述多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统包括发送端和接收端，所述发送端包括LED阵列，所述装置包括：

获取模块，用于获取第一预设参数N、第二预设参数k和第三预设参数ε，所述第一预设参数N表示所述发送端的LED数目，所述第二预设参数k表示所述发送端同一时刻处于工作状态的LED数目，所述第三预设参数ε表示系统干扰容限；

第一计算模块，用于对所述LED阵列中预先顺序编号的各LED，按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的第一集合B_i和第二集合C_i，所述第一集合B_i表示被第i号LED干扰超过所述系统干扰容限的LED的集合，所述第二集合C_i表示干扰第i号LED超过所述系统干扰容限的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号LED对第y号LED的干扰强度，h_xy表示多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统的信道矩阵中第x行第y列的信道系数；

第二计算模块，用于按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的LED预选集合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

第三计算模块，用于若所述LED预选集合S_i中的LED个数小于k-1个，将与所述LED预选集合S_i对应的备用组合的集合L_i记为空集，否则，计算第i号LED与从所述LED预选集合S_i中随机选择k-1个LED组成的每一种所述备用组合，得到所述备用组合的集合L_i；

统计模块，用于统计所有所述备用组合的集合L_i中的所述备用组合，得到所述备用组合的总集合，以所述备用组合的总集合作为设定备用组合集合，每一个所述备用组合中包括k个LED；

空域调制模块，用于将所述设定备用组合集合中所述备用组合的总数目记为T，从所述设定备用组合集合中选取一种所述备用组合作为待工作LED组合，将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上。

优选的，还包括：

第四计算模块，用于计算T-P的差值，其中，

P＝2^p

第五计算模块，用于若所述差值等于0，维持所述设定备用组合集合及所述T的取值不变，否则计算所述设定备用组合集合中每一个所述备用组合内的最大子信道干扰强度其中，

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

其中，G_i表示包括k个LED的所述备用组合，LED_x表示标号为x的LED，LED_y表示标号为y的LED；

更新模块，用于将所述设定备用组合集合中所有所述备用组合按照各自对应的所述最大子信道干扰强度从大到小进行排序，剔除前T-P个所述最大子信道干扰强度各自对应的所述备用组合，得到修正备用组合集合，将所述设定备用组合集合更新为所述修正备用组合集合。

优选的，还包括：

数字域调制模块，用于将所述待发送信息中除所述log₂T比特的信息以外的信息调制在所述待工作LED组合的k路LED上。

一种VLC-MIMO系统，包括：

发送端和接收端，所述发送端包括控制器和与所述控制器相连接的LED阵列，所述控制器的操作包括：

获取第一预设参数N、第二预设参数k和第三预设参数ε，所述第一预设参数N表示所述发送端的LED数目，所述第二预设参数k表示所述发送端同一时刻处于工作状态的LED数目，所述第三预设参数ε表示系统干扰容限；

对所述LED阵列中预先顺序编号的各LED，按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的第一集合B_i和第二集合C_i，所述第一集合B_i表示被第i号LED干扰超过所述系统干扰容限的LED的集合，所述第二集合C_i表示干扰第i号LED超过所述系统干扰容限的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号LED对第y号LED的干扰强度，h_xy表示多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统的信道矩阵中第x行第y列的信道系数；

按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的LED预选集合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预选集合S_i中的LED个数小于k-1个，将与所述LED预选集合S_i对应的备用组合的集合L_i记为空集，否则，计算第i号LED与从所述LED预选集合S_i中随机选择k-1个LED组成的每一种所述备用组合，得到所述备用组合的集合L_i；

统计所有所述备用组合的集合L_i中的所述备用组合，得到所述备用组合的总集合，以所述备用组合的总集合作为设定备用组合集合，每一个所述备用组合中包括k个LED；

将所述设定备用组合集合中所述备用组合的总数目记为T，从所述设定备用组合集合中选取一种所述备用组合作为待工作LED组合，将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上。

优选的，所述控制器的操作还包括：

所述将所述设定备用组合集合中所述备用组合的总数目记为T，从所述设定备用组合集合中选取一种所述备用组合作为待工作LED组合，将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上之前，

计算T-P的差值，其中，

P＝2^p

若所述差值等于0，维持所述设定备用组合集合及所述T的取值不变，否则计算所述设定备用组合集合中每一个所述备用组合内的最大子信道干扰强度其中，

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

其中，G_i表示包括k个LED的所述备用组合，LED_x表示标号为x的LED，LED_y表示标号为y的LED；

将所述设定备用组合集合中所有所述备用组合按照各自对应的所述最大子信道干扰强度从大到小进行排序，剔除前T-P个所述最大子信道干扰强度各自对应的所述备用组合，得到修正备用组合集合，将所述设定备用组合集合更新为所述修正备用组合集合。

优选的，所述控制器的操作还包括：

将所述待发送信息中除所述log₂T比特的信息以外的信息调制在所述待工作LED组合的k路LED上。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种可见光通信自适应空域调制方法、装置和VLC-MIMO系统。本发明提供的技术方案，基于子信道间干扰进行设计，通过设置表示系统干扰容限的第三预设参数ε，在系统干扰容限的约束下，首先确定与每一个LED相对应的需排除的LED集合(干扰或者被干扰的干扰强度超过ε的LED的集合)，对任一LED，比如第i号LED，所有LED刨除与第i号LED相对应的需排除的LED集合，便得到第i号LED的预选集合(该集合中任意一个LED干扰第i号LED或者被第i号LED干扰的干扰强度均不超过ε)，然后计算第i号LED与从第i号LED的预选集合中任意选取k-1个LED组成的每一种备用组合，并统计所有备用组合，比如将所有备用组合的总数目记为T，那么从所有备用组合中选取一种作为待工作LED组合，则将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上，便能够实现VLC-MIMO空域调制，所述待工作LED组合包括k个LED，使k路LED能够独立发送信息，由于选取的待工作LED组合中，至少存在一个LED对其他LED的干扰强度，以及其他LED对该LED的干扰强度(即子信道干扰)均不超过系统干扰容限，因此，本发明提供的技术方案能够一定程度上降低VLC-MIMO子信道间的干扰，从而能够相对可靠地应用于大规模、微间距的VLC-MIMO系统。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种可见光通信自适应空域调制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种可见光通信自适应空域调制装置的结构图。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种可见光通信自适应空域调制方法的流程图。本发明实施例提供的可见光通信自适应空域调制方法应用于VLC-MIMO系统，所述VLC-MIMO系统包括发送端和接收端，所述发送端包括LED阵列。如图1所示，该方法包括：

步骤S101，获取第一预设参数N、第二预设参数k和第三预设参数ε；

具体的，所述第一预设参数N表示所述发送端的LED数目，所述第二预设参数k表示所述发送端同一时刻处于工作状态的LED数目，所述第三预设参数ε表示系统干扰容限。

具体的，所述第三预设参数ε根据VLC-MIMO系统的实际需求来确定，如果VLC-MIMO系统对误码性能要求较高，则选取较小的ε，如果系统对误码性能要求不是很高，则可以适当选取较大的ε，其中，0≤ε≤1。

步骤S102，对所述LED阵列中预先顺序编号的各LED，按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的第一集合B_i和第二集合C_i；

具体的，所述第一集合B_i表示被第i号LED干扰超过所述系统干扰容限的LED的集合，所述第二集合C_i表示干扰第i号LED超过所述系统干扰容限的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号LED对第y号LED的干扰强度，h_xy表示VLC-MIMO系统的信道矩阵中第x行第y列的信道系数。

步骤S103，按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的LED预选集合S_i；

具体的，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)

步骤S104，若所述LED预选集合S_i中的LED个数小于k-1个，将与所述LED预选集合S_i对应的备用组合的集合L_i记为空集，否则，计算第i号LED与从所述LED预选集合S_i中随机选择k-1个LED组成的每一种所述备用组合，得到所述备用组合的集合L_i；

步骤S105，统计所有所述备用组合的集合L_i中的所述备用组合，得到所述备用组合的总集合，以所述备用组合的总集合作为设定备用组合集合；

具体的，每一个所述备用组合中包括k个LED。

步骤S106，将所述设定备用组合集合中所述备用组合的总数目记为T，从所述设定备用组合集合中选取一种所述备用组合作为待工作LED组合，将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上；

具体的，将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上，便实现了可见光通信的自适应空域调制。

本发明实施例提供的技术方案，基于子信道间干扰进行设计，通过设置表示系统干扰容限的第三预设参数ε，在系统干扰容限的约束下，首先确定与每一个LED相对应的需排除的LED集合(干扰或者被干扰的干扰强度超过ε的LED的集合)，对任一LED，比如第i号LED，所有LED刨除与第i号LED相对应的需排除的LED集合，便得到第i号LED的预选集合(该集合中任意一个LED干扰第i号LED或者被第i号LED干扰的干扰强度均不超过ε)，然后计算第i号LED与从第i号LED的预选集合中任意选取k-1个LED组成的每一种备用组合，并统计所有备用组合，比如将所有备用组合的总数目记为T，那么从所有备用组合中选取一种作为待工作LED组合，则将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上，便能够实现VLC-MIMO空域调制，所述待工作LED组合包括k个LED，使k路LED能够独立发送信息，由于选取的待工作LED组合中，至少存在一个LED对其他LED的干扰强度，以及其他LED对该LED的干扰强度(即子信道干扰)均不超过系统干扰容限，因此，本发明实施例提供的技术方案能够一定程度上降低VLC-MIMO子信道间的干扰，从而能够相对可靠地应用于大规模、微间距的VLC-MIMO系统。

另外，现有技术中接收端相对于发送端往往是固定的，即固定在一个特殊位置，而本发明实施例提供的技术方案，基于子信道间干扰进行设计，且LED之间的干扰强度是通过(VLC-MIMO系统的)信道矩阵中的信道系数来计算得到，因此，本发明实施例提供的技术方案与VLC-MIMO系统的信道相适应，从而能够使接收端在收发端轴向自由移动，能够提高接收端的移动自由性。

可选的，本发明另外一个实施例提供的技术方案，所述步骤S106之前还包括：

计算T-P的差值，其中，

P＝2^p (6)

若所述差值等于0，维持所述设定备用组合集合及所述T的取值不变，否则计算所述设定备用组合集合中每一个所述备用组合内的最大子信道干扰强度其中，

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

其中，G_i表示包括k个LED的所述备用组合，LED_x表示标号为x的LED，LED_y表示标号为y的LED；

将所述设定备用组合集合中所有所述备用组合按照各自对应的所述最大子信道干扰强度从大到小进行排序，剔除前T-P个所述最大子信道干扰强度各自对应的所述备用组合，得到修正备用组合集合，将所述设定备用组合集合更新为所述修正备用组合集合。

具体的，本实施例提供的技术方案，能够优化所述设定备用组合集合，将排序靠前的T-P个对应的备用组合剔除，从而留下更小的备用组合供后续选取。

可选的，本发明另外一个实施例提供的技术方案，还包括：

将所述待发送信息中除所述log₂T比特的信息以外的信息调制在所述待工作LED组合的k路LED上。

可选的，所述待工作LED组合的k路LED都采用PAM(pulse-amplitude modulation，振幅调制)或者OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)调制。

具体的，所述待工作LED组合的k路LED相互之间独立发送数据，每一路LED相当于一路数据，每路数据都采用PAM或者OFDM调制。

需要说明的是，本发明提供的技术方案，使得所述待工作LED组合中的各路LED独立发送数据，但并不限定各路LED的数据发送方式，只要适用于VLC的技术都可以，比如PAM，OFDM等，也就是说，本发明提供的技术方案，并不限定数字域上的调制方式。

为了更加全面地阐述本发明提供的技术方案，对应于本发明实施例提供的可见光通信自适应空域调制方法，本发明公开一种可见光通信自适应空域调制装置。

请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种可见光通信自适应空域调制装置的结构图。本发明实施例提供的可见光通信自适应空域调制装置应用于VLC-MIMO系统，所述VLC-MIMO系统包括发送端和接收端，所述发送端包括LED阵列。如图2所示，该装置包括：

获取模块201，用于获取第一预设参数N、第二预设参数k和第三预设参数ε，所述第一预设参数N表示所述发送端的LED数目，所述第二预设参数k表示所述发送端同一时刻处于工作状态的LED数目，所述第三预设参数ε表示系统干扰容限；

第一计算模块202，用于对所述LED阵列中预先顺序编号的各LED，按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的第一集合B_i和第二集合C_i，所述第一集合B_i表示被第i号LED干扰超过所述系统干扰容限的LED的集合，所述第二集合C_i表示干扰第i号LED超过所述系统干扰容限的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号LED对第y号LED的干扰强度，h_xy表示多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统的信道矩阵中第x行第y列的信道系数；

第二计算模块203，用于按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的LED预选集合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)

第三计算模块204，用于若所述LED预选集合S_i中的LED个数小于k-1个，将与所述LED预选集合S_i对应的备用组合的集合L_i记为空集，否则，计算第i号LED与从所述LED预选集合S_i中随机选择k-1个LED组成的每一种所述备用组合，得到所述备用组合的集合L_i；

统计模块205，用于统计所有所述备用组合的集合L_i中的所述备用组合，得到所述备用组合的总集合，以所述备用组合的总集合作为设定备用组合集合，每一个所述备用组合中包括k个LED；

空域调制模块206，用于将所述设定备用组合集合中所述备用组合的总数目记为T，从所述设定备用组合集合中选取一种所述备用组合作为待工作LED组合，将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上。

应用本发明实施例提供的可见光通信自适应空域调制装置，能够一定程度上降低VLC-MIMO子信道间的干扰，从而能够相对可靠地应用于大规模、微间距的VLC-MIMO系统。

可选的，本发明另外一个实施例提供的可见光通信自适应空域调制装置，还包括：

第四计算模块，用于计算T-P的差值，其中，

P＝2^p (6)

第五计算模块，用于若所述差值等于0，维持所述设定备用组合集合及所述T的取值不变，否则计算所述设定备用组合集合中每一个所述备用组合内的最大子信道干扰强度其中，

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

其中，G_i表示包括k个LED的所述备用组合，LED_x表示标号为x的LED，LED_y表示标号为y的LED；

更新模块，用于将所述设定备用组合集合中所有所述备用组合按照各自对应的所述最大子信道干扰强度从大到小进行排序，剔除前T-P个所述最大子信道干扰强度各自对应的所述备用组合，得到修正备用组合集合，将所述设定备用组合集合更新为所述修正备用组合集合。

可选的，本发明另外一个实施例提供的可见光通信自适应空域调制装置，还包括：

数字域调制模块，用于将所述待发送信息中除所述log₂T比特的信息以外的信息调制在所述待工作LED组合的k路LED上。

可选的，所述待工作LED组合的k路LED都采用PAM(pulse-amplitude modulation，振幅调制)或者OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)调制。

具体的，所述待工作LED组合的k路LED相互之间独立发送数据，每一路LED相当于一路数据，每路数据都采用PAM或者OFDM调制。

需要说明的是，本发明提供的技术方案，使得所述待工作LED组合中的各路LED独立发送数据，但并不限定各路LED的数据发送方式，只要适用于VLC的技术都可以，比如PAM，OFDM等，也就是说，本发明提供的技术方案，并不限定数字域上的调制方式。

为了更加全面地阐述本发明提供的技术方案，对应于本发明实施例提供的可见光通信自适应空域调制方法，本发明公开一种VLC-MIMO系统。

本发明实施例提供的VLC-MIMO系统，包括：

发送端和接收端，所述发送端包括控制器和与所述控制器相连接的LED阵列，所述控制器的操作包括：

获取第一预设参数N、第二预设参数k和第三预设参数ε，所述第一预设参数N表示所述发送端的LED数目，所述第二预设参数k表示所述发送端同一时刻处于工作状态的LED数目，所述第三预设参数ε表示系统干扰容限；

对所述LED阵列中预先顺序编号的各LED，按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的第一集合B_i和第二集合C_i，所述第一集合B_i表示被第i号LED干扰超过所述系统干扰容限的LED的集合，所述第二集合C_i表示干扰第i号LED超过所述系统干扰容限的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号LED对第y号LED的干扰强度，h_xy表示多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统的信道矩阵中第x行第y列的信道系数；

按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的LED预选集合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预选集合S_i中的LED个数小于k-1个，将与所述LED预选集合S_i对应的备用组合的集合L_i记为空集，否则，计算第i号LED与从所述LED预选集合S_i中随机选择k-1个LED组成的每一种所述备用组合，得到所述备用组合的集合L_i；

统计所有所述备用组合的集合L_i中的所述备用组合，得到所述备用组合的总集合，以所述备用组合的总集合作为设定备用组合集合，每一个所述备用组合中包括k个LED；

将所述设定备用组合集合中所述备用组合的总数目记为T，从所述设定备用组合集合中选取一种所述备用组合作为待工作LED组合，将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上。

本发明实施例提供的VLC-MIMO系统，能够一定程度上降低子信道间的干扰，从而可以选择增多VLC-MIMO系统内LED数目，降低LED之间的间距，实现大规模、微间距的VLC-MIMO系统能够较为可靠的进行可见光通信。

可选的，本发明另外一个实施例提供的VLC-MIMO系统，所述控制器的操作还包括：

所述将所述设定备用组合集合中所述备用组合的总数目记为T，从所述设定备用组合集合中选取一种所述备用组合作为待工作LED组合，将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上之前，

计算T-P的差值，其中，

P＝2^p (6)

若所述差值等于0，维持所述设定备用组合集合及所述T的取值不变，否则计算所述设定备用组合集合中每一个所述备用组合内的最大子信道干扰强度其中，

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

其中，G_i表示包括k个LED的所述备用组合，LED_x表示标号为x的LED，LED_y表示标号为y的LED；

将所述设定备用组合集合中所有所述备用组合按照各自对应的所述最大子信道干扰强度从大到小进行排序，剔除前T-P个所述最大子信道干扰强度各自对应的所述备用组合，得到修正备用组合集合，将所述设定备用组合集合更新为所述修正备用组合集合。

可选的，本发明另外一个实施例提供的VLC-MIMO系统，所述控制器的操作还包括：

将所述待发送信息中除所述log₂T比特的信息以外的信息调制在所述待工作LED组合的k路LED上。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种可见光通信自适应空域调制方法、装置和VLC-MIMO系统。本发明提供的技术方案，基于子信道间干扰进行设计，通过设置表示系统干扰容限的第三预设参数ε，在系统干扰容限的约束下，首先确定与每一个LED相对应的需排除的LED集合(干扰或者被干扰的干扰强度超过ε的LED的集合)，对任一LED，比如第i号LED，所有LED刨除与第i号LED相对应的需排除的LED集合，便得到第i号LED的预选集合(该集合中任意一个LED干扰第i号LED或者被第i号LED干扰的干扰强度均不超过ε)，然后计算第i号LED与从第i号LED的预选集合中任意选取k-1个LED组成的每一种备用组合，并统计所有备用组合，比如将所有备用组合的总数目记为T，那么从所有备用组合中选取一种作为待工作LED组合，则将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上，便能够实现VLC-MIMO空域调制，所述待工作LED组合包括k个LED，使k路LED能够独立发送信息，由于选取的待工作LED组合中，至少存在一个LED对其他LED的干扰强度，以及其他LED对该LED的干扰强度(即子信道干扰)均不超过系统干扰容限，因此，本发明提供的技术方案能够一定程度上降低VLC-MIMO子信道间的干扰，从而能够相对可靠地应用于大规模、微间距的VLC-MIMO系统。

另外，现有技术中接收端相对于发送端往往是固定的，即固定在一个特殊位置，而本发明提供的技术方案，基于子信道间干扰进行设计，且LED之间的干扰强度是通过(VLC-MIMO系统的)信道矩阵中的信道系数来计算得到，因此，本发明提供的技术方案与VLC-MIMO系统的信道相适应，从而能够使接收端在收发端轴向自由移动，能够提高接收端的移动自由性。

最后，还需要说明的是，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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置和VLC-MIMO系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种可见光通信自适应空域调制方法，其特征在于，应用于多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统，所述多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统包括发送端和接收端，所述发送端包括LED阵列，所述方法包括：

获取第一预设参数N、第二预设参数k和第三预设参数ε，所述第一预设参数N表示所述发送端的LED数目，所述第二预设参数k表示所述发送端同一时刻处于工作状态的LED数目，所述第三预设参数ε表示系统干扰容限；

对所述LED阵列中预先顺序编号的各LED，按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的第一集合B_i和第二集合C_i，所述第一集合B_i表示被第i号LED干扰超过所述系统干扰容限的LED的集合，所述第二集合C_i表示干扰第i号LED超过所述系统干扰容限的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号LED对第y号LED的干扰强度，h_xy表示多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统的信道矩阵中第x行第y列的信道系数；

按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的LED预选集合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预选集合S_i中的LED个数小于k-1个，将与所述LED预选集合S_i对应的备用组合的集合L_i记为空集，否则，计算第i号LED与从所述LED预选集合S_i中随机选择k-1个LED组成的每一种所述备用组合，得到所述备用组合的集合L_i；

统计所有所述备用组合的集合L_i中的所述备用组合，得到所述备用组合的总集合，以所述备用组合的总集合作为设定备用组合集合，每一个所述备用组合中包括k个LED；

将所述设定备用组合集合中所述备用组合的总数目记为T，从所述设定备用组合集合中选取一种所述备用组合作为待工作LED组合，将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述设定备用组合集合中所述备用组合的总数目记为T，从所述设定备用组合集合中选取一种所述备用组合作为待工作LED组合，将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上之前，还包括：

计算T-P的差值，其中，

P＝2^p

若所述差值等于0，维持所述设定备用组合集合及所述T的取值不变，否则计算所述设定备用组合集合中每一个所述备用组合内的最大子信道干扰强度其中，

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

其中，G_i表示包括k个LED的所述备用组合，LED_x表示标号为x的LED，LED_y表示标号为y的LED；

将所述设定备用组合集合中所有所述备用组合按照各自对应的所述最大子信道干扰强度从大到小进行排序，剔除前T-P个所述最大子信道干扰强度各自对应的所述备用组合，得到修正备用组合集合，将所述设定备用组合集合更新为所述修正备用组合集合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述待发送信息中除所述log₂T比特的信息以外的信息调制在所述待工作LED组合的k路LED上。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述待工作LED组合的k路LED都采用振幅调制PAM或者正交频分复用技术OFDM调制。

5.一种可见光通信自适应空域调制装置，其特征在于，应用于多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统，所述多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统包括发送端和接收端，所述发送端包括LED阵列，所述装置包括：

获取模块，用于获取第一预设参数N、第二预设参数k和第三预设参数ε，所述第一预设参数N表示所述发送端的LED数目，所述第二预设参数k表示所述发送端同一时刻处于工作状态的LED数目，所述第三预设参数ε表示系统干扰容限；

第一计算模块，用于对所述LED阵列中预先顺序编号的各LED，按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的第一集合B_i和第二集合C_i，所述第一集合B_i表示被第i号LED干扰超过所述系统干扰容限的LED的集合，所述第二集合C_i表示干扰第i号LED超过所述系统干扰容限的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号LED对第y号LED的干扰强度，h_xy表示多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统的信道矩阵中第x行第y列的信道系数；

第二计算模块，用于按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的LED预选集合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

第三计算模块，用于若所述LED预选集合S_i中的LED个数小于k-1个，将与所述LED预选集合S_i对应的备用组合的集合L_i记为空集，否则，计算第i号LED与从所述LED预选集合S_i中随机选择k-1个LED组成的每一种所述备用组合，得到所述备用组合的集合L_i；

统计模块，用于统计所有所述备用组合的集合L_i中的所述备用组合，得到所述备用组合的总集合，以所述备用组合的总集合作为设定备用组合集合，每一个所述备用组合中包括k个LED；

空域调制模块，用于将所述设定备用组合集合中所述备用组合的总数目记为T，从所述设定备用组合集合中选取一种所述备用组合作为待工作LED组合，将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

第四计算模块，用于计算T-P的差值，其中，

P＝2^p

第五计算模块，用于若所述差值等于0，维持所述设定备用组合集合及所述T的取值不变，否则计算所述设定备用组合集合中每一个所述备用组合内的最大子信道干扰强度其中，

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

其中，G_i表示包括k个LED的所述备用组合，LED_x表示标号为x的LED，LED_y表示标号为y的LED；

更新模块，用于将所述设定备用组合集合中所有所述备用组合按照各自对应的所述最大子信道干扰强度从大到小进行排序，剔除前T-P个所述最大子信道干扰强度各自对应的所述备用组合，得到修正备用组合集合，将所述设定备用组合集合更新为所述修正备用组合集合。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

数字域调制模块，用于将所述待发送信息中除所述log₂T比特的信息以外的信息调制在所述待工作LED组合的k路LED上。

8.一种VLC-MIMO系统，其特征在于，包括：

发送端和接收端，所述发送端包括控制器和与所述控制器相连接的LED阵列，所述控制器的操作包括：

获取第一预设参数N、第二预设参数k和第三预设参数ε，所述第一预设参数N表示所述发送端的LED数目，所述第二预设参数k表示所述发送端同一时刻处于工作状态的LED数目，所述第三预设参数ε表示系统干扰容限；

对所述LED阵列中预先顺序编号的各LED，按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的第一集合B_i和第二集合C_i，所述第一集合B_i表示被第i号LED干扰超过所述系统干扰容限的LED的集合，所述第二集合C_i表示干扰第i号LED超过所述系统干扰容限的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号LED对第y号LED的干扰强度，h_xy表示多输入多输出的可见光通信VLC-MIMO系统的信道矩阵中第x行第y列的信道系数；

按照顺序依次计算分别与第i号LED相对应的LED预选集合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预选集合S_i中的LED个数小于k-1个，将与所述LED预选集合S_i对应的备用组合的集合L_i记为空集，否则，计算第i号LED与从所述LED预选集合S_i中随机选择k-1个LED组成的每一种所述备用组合，得到所述备用组合的集合L_i；

统计所有所述备用组合的集合L_i中的所述备用组合，得到所述备用组合的总集合，以所述备用组合的总集合作为设定备用组合集合，每一个所述备用组合中包括k个LED；

将所述设定备用组合集合中所述备用组合的总数目记为T，从所述设定备用组合集合中选取一种所述备用组合作为待工作LED组合，将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制器的操作还包括：

所述将所述设定备用组合集合中所述备用组合的总数目记为T，从所述设定备用组合集合中选取一种所述备用组合作为待工作LED组合，将待发送信息中log₂T比特的信息调制在所述待工作LED组合上之前，

计算T-P的差值，其中，

P＝2^p

若所述差值等于0，维持所述设定备用组合集合及所述T的取值不变，否则计算所述设定备用组合集合中每一个所述备用组合内的最大子信道干扰强度其中，

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

其中，G_i表示包括k个LED的所述备用组合，LED_x表示标号为x的LED，LED_y表示标号为y的LED；

将所述设定备用组合集合中所有所述备用组合按照各自对应的所述最大子信道干扰强度从大到小进行排序，剔除前T-P个所述最大子信道干扰强度各自对应的所述备用组合，得到修正备用组合集合，将所述设定备用组合集合更新为所述修正备用组合集合。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制器的操作还包括：

将所述待发送信息中除所述log₂T比特的信息以外的信息调制在所述待工作LED组合的k路LED上。