CN115549861B - 一种基于可见光通信的比特交织方法及装置 - Google Patents

一种基于可见光通信的比特交织方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于可见光通信的比特交织方法及装置，通过本申请的交织方法得到序列按照顺列首先映射到M阶的星座点上，然后按照顺序加载到子载波上进行传输。按照顺序进行比特到星座符号的映射，同时还考虑了符号到子载波的映射过程，即用低频率的子载波来传输后验互信息较大的编码比特，用相对高频率的子载波来传输后验互信较小的编码比特，改善可见光通信系统每一层的错误性能，从而解决了现有的可见光通信系统存在通信性能不足的技术问题。

Description

一种基于可见光通信的比特交织方法及装置
技术领域
本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种基于可见光通信的比特交织方法及装置。
背景技术
可见光通信(Visible Light Communication,VLC)是指利用光谱波长为380-700nm的可见光波段作为信息载体来传输信息。可见光通信系统的发送端采用发光二极管(Light Emitting Diode,LED)作为光源，通过肉眼察觉不到的、高速明暗闪烁的可见光信号来传输信息，在接收端，以光电二极管作为光检测器(Photodetector，PD)，将光信号转化为相应的电信号，然后对电信号进行A/D转换、解调、解码等处理来还原传输信息。
已有的交织方案是考虑原模图的编码比特与星座图符号映射之间的关系。例如变量点度匹配映射(Variable Degree Matched Mapping,VDMM),这种交织方案是将原模图度最大的变量点对应的编码比特映射到星座上具有最大互信息的标签比特上，原模图度最小的变量点对应的编码比特映射到星座上具有最小互信息标签比特上，但是在LACO-OFDMVLC系统中，除了比特到符号的映射，还存在符号到载波的映射，不同载波的衰落系数不同，不同的原模图编码比特映射到不同的子载波上会对系统的性能产生一定的影响，然而现有的交织方案只是考虑原模图的编码比特与星座图符号之间的映射关系，即比特到符号映射，并未考虑过编码比特到载波的映射关系，导致现有的可见光通信系统存在通信性能不足的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种基于可见光通信的比特交织方法及装置，用于解决现有的可见光通信系统存在通信性能不足的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请第一方面提供了一种基于可见光通信的比特交织方法，包括：
获取由可见光通信系统发送的第一编码序列；
根据所述第一编码序列中包含的编码比特，将所述第一编码序列分成多个比特组；
以各个比特组中的编码比特作为原模图的各个变量点，通过预设的互信息计算方式，计算各个变量点的互信息；
根据各个编码比特的互信息，对所述第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列；
基于所述第二编码序列，结合所述可见光通信系统中各个星座点的标签比特数，将所述第二编码序列分成多个子块，得到第一块序列；
根据块序列排序算式，对所述第一块序列中的各个所述子块进行排序，得到第二块序列，所述块序列排序算式是基于原模图编码比特和子载波的映射关系得到的。
优选地，所述块序列排序算式为：
Figure BDA0003855321320000021
j＝0,1,…，α-1；
Figure BDA0003855321320000022
式中，g为编码比特数与所述标签比特数的比值，N为所述可见光通信系统的FFT/IFFT点数，α为所述可见光通信系统发送的OFDM帧的数量。
优选地，所述互信息计算方式具体为原模图外信息转移算法。
优选地，所述根据各个编码比特的互信息，对所述第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列具体包括：
根据各个编码比特的互信息大小，按照从大到小的排序顺序，对所述第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列。
优选地，所述互信息具体为后验互信息。
本申请第二方面提供了一种基于可见光通信的比特交织装置，包括：
编码序列获取单元，用于获取由可见光通信系统发送的第一编码序列；
编码序列分组单元，用于根据所述第一编码序列中包含的编码比特，将所述第一编码序列分成多个比特组；
变量点互信息计算单元，用于以各个比特组中的编码比特作为原模图的各个变量点，通过预设的互信息计算方式，计算各个变量点的互信息；
编码序列排序单元，用于根据各个编码比特的互信息，对所述第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列；
二次分组单元，用于基于所述第二编码序列，结合所述可见光通信系统中各个星座点的标签比特数，将所述第二编码序列分成多个子块，得到第一块序列；
块序列交织单元，用于根据块序列排序算式，对所述第一块序列中的各个所述子块进行排序，得到第二块序列，所述块序列排序算式是基于原模图编码比特和子载波的映射关系得到的。
优选地，所述块序列排序算式为：
Figure BDA0003855321320000031
j＝0,1,…，α-1；
Figure BDA0003855321320000032
式中，g为编码比特数与所述标签比特数的比值，N为所述可见光通信系统的FFT/IFFT点数，α为所述可见光通信系统发送的OFDM帧的数量。
优选地，所述互信息计算方式具体为原模图外信息转移算法。
优选地，所述根据各个编码比特的互信息，对所述第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列具体包括：
根据各个编码比特的互信息大小，按照从大到小的排序顺序，对所述第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列。
优选地，所述互信息具体为后验互信息。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
通过本申请的交织方法得到序列按照顺列首先映射到M阶的星座点上，然后按照顺序加载到第k层的子载波上进行传输。按照顺序进行比特到星座符号的映射，同时还考虑了符号到子载波的映射过程，即用低频率的子载波来传输后验互信息较大的编码比特，用相对高频率的子载波来传输后验互信较小的编码比特，改善可见光通信系统每一层的错误性能，从而解决了现有的可见光通信系统存在通信性能不足的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为LACO-OFDM VLC模型的结构示意图。
图2为本申请提供的一种基于可见光通信的比特交织方法的一个实施例的流程示意图。
图3为不同的交织映射方案下LACO-OFDM VLC系统的误比特性能对比图。
图4为本申请提供的一种基于可见光通信的比特交织装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
现有的交织方案只是考虑原模图的编码比特与星座图符号之间的映射关系，即比特到符号映射，没有方案考虑过编码比特到载波的映射关系。在LACO-OFDM VLC系统中，除了比特到符号的映射，还存在符号到载波的映射。
不同载波的衰落系数不同，不同的原模图编码比特映射到不同的子载波上会对系统的性能产生一定的影响。因此本发明的目的在于提出一种新型的比特交织方案，即考虑原模图编码比特与子载波之间的映射关系。为了方便说明，本申请下面的实施例将把本申请提出的这种交织方案称为VSMM交织方案(Variable-node Subcarrier MatchedMapping,变量点子载波匹配映射)
本申请实施例提供了一种基于可见光通信的比特交织方法及装置，用于解决现有的可见光通信系统存在通信性能不足的技术问题。
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图2，本申请第一个实施例提供的一种基于可见光通信的比特交织方法，包括：
步骤101、获取由可见光通信系统发送的第一编码序列；
步骤102、根据第一编码序列中包含的编码比特，将第一编码序列分成多个比特组；
步骤103以各个比特组中的编码比特作为原模图的各个变量点，通过预设的互信息计算方式，计算各个变量点的互信息；
步骤104、根据各个编码比特的互信息，对第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列；
步骤105、基于第二编码序列，结合可见光通信系统中各个星座点的标签比特数，将第二编码序列分成多个子块，得到第一块序列；
步骤106、根据块序列排序算式，对第一块序列中的各个子块进行排序，得到第二块序列，块序列排序算式是基于原模图编码比特和子载波的映射关系得到的。
需要说明的是，假设这个可见光通信系统具有L层，每一层都用一个原模图码字进行编码。系统采用的FFT/IFFT点数N＝1024，调制阶数M和每个星座点包含m个标签比特，即m＝log2M。
给定一个层k(k＝1,2,…,L),实际发送的编码序列
Figure BDA0003855321320000055
(不包含打孔变量点),首先把这个编码序列uk分成n个组，每一个组包含tk＝τk/n个编码比特，每一个组的比特对应一个原模图的变量点。然后，在提出的LACO-OFDM VLC系统中利用原模图外信息转移(Protograph-based Extrinsic Information Transfer，PEXIT)算法来计算每一个变量点的互信息。互信息大的变量点所对应的编码比特排在第一个位置，其他后验互信息较小的变量点所对应的编码比特紧跟其后。用这样一种方式，可以得到一个重排了的编码比特序列
Figure BDA0003855321320000051
对应这个重排的编码比特序列
Figure BDA0003855321320000052
按照顺序平均地分成g(g＝τk/m)个子块，形成一个块序列zk＝[zk1,zk2,…zkg]，每个子块zkq,q＝1,2,…g包含m个编码比特。接下来通过重新排列每个子块zkq的位置形成一个优化的块序列
Figure BDA0003855321320000053
这个重排规则定义如下：
Figure BDA0003855321320000054
其中j＝0,1,…，α-1，
Figure BDA0003855321320000061
和
Figure BDA0003855321320000062
表示发送OFDM帧的数量。
基于以上两步操作，可以得到一个交织后的序列
Figure BDA0003855321320000063
这个序列按照顺列首先映射到M阶的星座点上，然后按照顺序加载到第k层的子载波上进行传输。这种交织方案在比特到星座符号的映射是按照顺序进行的，同时，考虑了符号到子载波的映射过程，即在每一层中，用低频率的子载波来传输互信息较大的变量点，用相对高频率的子载波来传输互信息较小的变量点。通过这样一种交织方式来改善每一层的错误性能。
进一步地，为了证明设计的VSMM交织方案的优越性，在每一层中将提出的VSMM交织方案与VDMM交织方案进行了比较，并且也与每一层在没有交织的情况下进行了比较。选取AR4JA原模图码作为本系统的纠错码。AR4JA原模图的基础矩阵BAR4JA,码率为1/2。用PEXIT算法评估了AR4JA原模图码字在各个交织方案下的性能，无特别说明，考虑了16-QAM调制和系统总的层数L＝3。其中，原模图的基础矩阵BAR4JA具体如下：
Figure BDA0003855321320000064
测出的译码门限值如表1所示。
表1不同交织方案下AR4JA原模图的译码门限值(单位：dB)
Figure BDA0003855321320000065
从表1中可以发现无论在那一层，AR4JA原模图在提出的VSMM交织方案下的译码门限值最小，表明AR4JA原模图在提出的VSMM交织方案下比在VDMM交织方案下具有更好的瀑布区性能。除此之外，AR4JA原模图在提出的VSMM交织方案下比在没有交织的情况下也具有更好的瀑布区性能。
基于不同的交织映射方案，对码率为1/2的AR4JA原模图码字，在的可见光通信系统上进行的误比特性能仿真，仿真结果如图3所示。其中第一层传输码字长度5120，第二层的码字长度2560，第三层的码字长度1280。采用BP译码算法，BP迭代次数为50。
从图3中，可以发现所提出的VSMM交织方案在3层中都比VDMM交织方案的误比特性能要好，同时也比在没有交织的情况下要好。这说明在可见光通信系统中，编码比特到子载波的映射关系对系统性能是有一定影响的。所提出的VSMM交织方案能够改善可见光通信系统性能。
以上内容便是本申请提供的一种基于可见光通信的比特交织方法的实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种基于可见光通信的比特交织装置的一个实施例的详细说明。
请参阅图4，本申第二个实施例提供了一种基于可见光通信的比特交织装置，包括：
编码序列获取单元201，用于获取由可见光通信系统发送的第一编码序列；
编码序列分组单元202，用于根据第一编码序列中包含的编码比特，将第一编码序列分成多个比特组；
变量点互信息计算单元203，用于以各个比特组中的编码比特作为原模图的各个变量点，通过预设的互信息计算方式，计算各个变量点的互信息；
编码序列排序单元204，用于根据各个编码比特的互信息，对第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列；
二次分组单元205，用于基于第二编码序列，结合可见光通信系统中各个星座点的标签比特数，将第二编码序列分成多个子块，得到第一块序列；
块序列交织单元206，用于根据块序列排序算式，对第一块序列中的各个子块进行排序，得到第二块序列，块序列排序算式是基于原模图编码比特和子载波的映射关系得到的。
进一步地，块序列排序算式为：
Figure BDA0003855321320000071
j＝0,1,…，α-1；
Figure BDA0003855321320000072
式中，g为编码比特数与标签比特数的比值，N为可见光通信系统的FFT/IFFT点数，α为可见光通信系统发送的OFDM帧的数量。
进一步地，互信息计算方式具体为原模图外信息转移算法。
进一步地，根据各个编码比特的互信息，对第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列具体包括：
根据各个编码比特的互信息大小，按照从大到小的排序顺序，对第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列。
进一步地，互信息具体为后验互信息。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的终端，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于可见光通信的比特交织方法，其特征在于，包括：
获取由可见光通信系统发送的第一编码序列；
根据所述第一编码序列中包含的编码比特，将所述第一编码序列分成多个比特组；
以各个比特组中的编码比特作为原模图的各个变量点，通过预设的互信息计算方式，计算各个变量点的互信息；
根据各个编码比特的互信息，对所述第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列；
基于所述第二编码序列，结合所述可见光通信系统中各个星座点的标签比特数，将所述第二编码序列分成多个子块，得到第一块序列；
根据块序列排序算式，对所述第一块序列中的各个所述子块进行排序，得到第二块序列，所述块序列排序算式是基于原模图编码比特和子载波的映射关系得到的；
所述块序列排序算式为：
式中，为重排后的块序列中的第i个子块，为重排前的块序列中的第个子块，g为编码比特数与所述标签比特数的比值，N为所述可见光通信系统的FFT/IFFT点数，为所述可见光通信系统发送的OFDM帧的数量。
2.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信的比特交织方法，其特征在于，所述互信息计算方式具体为原模图外信息转移算法。
3.根据权利要求2所述的一种基于可见光通信的比特交织方法，其特征在于，所述根据各个编码比特的互信息，对所述第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列具体包括：
根据各个编码比特的互信息大小，按照从大到小的排序顺序，对所述第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种基于可见光通信的比特交织方法，其特征在于，所述互信息具体为后验互信息。
5.一种基于可见光通信的比特交织装置，其特征在于，包括：
编码序列获取单元，用于获取由可见光通信系统发送的第一编码序列；
编码序列分组单元，用于根据所述第一编码序列中包含的编码比特，将所述第一编码序列分成多个比特组；
变量点互信息计算单元，用于以各个比特组中的编码比特作为原模图的各个变量点，通过预设的互信息计算方式，计算各个变量点的互信息；
编码序列排序单元，用于根据各个编码比特的互信息，对所述第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列；
二次分组单元，用于基于所述第二编码序列，结合所述可见光通信系统中各个星座点的标签比特数，将所述第二编码序列分成多个子块，得到第一块序列；
块序列交织单元，用于根据块序列排序算式，对所述第一块序列中的各个所述子块进行排序，得到第二块序列，所述块序列排序算式是基于原模图编码比特和子载波的映射关系得到的；
所述块序列排序算式为：
式中，为重排后的块序列中的第i个子块，为重排前的块序列中的第个子块，g为编码比特数与所述标签比特数的比值，N为所述可见光通信系统的FFT/IFFT点数，为所述可见光通信系统发送的OFDM帧的数量。
6.根据权利要求5所述的一种基于可见光通信的比特交织装置，其特征在于，所述互信息计算方式具体为原模图外信息转移算法。
7.根据权利要求6所述的一种基于可见光通信的比特交织装置，其特征在于，所述根据各个编码比特的互信息，对所述第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列具体包括：
根据各个编码比特的互信息大小，按照从大到小的排序顺序，对所述第一编码序列中的编码比特进行排序，得到第二编码序列。
8.根据权利要求5至7任意一项所述的一种基于可见光通信的比特交织装置，其特征在于，所述互信息具体为后验互信息。
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CN111371465A (zh) * 2018-12-26 2020-07-03 上海交通大学 Ldpc码字的比特交织方法、系统与介质

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