CN109004980B - 基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法及装置，方法包括：选择一簇LED灯中多个LED灯作为活跃LED灯发射可见光信号，并确定每个LED灯对应帧放大因子，并对待传输信号进行广义空间调制；对待传输信号调制得到正极性信号帧与负极性信号帧，并确定正极性信号帧与负极性信号帧所占比例；在每个活跃LED灯，将混合信号帧中的正极性信号帧与负极性信号帧乘以相应信号帧放大因子，并加上相应直流偏置，以得到待发送信号帧；对待发送信号帧进行数模变换、滤波之后控制可见光驱动电流，获取并发送可见光通信信号。该方法够同时实现高动态范围的可见光调光和高速的可见光通信，在给定的调光要求下有效提高通信系统的容量。

Description

基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法及装置。

背景技术

VLC(Visible Light Communication，可见光通信)可以利用范在的LED(Light-Emitting Diodes，发光二极管)照明网络实现高速、可靠的通信，近年来受到学术界和工业界广泛的关注，被认为是未来无线通信领域中的关键技术之一。在可见光通信中，LED灯需要同时实现照明和通信的功能，因此，在通信的同时实现调光(Dimming)非常重要。传统的可见光通信技术中，主要通过时域(Time-Domain)和频域(Frequency-Domain)的调光方法实现调光功能。

Gen-SM(Generalized Spatial Modulation，广义空间调制技术)是一种新兴的多灯调制技术。相比于传统的MIMO(Multiple-InputMultiple-Output，多入多出技术)，在同一时刻，Gen-SM技术仅激活部分发射LED灯来发送信号，通过活跃LED灯的序号来传递额外的空间域信息，具有更高的频谱效率。相比于传统的MIMO技术，Gen-SM技术仅需要少量的发射设备链，减少发射机的能量消耗，具有更好的能量效率。

在传统的基于时域和频域单个维度的调光方法中，调光的动态范围受到限制，在传统调光方法中未考虑对于信道容量的优化，容量也需要进一步优化。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法，该方法够同时实现高动态范围的可见光调光和高速的可见光通信，在给定的调光要求下有效提高通信系统的容量。

本发明的另一个目的在于提出一种基于广义空间调制的可见光通信混合调光装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法，包括以下步骤：根据通信需求选择一簇LED灯中多个LED灯作为活跃LED灯发射可见光信号，并确定每个LED灯对应帧放大因子，并对待传输信号进行广义空间调制；根据调光需求对所述待传输信号调制得到正极性信号帧与负极性信号帧，并确定所述正极性信号帧与所述负极性信号帧所占比例；在每个活跃LED灯，将混合信号帧中的正极性信号帧与负极性信号帧乘以相应信号帧放大因子，并加上相应直流偏置，以得到待发送信号帧；对所述待发送信号帧进行数模变换、滤波之后控制可见光驱动电流，获取并发送可见光通信信号。

本发明实施例的基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法，能够在给定的调光要求下充分利用时间、空间资源，实现大动态范围的可见光调光，拓展调光控制自由度，实现高速率传输的可见光通信，提高通信系统的容量，从而能够同时实现高动态范围的可见光调光和高速的可见光通信，在给定的调光要求下有效提高通信系统的容量。

另外，根据本发明上述实施例的基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述对待传输信号进行广义空间调制，进一步包括：将待发送的信息比特进行分组，其中，每组中的部分信息比特用于选择活跃LED灯，剩余部分信息比特用于选择星座点。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过选择活跃LED灯数使得广义空间调制中空间信道容量部分最优。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过选择所述每个LED灯对应帧放大因子使得广义空间调制中幅度信道容量部分最优。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过选择活跃LED灯数和所述每个LED灯对应帧放大因子使得广义空间调制中总信道容量最优。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述正极性信号为ACO-OFDM信号帧、PAM-DMT信号帧、HACO-OFDM信号帧、LACO-OFDM信号帧中的任意一种，并且所述负极性信号帧通过所述ACO-OFDM信号帧、所述PAM-DMT信号帧、所述HACO-OFDM信号帧或者所述LACO-OFDM信号帧非对称限幅前的双极性信号进行正数部分置零并保留所述双极性信号负数部分得到。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述正极性信号帧对应的直流偏置为0，所述负极性信号帧对应的直流偏置为LED最大线性工作电流。

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，如果所需光线调制度小于第一阈值，则使用所述正极性信号帧，并通过调整所述信号放大因子达到所述所需光线调制度；如果所述所需光线调制度大于第二阈值，则使用所述负极性信号帧，并通过调整所述信号放大因子达到所述所需光线调制度，其中，所述第二阈值大于所述第一阈值；如果所述所需光线调制度大于或等于所述第一阈值且小于或等于所述第二阈值之间，则固定所述信号放大因子，并调节所述正极性信号与所述负极性信号的比例，以使所述正极性信号帧与所述负极性信号帧的加权平均值等于所述所需光线调制度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一阈值与所述第二阈值的确定准则为使时域信号切顶比例达到预设数值，或者使信号功率与切顶畸变功率和噪声功率之和的比值最大。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于广义空间调制的可见光通信混合调光装置，包括：LED灯选择模块，用于根据通信需求选择一簇LED灯中多个LED灯作为活跃LED灯发射可见光信号，并确定每个LED灯对应帧放大因子，并对待传输信号进行广义空间调制；LED灯调光模块，用于根据调光需求对所述待传输信号调制得到正极性信号帧与负极性信号帧，并确定所述正极性信号帧与所述负极性信号帧所占比例；LED灯组帧模块，用于在每个活跃LED灯，将混合信号帧中的正极性信号帧与负极性信号帧乘以相应信号帧放大因子，并加上相应直流偏置，以得到待发送信号帧；LED灯发送模块，用于对所述待发送信号帧进行数模变换、滤波之后控制可见光驱动电流，获取并发送可见光通信信号。

本发明实施例的基于广义空间调制的可见光通信混合调光装置，能够在给定的调光要求下充分利用时间、空间资源，实现大动态范围的可见光调光，拓展调光控制自由度，实现高速率传输的可见光通信，提高通信系统的容量，从而能够同时实现高动态范围的可见光调光和高速的可见光通信，在给定的调光要求下有效提高通信系统的容量。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的基于广义空间调制的可见光通信传输信号示意图；

图3为根据本发明一个实施例的基于广义空间调制的可见光通信混合调光装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法。

图1是本发明一个实施例的基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法的流程图。

如图1所示，该基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法包括以下步骤：

在步骤S101中，根据通信需求选择一簇LED灯中多个LED灯作为活跃LED灯发射可见光信号，并确定每个LED灯对应帧放大因子，并对待传输信号进行广义空间调制。

可以理解的是，本发明实施例根据通信需求，选择一簇LED灯中若干LED灯作为活跃LED灯发射可见光信号，确定各LED灯对应帧放大因子，并对待传输信号进行广义空间调制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，对待传输信号进行广义空间调制，进一步包括：将待发送的信息比特进行分组，其中，每组中的部分信息比特用于选择活跃LED灯，剩余部分信息比特用于选择星座点。

可以理解的是，本发明实施例对于信号进行广义空间调制，需要将待发送的信息比特进行分组，每组中的部分信息比特用于活跃LED灯的选择，另一部分信息比特用于星座点的选择。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过选择活跃LED灯数使得广义空间调制中空间信道容量部分最优。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过选择每个LED灯对应帧放大因子使得广义空间调制中幅度信道容量部分最优。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过选择活跃LED灯数和每个LED灯对应帧放大因子使得广义空间调制中总信道容量最优。

在步骤S102中，根据调光需求对待传输信号调制得到正极性信号帧与负极性信号帧，并确定正极性信号帧与负极性信号帧所占比例。

可以理解的是，本发明实施例根据调光需求，对待传输信号调制得到正极性信号帧与负极性信号帧，并确定正极性信号帧与负极性信号帧所占比例。

进一步地，在本发明的一个实施例中，正极性信号为ACO-OFDM信号帧、PAM-DMT信号帧、HACO-OFDM信号帧、LACO-OFDM信号帧中的任意一种，并且负极性信号帧通过ACO-OFDM信号帧、PAM-DMT信号帧、HACO-OFDM信号帧或者LACO-OFDM信号帧非对称限幅前的双极性信号进行正数部分置零并保留双极性信号负数部分得到。

在步骤S103中，在每个活跃LED灯，将混合信号帧中的正极性信号帧与负极性信号帧乘以相应信号帧放大因子，并加上相应直流偏置，以得到待发送信号帧。其中，待发送信号帧示例如图2所示。

在本发明的一个实施例中，正极性信号帧对应的直流偏置为0，负极性信号帧对应的直流偏置为LED最大线性工作电流。

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，如果所需光线调制度小于第一阈值，则使用正极性信号帧，并通过调整信号放大因子达到所需光线调制度；如果所需光线调制度大于第二阈值，则使用负极性信号帧，并通过调整信号放大因子达到所需光线调制度，其中，第二阈值大于第一阈值；如果所需光线调制度大于或等于第一阈值且小于或等于第二阈值之间，则固定信号放大因子，并调节正极性信号与负极性信号的比例，以使正极性信号帧与负极性信号帧的加权平均值等于所需光线调制度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一阈值与第二阈值的确定准则为使时域信号切顶比例达到预设数值，或者使信号功率与切顶畸变功率和噪声功率之和的比值最大。

在步骤S104中，对待发送信号帧进行数模变换、滤波之后控制可见光驱动电流，获取并发送可见光通信信号。

下面将通过具体实施例的方式对基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法进行进一步阐述。

在本发明的第一个具体实施例中，具体包括以下步骤：

S1.根据通信需求，选择一簇LED灯中若干LED灯作为活跃LED灯发射可见光信号，确定各LED灯对应帧放大因子，并对待传输信号进行广义空间调制。

本发明实施例采用广义空间调制技术，首先将信息比特进行分组，一部分用于活跃LED灯的选择，另一部分用于星座点的选择。可见光通信发射LED簇中的LED灯数量为N_t＝4，同一时间激活N_a＝2个LED灯进行信息传输，所有LED活跃状态组合数为

每个活跃状态可传输比特数为P＝log₂

比特。采用4QAM调制，每个星座点可传输的比特数为Q＝log₂ 4＝2比特。故每个广义空间调制LED符号共可传递的比特数为P+N_a×Q＝6.58比特。

广义空间调制可见光通信系统的总信道容量可以分为空间信道容量部分和幅度信道容量部分，具体来说，可以表示为：

C＝C_S+C_A

其中，C为系统的总信道容量，C_S为空间信道容量部分，C_A为幅度信道容量部分。

空间信道容量部分C_S为广义空间调制信号中活跃LED灯组合对应的信道容量，幅度信道容量部分C_A为每个活跃LED灯上传输的信号对应的信道容量。

本发明实施例通过对N_a求导，可以求出最优化的活跃LED灯数；通过拉格朗日方法，可以求得最优化的帧放大因子。之后通过最速下降等数值迭代方法，可以求出最优化的活跃LED灯数选择和各LED灯对应帧放大因子选择使得广义空间调制中总信道容量最优。

S2.根据调光需求，对待传输信号调制得到正极性信号帧与负极性信号帧，并确定正极性信号帧与负极性信号帧所占比例；

正极性信号帧采用ACO-OFDM信号帧，负极性信号帧采用ACO-OFDM信号帧非对称限幅前的双极性信号进行正数部分置零并保留双极性信号负数部分，具体来说，两种信号帧可以表示为：

其中，

表示信号帧内第i个正极性信号，

表示信号帧内第i个负极性信号，s_i表示帧内第i个OFDM信号。正极性信号帧的平均亮度与负极性信号帧的平均亮度可以表示为

与

所需光线调制度为

其中I_H为LED最大线性工作电流。正极性信号帧所占的比例为α，具体来说，可以表示为：

S3.在每个活跃LED灯，将混合信号帧中的正极性信号帧与负极性信号帧乘以相应信号帧放大因子，加上相应直流偏置，以得到待发送信号帧；

正极性信号帧对应的直流偏置为0，负极性信号帧对应的直流偏置为LED最大线性工作电流I_H，具体来说，待发送的信号帧可以表示为：

其中，

和

分别表示第u个活跃LED上信号帧内的第i个待发送信号。

S4.对待发送信号帧进行数模变换、滤波之后控制可见光驱动电流，并得到可见光通信信号后发送。

第一阈值与第二阈值的确定准则为使时域信号切顶比例达到预设数值，或者使信号功率与切顶畸变功率和噪声功率之和的比值最大。当所需光线调制度η小于第一阈值时，仅使用正极性信号帧，通过调整信号放大因子β_u达到所需光线调制度；当所需光线调制度η大于第二阈值时，仅使用负极性信号帧，通过调整信号放大因子β_u达到所需光线调制度；当光线调制度η介于两阈值之间时，固定信号放大因子，调节正极性信号与负极性信号的比例，以使正极性信号帧与负极性信号帧的加权平均值等于所需光线调制度。

在本发明的第二个具体实施例中，具体包括以下步骤：

S1.根据通信需求，选择一簇LED灯中若干LED灯作为活跃LED灯发射可见光信号，确定各LED灯对应帧放大因子，并对待传输信号进行广义空间调制；

采用广义空间调制技术，首先将信息比特进行分组，一部分用于活跃LED灯的选择，另一部分用于星座点的选择。可见光通信发射LED簇中的LED灯数量为N_t＝16，同一时间激活N_a＝4个LED灯进行信息传输，所有LED活跃状态组合数为

每个活跃状态可传输比特数为P＝log₂

比特。采用16QAM调制，每个星座点可传输的比特数为Q＝log₂ 16＝4比特。故每个广义空间调制LED符号共可传递的比特数为P+N_a×Q＝26.83比特。

广义空间调制可见光通信系统的总信道容量可以分为空间信道容量部分和幅度信道容量部分，具体来说，可以表示为：

C＝C_S+C_A

其中，C为系统的总信道容量，C_S为空间信道容量部分，C_A为幅度信道容量部分。

空间信道容量部分C_S为广义空间调制信号中活跃LED灯组合对应的信道容量，幅度信道容量部分C_A为每个活跃LED灯上传输的信号对应的信道容量。

通过对N_a求导，可以求出最优化的活跃LED灯数；通过拉格朗日方法，可以求得最优化的帧放大因子。之后通过最速下降等数值迭代方法，可以求出最优化的活跃LED灯数选择和各LED灯对应帧放大因子选择使得广义空间调制中总信道容量最优。

S2.根据调光需求，对待传输信号调制得到正极性信号帧与负极性信号帧，并确定正极性信号帧与负极性信号帧所占比例；

正极性信号帧采用3层的LACO-OFDM信号帧，负极性信号帧采用3层的LACO-OFDM信号帧非对称限幅前的双极性信号进行正数部分置零并保留双极性信号负数部分，具体来说，两种信号帧可以表示为：

其中，

表示信号帧内第k层的第i个正极性信号，

表示信号帧内第k层的第i个负极性信号，s_i ^(k)表示帧内第k层的第i个OFDM信号。正极性信号帧的平均亮度与负极性信号帧的平均亮度可以表示为

与

所需光线调制度为

其中I_H为LED最大线性工作电流。正极性信号帧所占的比例为α，具体来说，可以表示为：

S3.在每个活跃LED灯，将混合信号帧中的正极性信号帧与负极性信号帧乘以相应信号帧放大因子，加上相应直流偏置，以得到待发送信号帧；

正极性信号帧对应的直流偏置为0，负极性信号帧对应的直流偏置为LED最大线性工作电流I_H，具体来说，待发送的信号帧可以表示为：

其中，

和

分别表示第u个活跃LED上信号帧内的第i个待发送信号。

S4.对待发送信号帧进行数模变换、滤波之后控制可见光驱动电流，并得到可见光通信信号后发送。

第一阈值与第二阈值的确定准则为使时域信号切顶比例达到预设数值，或者使信号功率与切顶畸变功率和噪声功率之和的比值最大。当所需光线调制度η小于第一阈值时，仅使用正极性信号帧，通过调整信号放大因子β_u达到所需光线调制度；当所需光线调制度η大于第二阈值时，仅使用负极性信号帧，通过调整信号放大因子β_u达到所需光线调制度；当光线调制度η介于两阈值之间时，固定信号放大因子，调节正极性信号与负极性信号的比例，以使正极性信号帧与负极性信号帧的加权平均值等于所需光线调制度。

在本发明的第三个具体实施例中，具体包括以下步骤：

S1.根据通信需求，选择一簇LED灯中若干LED灯作为活跃LED灯发射可见光信号，确定各LED灯对应帧放大因子，并对待传输信号进行广义空间调制；

采用广义空间调制技术，首先将信息比特进行分组，一部分用于活跃LED灯的选择，另一部分用于星座点的选择。可见光通信发射LED簇中的LED灯数量为N_t＝4，同一时间激活N_a＝2个LED灯进行信息传输，所有LED活跃状态组合数为

每个活跃状态可传输比特数为P＝log₂

比特。采用16QAM调制，每个星座点可传输的比特数为Q＝log₂ 16＝4比特。故每个广义空间调制LED符号共可传递的比特数为P+N_a×Q＝10.58比特。

广义空间调制可见光通信系统的总信道容量可以分为空间信道容量部分和幅度信道容量部分，具体来说，可以表示为：

C＝C_S+C_A

其中，C为系统的总信道容量，C_S为空间信道容量部分，C_A为幅度信道容量部分。

空间信道容量部分C_S为广义空间调制信号中活跃LED灯组合对应的信道容量，幅度信道容量部分C_A为每个活跃LED灯上传输的信号对应的信道容量。

通过对N_a求导，可以求出最优化的活跃LED灯数；通过拉格朗日方法，可以求得最优化的帧放大因子。之后通过最速下降等数值迭代方法，可以求出最优化的活跃LED灯数选择和各LED灯对应帧放大因子选择使得广义空间调制中总信道容量最优。

S2.根据调光需求，对待传输信号调制得到正极性信号帧与负极性信号帧，并确定正极性信号帧与负极性信号帧所占比例；

正极性信号帧采用PAM-DMT信号帧，负极性信号帧采用PAM-DMT信号帧非对称限幅前的双极性信号进行正数部分置零并保留双极性信号负数部分，具体来说，两种信号帧可以表示为：

其中，

表示信号帧内第i个正极性信号，

表示信号帧内第i个负极性信号，s_i表示帧内第i个OFDM信号。正极性信号帧的平均亮度与负极性信号帧的平均亮度可以表示为

与

所需光线调制度为

其中I_H为LED最大线性工作电流。正极性信号帧所占的比例为α，具体来说，可以表示为：

S3.在每个活跃LED灯，将混合信号帧中的正极性信号帧与负极性信号帧乘以相应信号帧放大因子，加上相应直流偏置，以得到待发送信号帧；

正极性信号帧对应的直流偏置为0，负极性信号帧对应的直流偏置为LED最大线性工作电流I_H，具体来说，待发送的信号帧可以表示为：

其中，

和

分别表示第u个活跃LED上信号帧内的第i个待发送信号。

S4.对待发送信号帧进行数模变换、滤波之后控制可见光驱动电流，并得到可见光通信信号后发送。

第一阈值与第二阈值的确定准则为使时域信号切顶比例达到预设数值，或者使信号功率与切顶畸变功率和噪声功率之和的比值最大。当所需光线调制度η小于第一阈值时，仅使用正极性信号帧，通过调整信号放大因子β_u达到所需光线调制度；当所需光线调制度η大于第二阈值时，仅使用负极性信号帧，通过调整信号放大因子β_u达到所需光线调制度；当光线调制度η介于两阈值之间时，固定信号放大因子，调节正极性信号与负极性信号的比例，以使正极性信号帧与负极性信号帧的加权平均值等于所需光线调制度。

根据本发明实施例提出的基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法，能够在给定的调光要求下充分利用时间、空间资源，实现大动态范围的可见光调光，拓展调光控制自由度，实现高速率传输的可见光通信，提高通信系统的容量，从而能够同时实现高动态范围的可见光调光和高速的可见光通信，在给定的调光要求下有效提高通信系统的容量。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于广义空间调制的可见光通信混合调光装置。

图3是本发明一个实施例的基于广义空间调制的可见光通信混合调光装置的结构示意图。

如图3所示，该基于广义空间调制的可见光通信混合调光装置10包括：LED灯选择模块100、LED灯调光模块200、LED灯组帧模块300和LED灯发送模块400。

其中，LED灯选择模块100用于根据通信需求选择一簇LED灯中多个LED灯作为活跃LED灯发射可见光信号，并确定每个LED灯对应帧放大因子，并对待传输信号进行广义空间调制。LED灯调光模块200用于根据调光需求对待传输信号调制得到正极性信号帧与负极性信号帧，并确定正极性信号帧与负极性信号帧所占比例。LED灯组帧模块300用于在每个活跃LED灯，将混合信号帧中的正极性信号帧与负极性信号帧乘以相应信号帧放大因子，并加上相应直流偏置，以得到待发送信号帧。LED灯发送模块400用于对待发送信号帧进行数模变换、滤波之后控制可见光驱动电流，获取并发送可见光通信信号。本发明实施例的装置10够同时实现高动态范围的可见光调光和高速的可见光通信，在给定的调光要求下有效提高通信系统的容量。

需要说明的是，前述对基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于广义空间调制的可见光通信混合调光装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的基于广义空间调制的可见光通信混合调光装置，能够在给定的调光要求下充分利用时间、空间资源，实现大动态范围的可见光调光，拓展调光控制自由度，实现高速率传输的可见光通信，提高通信系统的容量，从而能够同时实现高动态范围的可见光调光和高速的可见光通信，在给定的调光要求下有效提高通信系统的容量。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据通信需求选择一簇LED灯中多个LED灯作为活跃LED灯发射可见光信号，并确定每个LED灯对应帧放大因子，并对待传输信号进行广义空间调制，所述对待传输信号进行广义空间调制，进一步包括：将待发送的信息比特进行分组，其中，每组中的部分信息比特用于选择活跃LED灯，剩余部分信息比特用于选择星座点，其中，通过选择活跃LED灯数使得广义空间调制中空间信道容量部分最优，通过选择所述每个LED灯对应帧放大因子使得广义空间调制中幅度信道容量部分最优，通过选择活跃LED灯数和所述每个LED灯对应帧放大因子使得广义空间调制中总信道容量最优；

根据调光需求对所述待传输信号调制得到正极性信号帧与负极性信号帧，并确定所述正极性信号帧与所述负极性信号帧所占比例；

在每个活跃LED灯，将混合信号帧中的正极性信号帧与负极性信号帧乘以相应信号帧放大因子，并加上相应直流偏置，以得到待发送信号帧；以及

对所述待发送信号帧进行数模变换、滤波之后控制可见光驱动电流，获取并发送可见光通信信号。

2.根据权利要求1所述的基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法，其特征在于，所述正极性信号为ACO-OFDM信号帧、PAM-DMT信号帧、HACO-OFDM信号帧、LACO-OFDM信号帧中的任意一种，并且所述负极性信号帧通过所述ACO-OFDM信号帧、所述PAM-DMT信号帧、所述HACO-OFDM信号帧或者所述LACO-OFDM信号帧非对称限幅前的双极性信号进行正数部分置零并保留所述双极性信号负数部分得到。

3.根据权利要求1所述的基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法，其特征在于，所述正极性信号帧对应的直流偏置为0，所述负极性信号帧对应的直流偏置为LED最大线性工作电流。

4.根据权利要求1所述的基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法，其特征在于，其中，

如果所需光线调制度小于第一阈值，则使用所述正极性信号帧，并通过调整信号放大因子达到所述所需光线调制度；

如果所述所需光线调制度大于第二阈值，则使用所述负极性信号帧，并通过调整所述信号放大因子达到所述所需光线调制度，其中，所述第二阈值大于所述第一阈值；以及

如果所述所需光线调制度大于或等于所述第一阈值且小于或等于所述第二阈值之间，则固定所述信号放大因子，并调节所述正极性信号与所述负极性信号的比例，以使所述正极性信号帧与所述负极性信号帧的加权平均值等于所述所需光线调制度。

5.根据权利要求4所述的基于广义空间调制的可见光通信混合调光方法，其特征在于，所述第一阈值与所述第二阈值的确定准则为使时域信号切顶比例达到预设数值，或者使信号功率与切顶畸变功率和噪声功率之和的比值最大。

6.一种基于广义空间调制的可见光通信混合调光装置，其特征在于，包括：

LED灯选择模块，用于根据通信需求选择一簇LED灯中多个LED灯作为活跃LED灯发射可见光信号，并确定每个LED灯对应帧放大因子，并对待传输信号进行广义空间调制，所述对待传输信号进行广义空间调制，进一步包括：将待发送的信息比特进行分组，其中，每组中的部分信息比特用于选择活跃LED灯，剩余部分信息比特用于选择星座点，其中，通过选择活跃LED灯数使得广义空间调制中空间信道容量部分最优，通过选择所述每个LED灯对应帧放大因子使得广义空间调制中幅度信道容量部分最优，通过选择活跃LED灯数和所述每个LED灯对应帧放大因子使得广义空间调制中总信道容量最优；

LED灯调光模块，用于根据调光需求对所述待传输信号调制得到正极性信号帧与负极性信号帧，并确定所述正极性信号帧与所述负极性信号帧所占比例；

LED灯组帧模块，用于在每个活跃LED灯，将混合信号帧中的正极性信号帧与负极性信号帧乘以相应信号帧放大因子，并加上相应直流偏置，以得到待发送信号帧；以及

LED灯发送模块，用于对所述待发送信号帧进行数模变换、滤波之后控制可见光驱动电流，获取并发送可见光通信信号。

Images