CN116131948B - 基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法、装置、终端及介质 - Google Patents

基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法、装置、终端及介质 Download PDF

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CN116131948B CN202310402991.5A CN202310402991A CN116131948B CN 116131948 B CN116131948 B CN 116131948B CN 202310402991 A CN202310402991 A CN 202310402991A CN 116131948 B CN116131948 B CN 116131948B
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Abstract

本申请公开了一种基于可见光通信的Gray‑GSM星座构建方法、装置、终端及介质，本申请提供的方案首先根据VLC系统的系统参数构建信道响应矩阵，并基于信道响应矩阵来评估不同LED组之间的相关性，再根据相关性结果来选择有效激活LED组，并根据Gray规则，利用所选择的有效激活LED组构建出GSM星座，确保VLC系统性能的稳定性，从而解决了现有GSM星座映射方式存在通信质量不稳定的技术问题。

Description

基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法、装置、终端及介质
技术领域
本申请涉及信息技术领域，尤其涉及一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法、装置、终端及介质。
背景技术
随着信息产业的普及，工业界迫切需要可同时兼顾传输质量和传输速率两项性能指标的数据传输方案，以解决宽带无线接入网络的“最后一公里”难点。为此，第五代移动通信（5th Generation of Mobile Communication Systems, 5G）将可见光通信（VisibleLight Communication, VLC）视为最具潜力的新技术。通过与传统无线射频通信（RadioFrequency Communication, RFC）相比，VLC拥有诸多优势，包括其硬件成本低、能源效率高、带宽资源丰富、可规避电磁干扰、以及可利用海量免授权频段等。
VLC系统的发射机采用发光二极管（Light Emitting Diode, LED）作为光源，这些LED可实现高速闪烁（即肉眼无法捕捉的明暗闪烁，被视为可见光）来进行信息的传递；其中，信息载体（即可见光）是光谱波长为380～700nm 的可见光波段。VLC系统的接收机采用光电二极管（即光检测器）来进行光检测，光信号可被转化为电信号；当电信号进行A/D转换后，可由解调器、译码器对其进行还原来获取原始信息。值得注意的是，由于人眼睛的视觉暂停现象（即余晖效应）（Visual Staying Phenomenon, VSP），只要VLC系统的调制频率足够高，人类就无法捕捉到光线的明暗变化。因此，即使VLC系统正在进行通信，这些LED仍可实现其照明功能，并可控制明亮程度。目前，VLC通信的有效距离可达数十米， LED 照明产业也已逐渐成为主流光源，被广泛用于室内环境。
为了在室内环境中提供充足的亮度，普遍做法是增加光源，即同时使用多个LED，对于这类拥有多个LED的VLC系统，一般被称为多输入多输出VLC（Multiple-InputMultiple-Output VLC, MIMO-VLC）系统，为了在提高MIMO-VLC系统数据传输速率的同时，改善数据传输质量；一种广义空间调制（Generalized Spatial Modulation, GSM）星座被提出。GSM星座通过控制激活部分LED，即即有效激活LED组来传递信息（即显性传输）；光检测器会获取该显性传输信息，同时会检测这些信息是由哪种LED组合激发。因此，发射机中不同的LED组合也能携带不同的信息，这些信息被视为隐性传输。
对于现有的GSM星座在选择有效激活LED组的时候，一般采用自然映射方式筛选，即顺序选择最前面的若干个LED组为有效激活LED组，但在实际应用过程中发现，现有GSM星座映射方式存在通信质量不稳定的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法、装置、终端及介质，用于解决现有GSM星座映射方式存在有通信质量不稳定的技术问题。
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Gray-GSM星座构建方法，其特征在于，包括：
根据VLC系统中发射机和接收机的LED数量，构建信道响应矩阵；
根据所述LED数量和预设的LED激活数量，从所述信道响应矩阵划分出若干个的子矩阵；
构建所述子矩阵之间的相关性系数计算式；
通过所述相关性系数计算式，计算各组子矩阵对的相关性系数，其中，所述子矩阵对指的是由任意两个子矩阵组成的矩阵组；
根据所述相关性系数，对所述各组子矩阵对进行筛选，确定有效激活LED组；
根据所述有效激活LED组，生成数量对应的索引比特组，再根据Gray规则，建立所述索引比特组和所述有效激活LED组的映射关系，以得到Gray-GSM星座。
优选地，所述相关性系数计算式具体为：
；
式中，为子矩阵/>和子矩阵/>的相关性系数，/>，且，/>表示一个尺寸为/>的UPAM调制符号向量。
优选地，还包括：
基于所述Gray-GSM星座，获取所述Gray-GSM星座中有效激活LED组的UPAM信号阶数；
根据所述UPAM信号阶数，分别对所述Gray-GSM星座中的每一组有效激活LED组进行能量强度初始化；
通过平均互信息算法监测所述Gray-GSM星座中各信道的容量变化，并调整所述能量强度，使得所述Gray-GSM星座在保持总能量不变的条件下，将所述VLC系统的信道容量最大化。
优选地，所述根据所述UPAM信号阶数，分别对所述Gray-GSM星座中的每一组有效激活LED组进行能量强度初始化具体包括：
从所述有效激活LED组中选择出任意一个作为原始的第一有效激活LED组，根据所述UPAM信号阶数，对所述第一有效激活LED组的能量强度进行初始化；
根据所述第一有效激活LED组的能量强度，结合第一间隔系数，对第二有效激活LED组的能量强度进行初始化，其中，所述第二有效激活LED组指的是与所述第一有效激活LED组相关性最大的有效激活LED组；
从剩余的有效激活LED组确定出新的第一有效激活LED，基于原始第一有效激活LED组的能量强度，结合所述UPAM信号阶数和第二间隔系数，对所述新的第一有效激活LED组的能量强度进行初始化，并根据所述第一有效激活LED组的能量强度对相应的第二有效激活LED组进行能量强度初始化，直至所有有效激活LED组的能量强度均完成初始化。
本申请第二方面提供了一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建装置，包括：
信道响应矩阵构建单元，用于根据VLC系统中发射机和接收机的LED数量，构建信道响应矩阵；
子矩阵划分单元，用于根据所述LED数量和预设的LED激活数量，从所述信道响应矩阵划分出若干个的子矩阵；
相关系数算式构建单元，用于构建所述子矩阵之间的相关性系数计算式；
相关性系数计算单元，用于通过所述相关性系数计算式，计算各组子矩阵对的相关性系数，其中，所述子矩阵对指的是由任意两个子矩阵组成的矩阵组；
有效激活LED组筛选单元，用于根据所述相关性系数，对所述各组子矩阵对进行筛选，确定有效激活LED组；
Gray-GSM星座构建单元，用于根据所述有效激活LED组，生成数量对应的索引比特组，再根据Gray规则，建立所述索引比特组和所述有效激活LED组的映射关系，以得到Gray-GSM星座。
优选地，所述相关性系数计算式具体为：
；
式中，为子矩阵/>和子矩阵/>的相关性系数，/>，且/>，/>表示一个尺寸为/>的UPAM调制符号向量。
优选地，还包括：
LED能量强度初始化单元，用于：基于所述Gray-GSM星座，获取所述Gray-GSM星座中有效激活LED组的UPAM信号阶数，根据所述UPAM信号阶数，分别对所述Gray-GSM星座中的每一组有效激活LED组进行能量强度初始化，使得所述Gray-GSM星座在保持总能量不变的条件下，将所述VLC系统的信道容量最大化。
优选地，所述LED能量强度初始化单元中的根据所述UPAM信号阶数，分别对所述Gray-GSM星座中的每一组有效激活LED组进行能量强度初始化具体包括：
从所述有效激活LED组中选择出任意一个作为原始的第一有效激活LED组，根据所述UPAM信号阶数，对所述第一有效激活LED组的能量强度进行初始化；
根据所述第一有效激活LED组的能量强度，结合第一间隔系数，对第二有效激活LED组的能量强度进行初始化，其中，所述第二有效激活LED组指的是与所述第一有效激活LED组相关性最大的有效激活LED组；
从剩余的有效激活LED组确定出新的第一有效激活LED，基于原始第一有效激活LED组的能量强度，结合所述UPAM信号阶数和第二间隔系数，对所述新的第一有效激活LED组的能量强度进行初始化，并根据所述第一有效激活LED组的能量强度对相应的第二有效激活LED组进行能量强度初始化，直至所有有效激活LED组的能量强度均完成初始化。
本申请第三方面提供了一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建终端，包括：存储器和处理器；
所述存储器用于存储程序代码，所述程序代码与本申请第一方面提供的基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法相对应；
所述处理器用于执行所述程序代码。
本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中保存有程序代码，且所述程序代码与本申请第一方面提供的基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法相对应。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请提供的方案首先根据VLC系统的系统参数构建信道响应矩阵，并基于信道响应矩阵来评估不同LED组之间的相关性，再根据相关性结果来选择有效激活LED组，并根据Gray规则，利用所选择的有效激活LED组构建出GSM星座，确保VLC系统性能的稳定性，从而解决了现有GSM星座映射方式存在有通信质量不稳定的技术问题。
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为基于PLDPC码的MIMO-VLC系统架构示意图。
图2为本申请提供的一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法的基础实施例的流程示意图。
图3为本申请提供的一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法的进阶实施例的流程示意图。
图4为传统GSM星座，信号域扩展-重分配GSM星座和非均匀能量Gray-GSM星座的信道容量对比图。
图5为传统GSM星座，信号域扩展-重分配GSM星座和非均匀能量Gray-GSM星座的误比特率/误帧率对比图。
图6为本申请提供的一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建装置实施例的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，图中所示的是现有的基于原模图低密度奇偶校验（Protograph Low-Density Parity-Check, PLDPC）编码的MIMO-VLC系统，首先，给定一个信息比特序列，将其输入到PLDPC编码器后可得到一个编码比特序列；再将该编码比特序列送到比特级交织器后，即可得到一个经特定交织处理后的比特交织序列/>。随后，该比特交织序列将被送到基于GSM星座的星座映射器中进行强度调制，并随之产生光信号。在GSM星座映射中，首先从N个LED里选择/>个LED来作为一个激活LED组；则所有可能激活LED组的数量是/>；由于可能不是2的幂次，需要从/>个可能激活LED组中选择/>个来作为有效激活LED组。假设在光信号传输过程中，一个LED携带的比特数为/>,则传输速率为；其中，前面的/>个比特选择有效激活LED组（即隐性传输信息），后面的/>个比特选择相应LED光信号强度（即显性传输信息）。基于M阶UPAM调制方案的光信号强度集合如下所示：
，（1）
其中，是平均光信号强度，经归一化后为1。接收机获取的信号如下所示：
。（2）
是一个尺寸为/>的接收信号向量；/>是一个尺寸为/>的加性高斯白噪声（Additive White Gaussian Noise, AWGN）向量；是一个尺寸为/>的光信号强度向量，其/>个元素中有/>个正实数值，且均取自于UPAM调制方案的光信号强度集合，而余下的/>个元素均为0；H是一个尺寸为/>的信道响应矩阵，其元素由下式计算
。（3）
上述各参数的含义如下表所示：
接收机在获取信号后，会将其输入到星座解映射器中，以计算对应于比特交织序列的LLR（即L1）；再通过对L1进行特定的解交织来获取L2，将L2输入到原模图译码器中进行译码；最后，原模图译码器输出经软判决处理的译码比特序列S’。
表2中，激活LED数量为，UPAM的阶数为/>。
基于上述的现有技术方案，申请人发现，现有的GSM星座在选择有效激活LED组的时候，仅考虑了自然映射；根据公式（2）可知，光信号在传输过程中，会受到信道响应矩阵的影响，任意两个LED之间存在着相关性（两个LED之间的相关性越低，接收机越容易区分这两个LED）；而在自然映射中是按顺序选择最前面的个LED组为有效激活LED组（即忽视了LED之间的相关性），但最前面的/>个LED组并不一定能够保证MIMO-VLC系统的性能是最优的，因此造成了现有的MIMO-VLC系统不稳定的技术现状。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法、装置、终端及介质，用于解决现有GSM星座映射方式存在有通信质量不稳定的技术问题。
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。
首先是关于本申请提供的一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法的基础实施例的详细说明。
请参阅图2，本实施例提供的一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法，包括：
步骤101、根据VLC系统中发射机和接收机的LED数量，构建信道响应矩阵。
首先，根据VLC系统中发射机和接收机的LED数量，其中，假设发射机LED数量为、接收机LED数量为/>，构建一个尺寸为/>的信道响应矩阵H，其中，本实施例的信道响应矩阵H的表达式可以为：
；
中每一行的序号表示接收LED的序号，每一列的序号表示发射LED的序号。矩阵里面的元素都是通过公式（3）生成（与发射LED和接收LED的空间位置、发射角度有关）。
元素表示第/>个发射LED到第/>个接收LED的信道衰落系数，/>和/>分别代表的是矩阵的行序号和列序号，同行中的元素仅表示不同发射LED到某一接收LED的衰落系数（例如，第一行的元素/>分别表示第1, 2, …,/>个发射LED到第1个接收LED的信道衰落系数）。同理，同列中的元素仅表示某一发射LED到不同接收LED的衰落系数，（例如，第一行的元素/>分别表示第1发射LED到第1, 2, …，/>个接收LED的信道衰落系数）。
步骤102、根据LED数量和预设的LED激活数量，从信道响应矩阵划分出若干个的子矩阵。
需要说明的是，给定激活LED数量为；则所有可能激活LED组的数量是，而有效激活LED组的数量为/>，基于上一步骤构建的信道响应矩阵H，由H中任意/>个列向量组成的子矩阵为/>，即/>的尺寸为/>。同时定义/>为/>和/>之间的相关系数，其中，，且/>。
例如：当，/>，若矩阵/>第一列和第二列的列向量组成子矩阵则为/>，若矩阵/>第三列和第四列的列向量组成子矩阵则为，以此类推，共可以产生6个子矩阵，/>和/>均为类似的子矩阵。
步骤103、构建子矩阵之间的相关性系数计算式。
需要说明的是，本实施例提供的相关性系数计算式，其表达式可以为：
；
式中，为子矩阵/>和子矩阵/>的相关性系数，，且/>，/>表示一个尺寸为/>的UPAM调制符号向量，/>中的元素表示/>对应有效激活天线组中第一个被激活的LED要发送的光信号，/>表示有效激活天线组中第二个被激活的LED要发送的信号，以此类推。
步骤104、通过相关性系数计算式，计算各组子矩阵对的相关性系数。
其中，子矩阵对指的是由任意两个子矩阵组成的矩阵组。
基于前述的各个子矩阵组合成的多个子矩阵对，通过上述的相关性系数计算式，可以获得个最大的相关系数，其中，相关系数越大，说明两个子矩阵的相关程度越低，而且构成这些相关系数的子矩阵均不相同，即/>对有效激活LED组（/>个不同的子矩阵，每一个子矩阵可以对应一个有效激活LED组）。
步骤105、根据相关性系数，对各组子矩阵对进行筛选，确定有效激活LED组。
步骤106、根据有效激活LED组，生成数量对应的索引比特组，再根据Gray规则，建立索引比特组和有效激活LED组的映射关系，以得到Gray-GSM星座。
再接着，基于步骤104计算得到的相关性系数，可以考虑不同LED之间的相关性，然后从个所有可能激活的LED组中选择/>个相关性最低的LED组来构成有效激活LED组，在确定了有效激活LED组后，再通过采用Gray规则来建立/>个索引比特组和/>个有效激活LED组之间的映射关系。完成上述过程，便可获得一个Gray-GSM星座。
其中关于映射关系的构建实施方式，可以参阅以下的示例：
每一个索引比特组均由个编码比特（即表3中编码比特的前/>位）构成；例如，当/>的时候，每一个索引比特组由2个编码比特构成，即00，01，10，11。我们可将这/>个索引比特组分成/>对，每一对由两个索引比特组构成，而且它们之间的汉明距离为/>；例如，当/>的时候，00和11为一对，即{00，11}（它们之间的汉明距离为2），01和10为一对，即{01，10}（它们之间的汉明距离为2）。我们将每一对索引比特组和每一对有效激活LED组进行映射。
再例如，当的时候，{00，11}->{(LED1,LED2),(LED3,LED4)}, {01，10}->{(LED1,LED3),(LED2,LED4)}。与此同时，我们要满足以下特点：对于任意两个相邻的索引比特组（即它们之间的汉明距离为1，例如：00和01），与其对应的两个有效激活LED组应该尽可能拥有相同的LED（例如：00->(LED1,LED2)和01->(LED1,LED3)）。通过完成上述过程，便可以获得一个Gray-GSM星座。
通过本实施例提供的Gray-GSM星座构建方案，考虑了不同LED组之间的相关性，再根据相关性结果来选择有效激活LED组，并根据Gray规则，利用所选择的有效激活LED组构建出特定的GSM星座。本实施例构建的Gray-GSM星座构能够确保VLC系统性能的稳定性，从而解决了现有GSM星座映射方式存在有通信质量不稳定的技术问题。
以上内容为本申请提供的一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法的基础实施例的详细说明，下面内容为在上面提供的一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法基础实施例的基础上，进一步提供的进阶实施例的详细说明。
请参阅图3，在上一实施例的基础上，进一步地，步骤106之后还可以包括：
步骤107、基于Gray-GSM星座，获取Gray-GSM星座中有效激活LED组的UPAM信号阶数。
步骤108、根据UPAM信号阶数，分别对Gray-GSM星座中的每一组有效激活LED组进行能量强度初始化。
更具体地，其中步骤108，其步骤过程具体可包括：
从有效激活LED组中选择出任意一个作为原始的第一有效激活LED组，根据UPAM信号阶数M，对第一有效激活LED组的能量强度进行初始化；
根据第一有效激活LED组的能量强度，结合第一间隔系数d1，对第二有效激活LED组的能量强度进行初始化，其中，第二有效激活LED组指的是与第一有效激活LED组相关性最大的有效激活LED组；
从剩余的有效激活LED组确定出新的第一有效激活LED，基于原始第一有效激活LED组的能量强度，结合UPAM信号阶数M和第二间隔系数k1、k2等，对新的第一有效激活LED组的能量强度进行初始化，并根据第一有效激活LED组的能量强度对相应的第二有效激活LED组进行能量强度初始化，直至所有有效激活LED组的能量强度均完成初始化。
步骤109、通过平均互信息算法监测Gray-GSM星座中各信道的容量变化，并调整能量强度，使得Gray-GSM星座在保持总能量不变的条件下，将VLC系统的信道容量最大化。
需要说明的是，在现有的GSM星座方案里，在选择光信号强度的时候，仅考虑了公式（1），而从公式（1）及其他类似情况下得到光信号强度的方法不够灵活（即没有充分考虑所有光信号强度的可能性）；而且目前绝大多数方案中LED的光信号强度都是根据一定比例来分配，尚有一定局限性，即无法保证MIMO-VLC系统能够实现最优性能。为此，在有效激活LED组的基础上考虑所有光信号强度的可能性，再通过最大化信道容量来确定最优的光信号强度取值，实现非均匀能量Gray-GSM星座，从而进一步提升VLC系统的性能。
基于前述步骤获得的，Gray-GSM星座，其有效激活LED组的数量为；同时每一个有效激活LED组由/>个LED构成，而每一个LED携带一个M阶UPAM信号。由于一个M阶UPAM信号有M种不同信号，我们可假设M种不同能量强度，即/>（分别对应M种不同信号）。根据上述讨论，我们首先将这M种不同能量强度用于第一个有效激活LED组；而对于与该有效激活LED组共同构成最大相关系数的另一个有效激活LED组，结合第一间隔系数，其M种不同能量强度可分别设为/>。对于第二个有效激活LED组，将其M种不同能量强度设为/>；而与其共同构成最大相关系数的另一个有效激活LED组的M种能量强度分别为。对于第三个有效激活LED组，可将其M种能量强度设为/>；而与其共同构成最大相关系数的另一个有效激活LED组的M种能量强度为/>。如此类推，我们能够初始化Gray-GSM星座中所有能量强度值。在保持总能量不变的情况下，优化变量/>，以及/>来实现最大的信道容量。
更具体地，假设，两对有效激活LED组为{(LED1,LED2), (LED3,LED4)},{(LED1,LED3),(LED2,LED4)}；UPAM的阶数为/>。那么，第一个有效激活LED组(LED1,LED2)的两种能量强度为/>，/>；而对于与该有效激活LED组共同构成最大相关系数的另一个有效激活LED组（即(LED3,LED4)）的两种能量强度为/>，/>。第二个有效激活LED组(LED1,LED3)的两种能量强度为/>，/>；而对于与该有效激活LED组共同构成最大相关系数的另一个有效激活LED组（即(LED2,LED4)）的两种能量强度为，/>。更具体地说，由于/>，一个LED在一个时隙里仅发送一个比特（该比特非0即1）。在(LED1,LED2)中，比特0对应一个能量强度/>，比特1对应另一个能量强度/>；在(LED3,LED4)中，比特0对应的能量强度为/>，比特1对应的能量强度为/>。在(LED1,LED3)中，比特0对应的能量强度为/>，比特1对应的能量强度为/>；在(LED2,LED4)中，比特0对应的能量强度为/>，比特1对应的能量强度为/>。为了优化上述各种变量来实现最大的信道容量，我们需要保持总能量不变，即/>；经化简可得/>。通过对上述参数进行多目标优化，具体而言，我们首先初始化各个参数，即使得它们数值相等（如e1=e2=d1=k1）；其次，可以基于以下两点来实施进一步优化：1）放大一个有效激活LED组中的能量强度差异（即减小e1，增大e2），2）放大可构成最大相关系数的两个有效激活LED组中的能量强度差异（即减小k1，增大d1）。同时借助传统平均互信息算法来观测其信道容量变化；最后选取能够实现最大信道容量的参数来构成非均匀能量Gray-GSM星座。
为了进一步展示本实施例的技术方案及效果，如下面的表3所示，表3给出了MIMO-VLC系统的非均匀能量Gray-GSM星座；其中，激活LED数量为/>，UPAM的阶数为/>。/>
如图4所示，分析了传统GSM星座，信号域扩展-重分配GSM星座，以及所提出的非均匀能量Gray-GSM星座的信道容量。从图中可以看到，当信噪比在-5～12 dB范围内，非均匀能量Gray-GSM星座拥有比另外两个GSM星座更大的信道容量；这说明非均匀能量Gray-GSM星座在MIMO-VLC系统中能够展示出更加优异的性能表现。
基于MIMO-VLC系统，对码率为1/2的(3，6) PLDPC码在不同GSM星座上进行了误比特率和误帧率分析；其中，激活LED数量为/>，UPAM的阶数为/>。(3，6)PLDPC码的码字长度为2400，检测器采用最大后验概率算法，译码器采用置信度传播（Belief Propagation, BP）算法，而且BP迭代次数为100。仿真结果如图5所示，可以发现相比于传统GSM星座和信号域扩展-重分配GSM星座，本申请所提出的非均匀能量Gray-GSM星座拥有更为显著的误比特率/误帧率性能优势。
以上内容为本申请提供的一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法的基础实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建装置、终端以及计算机可读存储介质等实施例的详细说明。
请参阅图6，本申请第三个实施例提供了一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建装置，包括：
信道响应矩阵构建单元201，用于根据VLC系统中发射机和接收机的LED数量，构建信道响应矩阵；
子矩阵划分单元202，用于根据LED数量和预设的LED激活数量，从信道响应矩阵划分出若干个的子矩阵；
相关系数算式构建单元203，用于构建子矩阵之间的相关性系数计算式；
相关性系数计算单元204，用于通过相关性系数计算式，计算各组子矩阵对的相关性系数，其中，子矩阵对指的是由任意两个子矩阵组成的矩阵组；
有效激活LED组筛选单元205，用于根据相关性系数，对各组子矩阵对进行筛选，确定有效激活LED组；
Gray-GSM星座构建单元206，用于根据有效激活LED组，生成数量对应的索引比特组，再根据Gray规则，建立索引比特组和有效激活LED组的映射关系，以得到Gray-GSM星座。
进一步地，相关性系数计算式具体为：
；
式中，为子矩阵/>和子矩阵/>的相关性系数，/>，且/>，/>表示一个尺寸为/>的UPAM调制符号向量。
进一步地，还包括：
LED能量强度初始化单元，用于：基于Gray-GSM星座，获取Gray-GSM星座中有效激活LED组的UPAM信号阶数，根据UPAM信号阶数，分别对Gray-GSM星座中的每一组有效激活LED组进行能量强度初始化，使得Gray-GSM星座在保持总能量不变的条件下，将VLC系统的信道容量最大化。
进一步地，LED能量强度初始化单元中的根据UPAM信号阶数，分别对Gray-GSM星座中的每一组有效激活LED组进行能量强度初始化具体包括：
从有效激活LED组中选择出任意一个作为原始的第一有效激活LED组，根据UPAM信号阶数，对第一有效激活LED组的能量强度进行初始化；
根据第一有效激活LED组的能量强度，结合第一间隔系数，对第二有效激活LED组的能量强度进行初始化，其中，第二有效激活LED组指的是与第一有效激活LED组相关性最大的有效激活LED组；
从剩余的有效激活LED组确定出新的第一有效激活LED，基于原始第一有效激活LED组的能量强度，结合UPAM信号阶数和第二间隔系数，对新的第一有效激活LED组的能量强度进行初始化，并根据第一有效激活LED组的能量强度对相应的第二有效激活LED组进行能量强度初始化，直至所有有效激活LED组的能量强度均完成初始化。
此外，本申请第四个实施例提供了一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建终端，终端的种类包括但不限于PC电脑，嵌入式设备、服务器等，此终端包括：存储器和处理器；
存储器用于存储程序代码，程序代码与本申请第一个实施例或第二个实施例提供的基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法相对应；
处理器用于执行程序代码，通过此程序代码的执行，从而实现本申请提供的基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法。
本申请第五个实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中保存有程序代码，且程序代码与本申请第一个实施例或第二个实施例提供的基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法相对应。
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，所揭露的终端，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 (10)

1.一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法，其特征在于，包括：
根据VLC系统中发射机和接收机的LED数量，构建信道响应矩阵；
根据所述LED数量和预设的LED激活数量，从所述信道响应矩阵划分出若干个的子矩阵；
构建所述子矩阵之间的相关性系数计算式；
通过所述相关性系数计算式，计算各组子矩阵对的相关性系数，其中，所述子矩阵对指的是由任意两个子矩阵组成的矩阵组；
根据所述相关性系数，对所述各组子矩阵对进行筛选，确定有效激活LED组；
根据所述有效激活LED组，生成数量对应的索引比特组，再根据Gray规则，建立所述索引比特组和所述有效激活LED组的映射关系，以得到Gray-GSM星座。
2.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法，其特征在于，所述相关性系数计算式具体为：
；
式中，为子矩阵/>和子矩阵/>的相关性系数，/>，且/>，/>表示一个尺寸为/>的UPAM调制符号向量，/>为LED激活数量；/>为可能激活LED组的数量。
3.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法，其特征在于，还包括：
基于所述Gray-GSM星座，获取所述Gray-GSM星座中有效激活LED组的UPAM信号阶数；
根据所述UPAM信号阶数，分别对所述Gray-GSM星座中的每一组有效激活LED组进行能量强度初始化，使得所述Gray-GSM星座在保持总能量不变的条件下，将所述VLC系统的信道容量最大化。
4.根据权利要求3所述的一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法，其特征在于，所述根据所述UPAM信号阶数，分别对所述Gray-GSM星座中的每一组有效激活LED组进行能量强度初始化具体包括：
从所述有效激活LED组中选择出任意一个作为原始的第一有效激活LED组，根据所述UPAM信号阶数，对所述第一有效激活LED组的能量强度进行初始化；
根据所述第一有效激活LED组的能量强度，结合第一间隔系数，对第二有效激活LED组的能量强度进行初始化，其中，所述第二有效激活LED组指的是与所述第一有效激活LED组相关性最大的有效激活LED组；
从剩余的有效激活LED组确定出新的第一有效激活LED组，基于原始第一有效激活LED组的能量强度，结合所述UPAM信号阶数和第二间隔系数，对所述新的第一有效激活LED组的能量强度进行初始化，并根据所述新的第一有效激活LED组的能量强度对相应的第二有效激活LED组进行能量强度初始化，直至所有有效激活LED组的能量强度均完成初始化。
5.一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建装置，其特征在于，包括：
信道响应矩阵构建单元，用于根据VLC系统中发射机和接收机的LED数量，构建信道响应矩阵；
子矩阵划分单元，用于根据所述LED数量和预设的LED激活数量，从所述信道响应矩阵划分出若干个的子矩阵；
相关系数算式构建单元，用于构建所述子矩阵之间的相关性系数计算式；
相关性系数计算单元，用于通过所述相关性系数计算式，计算各组子矩阵对的相关性系数，其中，所述子矩阵对指的是由任意两个子矩阵组成的矩阵组；
有效激活LED组筛选单元，用于根据所述相关性系数，对所述各组子矩阵对进行筛选，确定有效激活LED组；
Gray-GSM星座构建单元，用于根据所述有效激活LED组，生成数量对应的索引比特组，再根据Gray规则，建立所述索引比特组和所述有效激活LED组的映射关系，以得到Gray-GSM星座。
6.根据权利要求5所述的一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建装置，其特征在于，所述相关性系数计算式具体为：
；
式中，为子矩阵/>和子矩阵/>的相关性系数，/>，且/>，/>表示一个尺寸为/>的UPAM调制符号向量，/>为LED激活数量；/>为可能激活LED组的数量。
7.根据权利要求5所述的一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建装置，其特征在于，还包括：
LED能量强度初始化单元，用于：基于所述Gray-GSM星座，获取所述Gray-GSM星座中有效激活LED组的UPAM信号阶数，根据所述UPAM信号阶数，分别对所述Gray-GSM星座中的每一组有效激活LED组进行能量强度初始化，使得所述Gray-GSM星座在保持总能量不变的条件下，将所述VLC系统的信道容量最大化。
8.根据权利要求7所述的一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建装置，其特征在于，所述LED能量强度初始化单元中的根据所述UPAM信号阶数，分别对所述Gray-GSM星座中的每一组有效激活LED组进行能量强度初始化具体包括：
从所述有效激活LED组中选择出任意一个作为原始的第一有效激活LED组，根据所述UPAM信号阶数，对所述第一有效激活LED组的能量强度进行初始化；
根据所述第一有效激活LED组的能量强度，结合第一间隔系数，对第二有效激活LED组的能量强度进行初始化，其中，所述第二有效激活LED组指的是与所述第一有效激活LED组相关性最大的有效激活LED组；
从剩余的有效激活LED组确定出新的第一有效激活LED组，基于原始第一有效激活LED组的能量强度，结合所述UPAM信号阶数和第二间隔系数，对所述新的第一有效激活LED组的能量强度进行初始化，并根据所述新的第一有效激活LED组的能量强度对相应的第二有效激活LED组进行能量强度初始化，直至所有有效激活LED组的能量强度均完成初始化。
9.一种基于可见光通信的Gray-GSM星座构建终端，其特征在于，存储器和处理器；
所述存储器用于存储程序代码，所述程序代码被处理器执行时实现权利要求1至4任意一项所述的基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中保存有程序代码，且所述程序代码被处理器执行时实现权利要求1至4任意一项所述的基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法。
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