CN115085809A - 一种抗遮挡的自适应盲接收方法 - Google Patents

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薛婧姝
张海勇
王贾予沣
梁进山
刘洛琨
陈文民
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Abstract

本发明公开一种抗遮挡的自适应盲接收方法，该方法包括每个接收机均被两个光源的通信范围覆盖，两光源覆盖区域存在一重叠范围，采用GMM模型描述OOK调制下的混叠信号，运用期望最大化算法实现混叠信号成分分析，根据混叠信号成分分析确定混叠信号的电平值，对混叠信号进行判决和恢复。本发明解决了链路遮挡导致的通信中断问题，可适用于工业制造场景下局部生产元素移动导致的可见光通信链路遮挡，有利于提升通信的鲁棒性；本发明无需对其信道进行估计，直接对混叠信号波形进行成分分析和解调，有利于提升传输效率；利用本发明与发送灯光标签的可见光定位系统结合，在遮挡情况下也可实现较低精度的终端定位。

Description

一种抗遮挡的自适应盲接收方法
技术领域
本发明涉及可见光通信技术领域，具体涉及一种抗遮挡的自适应盲接收方法。
背景技术
工业物联网的快速发展对通信的可靠性提出了更高要求。可见光通信具有覆盖范围可控、电磁兼容性好等优势，有利于保障工业物联网的生产与数据安全。然而，工厂内的机械臂等生产元素经常处于移动状态，容易对可见光通信链路造成随机遮挡，严重影响了数据传输的可靠性。因此，可以通过增加可见光通信发射端布设的密集度减少光路被遮挡的概率，使得无遮挡情况下每个接收位置可以被两个光源的通信范围覆盖。这带来了两个问题：第一，两灯覆盖重叠区域信号干扰导致无法正常通信，采用频分复用技术会成倍降低通信效率；第二，接收机对光路的遮挡状态未知，导致无法确认接收信号的来源数量。
发明内容
本发明的目的在于针对多小区可见光通信中障碍物随机遮挡导致的接收中断问题，提出一种抗遮挡的自适应盲接收方法，通过密集布置光源并结合信号自适应接收算法，实现抗链路遮挡的鲁棒接收。
本发明的技术方案如下：
一种抗遮挡的自适应盲接收方法，该方法包括每个接收机均被两个光源的通信范围覆盖，两光源覆盖区域存在一重叠范围，采用GMM模型描述OOK调制下的混叠信号，运用期望最大化算法实现混叠信号成分分析，根据混叠信号成分分析确定混叠信号的电平值，对混叠信号进行判决和恢复。
进一步的，两个光源均采用开光键控调制传输信号。
进一步的，采用GMM模型描述OOK调制下的混叠信号的公式为
Figure BDA0003694489440000021
其中，
Figure BDA0003694489440000022
进一步的，运用期望最大化算法实现混叠信号成分分析的步骤包括：
输入：y、
Figure BDA0003694489440000023
初始化：i←1,
Figure BDA0003694489440000024
While
Figure BDA0003694489440000025
Figure BDA0003694489440000026
Figure BDA0003694489440000027
Figure BDA0003694489440000028
i←i+1
Endwhile
输出：
Figure BDA0003694489440000029
其中，
Figure BDA00036944894400000210
为接收混叠信号的强度均值。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明解决了链路遮挡导致的通信中断问题，可适用于工业制造场景下局部生产元素移动导致的可见光通信链路遮挡，有利于提升通信的鲁棒性；
(2)本发明无需对其信道进行估计，直接对混叠信号波形进行成分分析和解调，有利于提升传输效率；
(3)利用本发明与发送灯光标签的可见光定位系统结合，在遮挡情况下也可实现较低精度的终端定位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明提供的一种抗遮挡的自适应盲接收方法的方法示意图；
图2为本发明提供的一种抗遮挡的自适应盲接收方法的两光源抗遮挡覆盖示意图；
图3为本发明提供的一种抗遮挡的自适应盲接收方法的混叠信号示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例
请参阅图1，本实施例提供一种抗遮挡的自适应盲接收方法，该方法包括每个接收机均被两个光源的通信范围覆盖，两光源覆盖区域存在一重叠范围，采用GMM模型描述OOK调制下的混叠信号，运用期望最大化算法实现混叠信号成分分析，根据混叠信号成分分析确定混叠信号的电平值，对混叠信号进行判决和恢复。
两个光源均采用开光键控(On-Off Keying，OOK)调制传输信号，两光源重叠范围内信号接收具有抗遮挡效果，结合图2所示，当接收机位于区域1时，可以接收到一路信号，位于区域2时，可以接收两路信号。
为使接收机可以在不同混叠情况下自适应接收信号，提出以下自适应盲接收技术。在叠加高斯噪声的情况下，第个采样点两个传感器接收到的二进制混叠信号均服从高斯混合模型(Gaussian Mixed Model，GMM)，即
Figure BDA0003694489440000041
其中，
Figure BDA0003694489440000042
由此，对二进制混叠信号而言，每一路接收信号均可看作有若干随机均值的高斯分布。只有确定混合高斯分布均值的取值范围，才能对混叠信号进行进一步的判决和恢复，将均值估计的过程称为信号成分分析。
由于h2P2＝h1P1时，混叠信号无法分辨，这里仅考虑0<h1P1<h2P2的情况。该情况下，接收端信号电平分布如图3所示，将四种电平分别记为k＝0,1,2,3。不难得出，k＝3对应高斯分布均值的估计值为
Figure BDA0003694489440000043
其中
Figure BDA0003694489440000044
为接收混叠信号的强度均值，同时k＝0对应的高斯分布均值为μ0＝0。设k＝1对应的分布均值为
Figure BDA0003694489440000045
则
Figure BDA0003694489440000046
定义a1和a2为第1、2路发射信号的混叠信号成分因子，通过估计成分因子即可确定混叠信号电平。采用期望最大化(Expectation-Maximization，EM)算法可实现成分因子的估计。算法步骤包括：
输入：y、
Figure BDA0003694489440000047
初始化：i←1,
Figure BDA0003694489440000048
While
Figure BDA0003694489440000049
Figure BDA00036944894400000410
Figure BDA00036944894400000411
Figure BDA0003694489440000051
i←i+1
Endwhile
输出：
Figure BDA0003694489440000052
经过成分分析，可以确定混叠信号的电平值。由最小距离准则，设置判决阈值为
Figure BDA0003694489440000053
可将接收信号映射至不同的混叠信号组合，从而实现混叠信号联合软判决。当有一路信号被遮挡时，成分因子分别趋于0和1，可以完成一路信号的正确恢复。由此，该方法对两种区域下的接收具有自适应性。
综上所述，本发明的一种抗遮挡的自适应盲接收方法，具有以下发明点：
(1)通过光源密集布设提升信号接收的抗干扰性能，采用自适应接收方法实现不同覆盖情况下的信号鲁棒接收；
(2)采用GMM模型描述OOK调制下的混叠信号，运用期望最大化方法实现信号电平估计；
(3)基于OOK调制信号的对称性，对电平估计结果进行修正，得到信号成分因子。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种抗遮挡的自适应盲接收方法，其特征在于，该方法包括每个接收机均被两个光源的通信范围覆盖，两光源覆盖区域存在一重叠范围，采用GMM模型描述OOK调制下的混叠信号，运用期望最大化算法实现混叠信号成分分析，根据混叠信号成分分析确定混叠信号的电平值，对混叠信号进行判决和恢复。
2.根据权利要求1所述的一种抗遮挡的自适应盲接收方法，其特征在于，两个光源均采用开光键控调制传输信号。
3.根据权利要求1所述的一种抗遮挡的自适应盲接收方法，其特征在于，采用GMM模型描述OOK调制下的混叠信号的公式为
Figure FDA0003694489430000011
其中，
Figure FDA0003694489430000012
4.根据权利要求1所述的一种抗遮挡的自适应盲接收方法，其特征在于，运用期望最大化算法实现混叠信号成分分析的步骤包括：
输入：y、
Figure FDA0003694489430000013
初始化：i←1,
Figure FDA0003694489430000014
While
Figure FDA0003694489430000015
Figure FDA0003694489430000016
Figure FDA0003694489430000017
Figure FDA0003694489430000021
i←i+1
Endwhile
输出：
Figure FDA0003694489430000022
其中，
Figure FDA0003694489430000023
为接收混叠信号的强度均值。
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