CN115941039A - 一种基于pdm智能反射面辅助noma的可见光通信方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法及系统，涉及通信技术领域，本发明的方法包括：将用户分为L个用户大群，在每一个用户群中采用SCMA进行编码映射，形成待发送的码字信号；根据SCMA映射因子图选择搭载码字信号的可见光光源发射器，并为每个用户的码字信号添加直流偏置，将每个用户的码字信号转为正实数信号；对可见光光源发射器发射的光信号进行偏振控制，以获得单一振动方向的线偏振光；将线偏振光通过同一可见光信道传输。本发明的方法将功率域的非正交多址技术和码域的非正交多址技术相结合，提高了频谱的利用效率和通信容量；并且，本发明优化了智能反射面的反射单元，可以大大增强用户的移动性，实现无中断的顺畅通信。

Description

一种基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法及系统。

背景技术

随着移动通信产业的迅速发展和未来多元化通信方式的普及，对下一代的6G无线通信网络提出了更高的要求，可见光通信(Visible Light Communication,VLC)因具有绿色环保、安全性高、保密性好、抗电磁干扰能力强、集通信与照明功能于一体、无电磁污染等优点，越来越受到科研人员的关注。

可见光通信是利用半导体照明(LED灯)的光线来实现数据传输的技术，将信号加载到光源上，通过探测光的强度、相位、偏振等物理性质的变化，从而实现信息的传输。

非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)接入技术的基本思想是在发送端对信号采用非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)使接收机实现正确解码，使用NOMA技术可以很好地提高频谱利用效率和通信容量。

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface，IRS)技术是一种全新的革命性技术，它可以通过在平面上集成大量低成本的无源反射元件，智能地重新配置无线传播环境，从而显著提高无线通信网络的性能。因此，将这些技术结合运用到下一代移动通信当中可以进一步提高通信速率和频谱利用率。

偏振复用(Polarization Division Multiplexing,PDM)技术利用光的偏振维度，在同一波长信道中，通过光的两个正交偏振态同时传输两路独立数据信息达到倍增系统容量和频谱利用效率的目的。除了低成本提高信道传输速率以外，PDM技术还可以和各种新型调制格式、相干检测和非相干检测技术相结合，进一步提高系统容量和频谱利用率，并利用现有的数字信号处理技术灵活的实现信号解复用和链路损伤补偿等关键功能。PDM已经成为光通信系统与网络的关键技术之一。

将SCMA技术与VLC技术结合可进一步发挥SCMA和VLC的技术优势。然而，传统SCMA解码技术采用消息传递算法(Message Propagation Algorithm,MPA)，结合先验概率，利用因子图在用户节点和资源节点之间迭代更新后验概率消息，以尽可能准确地解码出原来各个用户发送的码字。相比于最大似然算法(Maximum Likelihood，ML)检测方法，MPA解码器的算法复杂度虽有所降低，但其复杂度随用户数量增加成指数级增长，从而导致解码效率低，不能满足未来6G系统的部署需求。另外针对非正交多址的多用户检测，也可以采用一种叫串行干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)的技术，SIC解码技术相对于MPA解码技术可以大大降低其解码复杂度，SIC解码技术的一大缺点就是其解码性能不如MPA，特别是在高信噪比的情况下。

针对现有解码方式的不足，公告号为CN114337933B的中国发明专利提出了一种“基于SCMA的高速可见光通信系统及自适应编解码方法”，将SCMA技术与可见光通信技术相结合，在保证解码准确性的前提下，最大可能降低原来MPA解码算法的复杂度。

然而，现有的SCMA与VLC结合的技术只考虑了从算法领域来降低SCMA-VLC通信系统的解码复杂度，并没有考虑利用光的特殊物理特性(如光的偏振特性)来降低系统的解码复杂度。并且，现有的可见光通信上的NOMA技术是将功率域的PD-NOMA技术和码域的NOMA技术分开应用，而没有将功率域非正交多址技术、码域的非正交多址技术以及IRS技术结合应用，其频谱利用效率低，导致通信容量低。

发明内容

本发明的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法及系统，能够提高频谱的利用效率，提高通信速率和通信容量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。

一种基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法，应用于信号发射端，其包括：

将用户分为L个用户大群，在每一个用户群中采用SCMA进行编码映射，形成待发送的码字信号；

根据SCMA映射因子图选择搭载码字信号的可见光光源发射器，并为每个用户的码字信号添加直流偏置，将每个用户的码字信号转为正实数信号，以驱动可见光光源发射器发光；

对可见光光源发射器发射的光信号进行偏振控制，以获得单一振动方向的线偏振光；

将线偏振光通过同一可见光信道传输；所述可见光信道包括两种链路，一种为直射链路，另一种为IRS智能反射面形成的非直射链路。

优选的，所述在每一个用户群中采用SCMA进行编码映射，形成待发送的码字信号包括：

将一个SCMA码本所能承载的用户数J划分为一个小群，一个SCMA用户小群中，对每个用户进行编码映射；根据SCMA的编码原理，假设有J个用户共用K个正交资源块，第j个用户待发送的比特信号先通过母码本映射编码，形成待发送的码字信号，映射过程为：X_j＝MC(:,x(j,i)+1)；J个用户叠加的码字为：

优选的，所述添加直流偏置过程包括：

通过功率分配复用的方式对SCMA码本进行功率复用，在功率复用过程中，对功率分配比进行优化，得到最佳功率分配比；

对经过功率复用的SCMA叠加码字信号进行ACO-OFDM调制。

优选的，所述对可见光光源发射器发射的光信号进行偏振控制过程包括：使每个用户的偏振角度

其中，j表示第j个用户，Δ_j里面的元素表示起偏器的起偏角，每个用户经过偏振片后的信号S_j＝V_jMC(:,x(j,i)+1)Δ_j，其中，V_j由

得到，F_j表示因子图F的第j列，V_j表示选择的可见光光源发射器。

优选的，对直射链路和非直射链路进行优化，所述优化过程为：

直射链路的信道增益为：

其中，A表示光电探测器的接收面积，m表示朗伯体辐射阶数，d_r,l表示信号发送端到信号接收端的直射距离，θ和φ分别表示LED的辐射角和LED到接收器的入射角，gof表示光学滤波器增益，f表示聚光透镜的增益；

非直射链路的信道增益为：

其中，δ表示智能反射面的反射系数，d_n,l和d_r,n分别表示第l个LED到第n个智能反射面单元的距离，第n个智能反射面单元到第r个用户的距离；

经过滤光片滤波后，单个接收器r接收到的信号为：

其中，ρ_r表示光电探测器的响应度，g_n,l表示反射控制单元，g_n,l只进行0-1二值变化，当g_n,l＝1时，表示第n块智能反射单元为第l个LED灯进行通信辅助服务，g_n,l＝0时，表示不服务；同时g_n,l满足以下约束条件：

其中，N表示总的智能反射面反射单元数，上面约束条件表示最多只能为一个LED灯进行通信辅助服务。

一种基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法，应用于信号接收端，其包括：

获取信号发送端发出的可见光信号，解颜色复用；

对单基色下的光信号进行再次滤波处理，得到多路并行信号；

对并行的每路信号进行ACO-OFDM解调，得到单基色下的功率复用的SCMA复数码字信号；

将最佳功率分配比按从大到小的顺序进行排序，按照此顺序进行SIC+MPA联合解码。

优选的，所述SIC+MPA联合解码过程包括：

采用MPA检测算法对发送信号功率最大的用户群1的接收信号进行检测；对用户群1信号进行解码后，减去已检测用户群1信号的再次经过码本映射的码字信号，通过MPA检测算法检测接下来发送信号功率最大用户群当中各个用户的发送信号，按照此顺序依次检测各个SCMA用户群当中每个用户的信号，直至将每个用户的信号都解码出来。

一种基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信的信号发送端，其包括：母码本映射单元，用于将用户待发送的比特信号进行编码，形成待发送的码字信号；

直流偏置单元，用于对待发送的码字信号进行调制，使其转化为正实数信号，以驱动可见光光源发射器发光；

可见光光源发射器，用于发射可见光光波，将用户待发送的码字信号加载至可见光信道上；

偏振态控制器，用于对可见光光源发射器发射的可见光光波进行偏振态控制，以获得单一振动方向的线偏振光。

一种基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信的信号接收端，其包括：光电探测器，用于接收可见光信号，并将其转换为电信号；

去直流偏置单元，用于对电信号去直流偏置，将其转为实数信号；

信道估计单元，用于对接收的可见光信号进行信道估计，以减小信道环境的扰动对信号检测的影响；

滤光片，用于对接收的可见光信号进行滤波；

检偏器，用于检验接收的可见光信号是否为特定振动方向的线偏振光，以消除其它用户对待解码用户的干扰；

解调单元，用于对接收的可见光信号进行解调，以得到单基色下的功率复用的SCMA复数码字信号。

解码单元，用于单基色下的功率复用的SCMA复数码字信号进行解码，从而解码出对应用户发送的比特信号。

一种基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信系统，其包括：所述的信号发送端、所述的信号接收端，以及IRS智能反射面；所述信号发送端发送的可见光信号经可见光信道传输后，到达信号接收端。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

本发明将可见光通信技术、智能反射面技术和非正交多址接入技术三者相结合，采用调制LED光电流的方式进行信号的发送，在信号发送端采用了功率域的PD-NOMA和码域的SCMA，采用多基色的LED灯进行通信，提高了通信速率和通信容量。

通过对智能反射面的反射单元进行优化设计，能够调整信号光的出射方向，使发射的信号可以更集中地被信号接收端接收，大大增强了用户的移动性；当用户移动到某个角落或者被障碍物遮挡时，可以通过控制智能反射面的折射率和镜面反射角度来实现无中断的顺畅通信。

通过对信号发射端和信号接收端进行改进，能够为多用户链接通信的SCMA-VLC通信系统提供高效且快速的编解码方法，进一步发挥SCMA与VLC的技术优势，提高通信系统的通信容量和解码效率。

附图说明

图1是本发明示例性实施例1的基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信系统图。

图2是本发明示例性实施例的基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法原理图。

图3是本发明示例性实施例2的基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法示意图。

图4是本发明示例性实施例3的基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法示意图。

图5是本发明示例性实施例的SIC+MPA联合解码过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参考图1，本发明示例性实施例的基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信系统包括信号发送端、IRS智能反射面和信号接收端；其中，信号发送端用于将各个用户的信号进行码本映射和叠加，并使叠加后的信号在同一可见光信道中传输；可见光信道包括两种传播链路，一种为直射链路(可见光信号直接由信号发送端传输至信号接收端的传播路径)，另一种为通过IRS智能反射面形成的非直射链路(可见光信号由信号发送端传输至IRS智能反射面，经IRS智能反射面，传输至信号接收端的传播路径)；IRS智能反射面用于反射信号，以使信号接收端能够接收到更多的信号，提高通信容量、通信质量，降低误码率；信号接收端用于接收信号，并对接收的信号进行解码，以得到每个用户发送的比特信息。

参考图2，信号发送端包括：母码本映射单元，用于将用户待发送的比特信号进行编码，形成待发送的码字信号；

直流偏置单元，用于对待发送的码字信号进行调制，使其转化为正实数信号，以驱动可见光光源发射器发光；

可见光光源发射器，用于发射可见光光波，将用户待发送的码字信号加载至可见光信道上；

偏振态控制器，用于对可见光光源发射器发射的可见光光波进行偏振态控制，以获得单一振动方向的线偏振光。

信号接收端包括：光电探测器，用于接收可见光信号，并将其转换为电信号；

去直流偏置单元，用于对电信号去直流偏置，将其转为实数信号；

信道估计单元，用于对接收的可见光信号进行信道估计，以减小信道环境的扰动对信号检测的影响。

滤光片，用于对接收的可见光信号进行滤波；

检偏器，用于检验接收的可见光信号是否为特定振动方向的线偏振光，以消除其它用户对待解码用户的干扰；

解调单元(图中未示出)，用于对接收的可见光信号进行滤波和解调，以得到单基色下的功率复用的SCMA复数码字信号。

解码单元，用于单基色下的功率复用的SCMA复数码字信号进行解码，从而解码出对应用户发送的比特信号。

实施例2

图3示出了本发明示例性实施例1的基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法，应用于信号发送端，该方法包括：

步骤10：将信号发送端的用户分为L个用户大群，L表示可见光光源发射器的基色种类，可见光光源发射器的基色种类与用户大群的数量相对应，在每一个用户群中，采用SCMA进行编码映射，形成待发送的码字信号。

在映射过程中，将一个SCMA码本所能承载的用户数J划分为一个小群，一个SCMA用户小群当中每个用户的编码映射过程如下所示：

根据SCMA的编码原理，假设有J个用户共用K个正交资源块，第j个用户待发送的比特信号先通过母码本映射编码，形成待发送的码字信号，映射过程为：

X_j＝MC(:,x(j,i)+1)；

其中，下标j表示第j个用户，x(j,i)表示用户j待发送的第i个M进制的数字信号，MC表示母码本矩阵，且

整个X_j表示选择用户j的码本的第i列作为用户j的第i个发送码字；经过母码本映射编码，J个用户叠加的码字为：

步骤11：根据SCMA映射因子图选择搭载码字信号的可见光光源发射器。

不同基色的可见光光源发射器代表不同的正交资源块，可见光光源发射器可以采用LED发射器，还可以采用其他发射器；以LED发射器为例，选择可见光光源发射器的过程如下所示：

不失一般性，考虑6个用户共用4种基色的LED灯作为发射器的场景，因子图矩阵为：

因子图矩阵F为4行6列的矩阵，用户j选择第j列元素为1的行坐标值作为选择的可见光光源发射器；例如，用户1选择第1列元素为1的行坐标值作为LED发射器，也即用户1选择第2种和第4种LED作为信号发射器，其它用户也按照此原理进行选择。

步骤12：给每个用户的码字信号添加直流偏置，将每个用户的码字信号转为正实数信号，以驱动LED发光。

由于母码本中的元素值为实数，因此每个用户待发送的码字信号为实数信号，不能满足可见光需要正实数信号驱动的要求，需要添加直流偏置才能将每个用户的码字信号转为正实数信号才能驱动LED发光，从而将待发送信号搭载到LED光波上。添加直流偏置过程包括：

步骤120：通过功率分配复用的方式对SCMA码本进行功率复用。

假定功率复用的级数为N，也就是在每个基色上有N个功率复用群，所以每个基色上所能承载的用户数为J×N，整个下行链路所能承载的用户数为L×J×N。在一个单基色用户群当中，对整个单基色发射信号的总功率归一化为1，第n个复用群分配的功率为P_n，满足条件：

为使单基色LED的通信容量达到最大，对功率分配比进行优化，从而得到最佳功率分配比，优化过程如下：

(1)寻找为防止星座图混叠导致不能解码的功率分配比的界；

(2)在(1)的条件下，以最小欧式距离最大化为准则，寻找使欧式距离最大的功率分配比，并以此功率分配比来进行功率复用。

经过功率分配复用后，在一个基色上各个用户叠加的发送信号为：

步骤121：对经过功率复用的SCMA叠加码字信号进行ACO-OFDM调制，以确保在信号高速传输的同时减少信号间的干扰。

经过功率复用的SCMA叠加码字的维度为K，对这K维信号分别进行ACO-OFDM调制，具体调制过程为：

将K维码字分为K路信号，对每一路信号进行ACO-OFDM调制，每一路信号的调制过程为：

对单路的串行信号进行并串转换，对转换的并行信号进行厄米特对称变换，再对进行了厄米特对称变换的信号进行快速傅里叶逆变换，将快速傅里叶逆变换后的信号进行并串转换；为防止经过ACO-OFDM调制后的信号出现限幅噪声，将转换的串行信号进行非对称限幅处理，将处理后的信号经过数模转换使之转换为在时间上连续的连续模拟信号，将此模拟信号驱动单基色LED的一个特定波段的LED将信号发送出去，这里的一个特定波段指的是将单基色的一个发光波长范围段分为K个波段，分别对应SCMA叠加码字的维度值，每个维度对应一个波长段。将K个波长段发出的信号光进行叠加就合成了单基色上承载的叠加SCMA码字。

经过ACO-OFDM调制后，原本是复数的码字信号转换成了便于在LED上传输正实值信号。每一种基色经过ACO-OFDM调制后的正实值信号驱动各自基色的LED灯发光，从而将待发送信号加载到了光波上，各个基色的信号光进行叠加，产生的信号为：

其中，l表示第l种单基色LED。

步骤13：对LED发射器发射的光信号进行偏振控制，以获得单一振动方向的线偏振光。

由于传统的SCMA是通过旋转母码本星座点的角度来使每个用户叠加的信号在检测端能够被检测出来，但是在物理层面，现有的处理方式都是在信号发送的时候将信号转为复数信号，而这种模式在可见光通信当中会出现问题，因为可见光通信当中只能传输正实数信号，为减少在信号接收端进行信号解码处理所带来的高复杂度问题，本发明采用偏振态控制器来实现母码本星座旋转，因为物理上LED发出的可见光是自然光，而自然光的光矢量在每个方向上都有振动方向，可以使用外部偏振片将自然光转为单一振动方向的线偏振光。

具体的，采用偏振态控制器(可以采用偏振片)控制LED光信号的偏振态的过程如下所示：

每个用户的偏振角度

其中，j表示第j个用户，Δ_j里面的元素表示起偏器的起偏角，每个用户经过偏振片后的信号为s_j＝V_jMC(:,x(j,i)+1)Δ_j，其中，V_j由

得到，F_j表示因子图F的第j列，v_j表示选择的可见光光源发射器。

通过偏振态控制器，使得每个用户发送的信号和实际SCMA通过以往母码本星座点旋转得到每个用户发送的码字信号所产生的效果相同，并且在后面的信号检测过程中，可以利用检偏器消除其它用户对待解码用户的干扰。

步骤14：将线偏振光叠加后通过同一可见光信道传输。

每个用户根据因子图上不同用户所选择的LED发射器将映射的码字信号搭载到光波上，光波信号经过叠加后在同一可见光信道中进行传输，最后各个用户叠加的发射信号为：

LED发射器发出的搭载有发射信息的光信号经过可见光信道传输到达信号接收端有两种传播链路，，一种是直射(LoS)链路，一种是非直射(NLoS)链路(由IRS智能反射面形成)；通过对智能反射面的反射单元进行优化，可以调整信号光的出射方向，使发射的信号可以更集中地被信号接收端接收。具体的优化过程如下所示：

直射链路的信道增益为：

其中，A表示光电探测器的接收面积，m表示朗伯体辐射阶数，d_r,l表示信号发送端到信号接收端的直射距离，θ和φ分别表示LED的辐射角和LED到接收器(光电探测器(PD))的入射角，gof表示光学滤波器增益，f表示聚光透镜的增益；

非直射链路的信道增益为：

其中，δ表示智能反射面的反射系数，d_n,l和d_r,n分别表示第l个LED到第n个智能反射面单元的距离，第n个智能反射面单元到第r个用户的距离；

经过滤光片滤波后，单个接收器r接收到的信号为：

其中，ρ_r表示光电探测器的响应度，g_n,l表示反射控制单元，g_n,l只进行0-1二值变化，当g_n,l＝1时，表示第n块智能反射单元为第l个LED灯进行通信辅助服务，g_n,l＝0时，表示不服务；同时g_n,l满足以下约束条件：

其中，N表示总的智能反射面反射单元数，上面约束条件表示最多只能为一个LED灯进行通信辅助服务。

为了使信号接收端接收到更多的发射信号，从而使通信容量达到最大，同时也为了提高通信质量，降低误码率，需要对IRS的反射单元进行优化配置，具体的做法如下所示：

由参考文献[顾立,谭智勇,曹俊诚.太赫兹通信技术研究进展[J].物理,2013,42(10):695-707.]可知，第r个接收器所能达到的瞬时通信速率为：

其中，W表示信道的调制带宽，e表示自然对数的底数，γ_r,l表示第r个接收端的信噪比，r的具体形式如下所示：

L个LED能够达到的总的通信速率为：

建立优化目标及约束条件：

通过优化工具求解R_sum最大时智能反射面g_n,l的配置值，从而使通信速率达到最大，进而提高通信质量降低误码率。

实施例3

图4是本发明示例性实施例2的基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法，应用于信号接收端，该方法包括：

步骤20：获取信号发送端发出的可见光信号，解颜色复用。

可见光信号经过可见光信道传输后，各个基色的光信号变成了混叠的光信号，相当于进行了颜色复用，对混叠的光信号进行解颜色复用；解颜色复用过程包括：将混叠的信号通过各个基色的滤光片，得到不同基色下的功率复用ACO-OFDM调制信号。

步骤21：对单基色下的光信号进行再次滤波处理，得到多路并行信号。

此处的SCMA复数码字信号的维度是K，需要再次对单基色下的光信号进行滤波处理，因为在单基色上进行一个SCMA用户群传输，选择了单基色上的K个频率段作为SCMA用户群当中的K个正交资源块，将单基色信号光经过K个滤波片进行再次滤波，从而得到K路并行的信号。

步骤22：对并行的每路信号进行ACO-OFDM解调，得到单基色下的功率复用的SCMA复数码字信号。解调过程如下所示：

将滤波后的K路信号分别进行ACO-OFDM解调，每一路信号的解调过程均相同；每一路信号解调过程中，对单路信号进行模数转换，得到离散的信号；对离散信号再进行串并转换，将串行信号转换为并行信号；然后对并行信号进行快速傅里叶正变换，再经过并串变换，得到原始SCMA叠加的复数解码信号，从而得到单基色下的功率复用的SCMA复数码字信号。

步骤23：将最佳功率分配比按从大到小的顺序进行排序，然后按照此顺序进行SIC+MPA联合解码，最后解码出每个用户发送的信号。联合解码过程如图5所示：

采用MPA检测算法对发送信号功率最大的用户群1的接收信号进行检测，得到用户群1的解码数据；在对用户群1进行检测时，用户群1中第i个用户受到的干扰包括用户群1内部用户的干扰、用户群2的干扰以及各种背景噪声的干扰，将其它用户群的信号全部当做噪声处理，即将除了用户群1之外的所有的用户群信号全部作为噪声处理；

对用户群1信号进行解码后，减去已检测用户群1信号的再次经过码本映射的码字信号，采用MPA检测算法检测接下来发送信号功率最大用户群当中各个用户的发送信号，按照此顺序依次检测各个SCMA用户群当中每个用户的信号，直至将每个用户的信号都解码出来。

参考图2，在信号接收端对单个用户进行解码时，首先对接收到的信号进行去直流偏置处理，由于可见光信道中信道环境的扰动会对之后的信号检测造成很大的影响，所以对接收到的信号进行信道估计；然后通过滤光片和检偏器得到每个用户的待检测码字信号；最后对每个用户的码字信号进行最大似然检测，从而解码出每个用户发送的比特信号。

进一步地，解码出每个用户发送的比特信号的过程如下所示：

获取每个用户发送的码字估计信号，具体过程如下所示：

其中，y_j,i表示获取到的第j个用户的第i个待解码的码字信号。

采用译码判决，得到每个用户发送的符号信息，具体过程如下：

[:,m]＝min(norm(y_j,i-MC,1))

其中，m表示第i个符号对应的解码值，norm表示matlab软件中的norm取范数函数，min表示matlab软件中的min取最小值函数。

根据估计的符号信息得到每个用户发送的比特信息：

decX＝bi2de(m-1)

其中，decX表示解码恢复的比特流信号。

以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法，应用于信号发射端，其特征在于，所述方法包括：

将用户分为L个用户大群，在每一个用户群中采用SCMA进行编码映射，形成待发送的码字信号；

根据SCMA映射因子图选择搭载码字信号的可见光光源发射器，并为每个用户的码字信号添加直流偏置，将每个用户的码字信号转为正实数信号，以驱动可见光光源发射器发光；

对可见光光源发射器发射的光信号进行偏振控制，以获得单一振动方向的线偏振光；

将线偏振光通过同一可见光信道传输；所述可见光信道包括两种链路，一种为直射链路，另一种为IRS智能反射面形成的非直射链路。

2.根据权利要求1所述的基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法，其特征在于，所述在每一个用户群中采用SCMA进行编码映射，形成待发送的码字信号包括：

将一个SCMA码本所能承载的用户数J划分为一个小群，一个SCMA用户小群中，对每个用户进行编码映射；根据SCMA的编码原理，假设有J个用户共用K个正交资源块，第j个用户待发送的比特信号先通过母码本映射编码，形成待发送的码字信号，映射过程为：X_j＝MC(:,x(j,i)+1)；J个用户叠加的码字为：

3.根据权利要求1所述的基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法，其特征在于，所述添加直流偏置过程包括：

通过功率分配复用的方式对SCMA码本进行功率复用，在功率复用过程中，对功率分配比进行优化，得到最佳功率分配比；

对经过功率复用的SCMA叠加码字信号进行ACO-OFDM调制。

4.根据权利要求1所述的基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法，其特征在于，所述对可见光光源发射器发射的光信号进行偏振控制过程包括：使每个用户的偏振角度

其中，j表示第j个用户，Δ_j里面的元素表示起偏器的起偏角，每个用户经过偏振片后的信号S_j＝V_jMC(:,x(j,i)+1)Δ_j，其中，V_j由

得到，F_j表示因子图F的第j列，V_j表示选择的可见光光源发射器。

5.根据权利要求1所述的基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法，其特征在于，对直射链路和非直射链路进行优化，所述优化过程为：

直射链路的信道增益为：

其中，A表示光电探测器的接收面积，m表示朗伯体辐射阶数，d_r,l表示信号发送端到信号接收端的直射距离，θ和φ分别表示LED的辐射角和LED到接收器的入射角，gof表示光学滤波器增益，f表示聚光透镜的增益；

非直射链路的信道增益为：

其中，δ表示智能反射面的反射系数，d_n,l和d_r,n分别表示第l个LED到第n个智能反射面单元的距离，第n个智能反射面单元到第r个用户的距离；

经过滤光片滤波后，单个接收器r接收到的信号为：

其中，ρ_r表示光电探测器的响应度，g_n,l表示反射控制单元，g_n,l只进行0-1二值变化，当g_n,l＝1时，表示第n块智能反射单元为第l个LED灯进行通信辅助服务，g_n,l＝0时，表示不服务；同时g_n,l满足以下约束条件：

其中，N表示总的智能反射面反射单元数，上面约束条件表示最多只能为一个LED灯进行通信辅助服务。

6.一种基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法，应用于信号接收端，其特征在于，所述方法包括：

获取信号发送端发出的可见光信号，解颜色复用；

对单基色下的光信号进行再次滤波处理，得到多路并行信号；

对并行的每路信号进行ACO-OFDM解调，得到单基色下的功率复用的SCMA复数码字信号；

将最佳功率分配比按从大到小的顺序进行排序，按照此顺序进行SIC+MPA联合解码。

7.根据权利要求6所述的基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信方法，其特征在于，所述SIC+MPA联合解码过程包括：

采用MPA检测算法对发送信号功率最大的用户群1的接收信号进行检测；对用户群1信号进行解码后，减去已检测用户群1信号的再次经过码本映射的码字信号，通过MPA检测算法检测接下来发送信号功率最大用户群当中各个用户的发送信号，按照此顺序依次检测各个SCMA用户群当中每个用户的信号，直至将每个用户的信号都解码出来。

8.一种基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信的信号发送端，其特征在于，包括：母码本映射单元，用于将用户待发送的比特信号进行编码，形 成待发送的码字信号；

直流偏置单元，用于对待发送的码字信号进行调制，使其转化为正实数信号，以驱动可见光光源发射器发光；

可见光光源发射器，用于发射可见光光波，将用户待发送的码字信号加载至 可见光信道上；

偏振态控制器，用于对可见光光源发射器发射的可见光光波进行偏振态控 制，以获得单一振动方向的线偏振光。

9.一种基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信的信号接收端，其 特征在于，包括：光电探测器，用于接收可见光信号，并将其转换为电信号；

去直流偏置单元，用于对电信号去直流偏置，将其转为实数信号；

信道估计单元，用于对接收的可见光信号进行信道估计，以减小信道环境的 扰动对信号检测的影响；

滤光片，用于对接收的可见光信号进行滤波；

检偏器，用于检验接收的可见光信号是否为特定振动方向的线偏振光，以消 除其它用户对待解码用户的干扰；

解调单元，用于对接收的可见光信号进行解调，以得到单基色下的功率复用 的SCMA复数码字信号；

解码单元，用于单基色下的功率复用的SCMA复数码字信号进行解码，从 而解码出对应用户发送的比特信号。

10.一种基于PDM智能反射面辅助NOMA的可见光通信系统，其特征在于，包括：权利要求8所述的信号发送端、权利要求9所述的信号接收端，以及IRS智能反射面；所述信号发送端发送的可见光信号经可见光信道传输后，到达信号接收端。

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