CN116388870B - 一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法及装置 - Google Patents
一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116388870B CN116388870B CN202310652570.8A CN202310652570A CN116388870B CN 116388870 B CN116388870 B CN 116388870B CN 202310652570 A CN202310652570 A CN 202310652570A CN 116388870 B CN116388870 B CN 116388870B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mppm
- signal
- target
- constellation
- signal domain
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 20
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 20
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 14
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 12
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 6
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 abstract description 18
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 65
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 8
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000004397 blinking Effects 0.000 description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 101150041289 ALG1 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150103561 ALG2 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150029910 ALG5 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150092249 ALG6 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150039297 Alg3 gene Proteins 0.000 description 1
- 102100040428 Chitobiosyldiphosphodolichol beta-mannosyltransferase Human genes 0.000 description 1
- 101100001422 Drosophila melanogaster wol gene Proteins 0.000 description 1
- 101000891557 Homo sapiens Chitobiosyldiphosphodolichol beta-mannosyltransferase Proteins 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 101150049349 setA gene Proteins 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
- H04B10/114—Indoor or close-range type systems
- H04B10/116—Visible light communication
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/50—Transmitters
- H04B10/508—Pulse generation, e.g. generation of solitons
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法及装置，用于解决现有的空间MPPM星座映射方案没有考虑到空间域星座的映射方式对MPPM信号的影响程度，且MPPM信号与信号域标签之间的映射关系不够好的技术问题。本发明包括：当接收到比特交织序列时，获取所述比特交织序列对应的信号域星座的所有MPPM信号；根据所述MPPM信号的总数生成若干个信号域标签；根据各所述信号域标签之间的标签距离确定各所述信号域标签对应的目标MPPM信号；确定每个所述目标MPPM信号对应的峰值发射功率；根据所述目标MPPM信号、所述峰值发射功率及所述信号域标签生成非均匀空间多脉冲位置调制USMPPM星座。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲调制技术领域，尤其涉及一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法及装置。
背景技术
在VLC系统中，发射机采用发光二极管（Light Emitting Diode, LED）作为光源，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。VLC系统的接收机采用光电检测器（Photoelectric Detector, PD）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 StayingPhenomenon, 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，室内VLC系统不仅可以用于室内照明也可以用于通信。目前，VLC系统的有效通信距离可达数十米，被广泛用于室内环境。综上所述，VLC是一种适用于室内环境的主流通信技术。
室内多输入多输出VLC（Multiple-Input Multiple-Output VLC, MIMO-VLC）系统具有多个LED和PDs。在MIMO-VLC系统中，我们可以同时激活多个LED来传递信息。因此，相比于传统单输入单输出（Single-Input Single-Output, SISO）VLC系统，MIMO-VLC系统拥有更高的频谱效率。然而，在视线（Line-of-Sight, LOS）条件下，MIMO-VLC系统中各个子信道之间具有高度相关的特性，这大大降低了系统的传输可靠性。基于上述缺陷，广义空间调制（Generalized Spatial Modulation, GSM）作为一种高频谱效率的MIMO-VLC传输方案不仅提高MIMO-VLC系统数据传输速率还能够改善数据传输质量。此外，多脉冲位置调制（Multipulse Position Modulation, MPPM）具有同步复杂度低、能量效率高等优势被广泛用于MIMO-VLC系统。因此，一种GSM技术和MPPM相结合的GSM星座——空间MPPM星座映射方案被提出。空间MPPM星座可分为空间域星座和信号域星座，空间域星座用于选择相应的部分LED作为有效激活LED组，信号域星座用于携带相应的传输信息（即MPPM信号）。在接收端，PDs接收到该显性传输信息，同时能够检测出该显性传输信息是由哪种有效激活LED组发送。MIMO-VLC系统的发射机通常采用强度调制（Intensity Modulation, IM）调整LED的发光强度来传递信息；而接收端的PDs通常采用直接检测（Direct Detection, DD）来检测光信号。
现有空间MPPM星座映射方案中并没有考虑到空间域星座的映射方式（即选用的有效激活LED组）对MPPM信号的影响程度（不同的有效激活LED组对MPPM信号的保护度不同）。另外，现有方案中信号域星座中并没有考虑利用最大标签距离准则优化MPPM信号与信号域标签之间的映射关系。
发明内容
本发明提供了一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法及装置，用于解决现有的空间MPPM星座映射方案没有考虑到空间域星座的映射方式对MPPM信号的影响程度，且MPPM信号与信号域标签之间的映射关系不够好的技术问题。
本发明提供了一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法，应用于室内多输入多输出-可见光通信MIMO-VLC系统的空间MPPM星座映射器；所述方法包括：
当接收到比特交织序列时，获取所述比特交织序列对应的信号域星座的所有MPPM信号；
根据所述MPPM信号的总数生成若干个信号域标签；
根据各所述信号域标签之间的标签距离确定各所述信号域标签对应的目标MPPM信号；
确定每个所述目标MPPM信号对应的峰值发射功率；
根据所述目标MPPM信号、所述峰值发射功率及所述信号域标签生成非均匀空间多脉冲位置调制USMPPM星座。
可选地，所述MIMO-VLC系统包括多个LED；所述确定每个所述目标MPPM信号对应的峰值发射功率的步骤，包括：
获取所述LED的总数量；
根据所述总数量及预设的组内数量，将所述LED分为多个LED组；
从所述LED组中选取目标LED组；
计算各所述目标LED组对所述目标MPPM信号的影响系数；
获取平均发射功率和峰均功率比；
采用各所述目标LED组的影响系数、所述平均发射功率、所述峰均功率比及所述目标LED组的个数计算各所述目标LED组对应的目标MPPM信号的峰值发射功率。
可选地，所述计算各所述目标LED组对所述目标MPPM信号的影响系数的步骤，包括：
获取预设的信道响应矩阵；
根据所述信道响应矩阵确定所述目标LED组内各LED分别对应的信道增益；
根据所述目标LED组内各LED分别对应的信道增益计算所述LED组对所述目标MPPM信号的影响系数。
可选地，所述根据所述MPPM信号的总数生成若干个信号域标签的步骤，包括：
根据所述信号总数计算信号域标签编码比特数及信号域标签个数；
根据所述信号域标签编码比特数和所述信号标签个数生成若干个信号域标签。
可选地，所述根据各所述信号域标签之间的标签距离确定各所述信号域标签对应的目标MPPM信号的步骤，包括：
根据所述MPPM信号的总数及所述信号域标签个数生成若干个MPPM子星座集；每个所述MPPM子星座集中包含与所述信号域标签一一对应的若干个初始MPPM信号；
依次将每个所述MPPM子星座集确定为初始子星座集；
计算所述初始子星座集中每两个信号域标签之间的标签距离；
当所有所述标签距离等于所述信号域标签编码比特数时，计算每两个所述信号域标签对应的初始MPPM信号之间的汉明距离；
当所述汉明距离满足预设条件时，计算所有所述汉明距离的距离和；
比较所有所述MPPM子星座集之间的距离和，将距离和最大的MPPM子星座集作为目标子星座集；
将所述目标子星座集中各信号域标签对应的初始MPPM信号确定为各所述信号域标签对应的目标MPPM信号。
本发明还提供了一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成装置，应用于室内多输入多输出-可见光通信MIMO-VLC系统的空间MPPM星座映射器；所述装置包括：
MPPM信号生成模块，用于当接收到比特交织序列时，获取所述比特交织序列对应的信号域星座的所有MPPM信号；
信号域标签生成模块，用于根据所述MPPM信号的总数生成若干个信号域标签；
目标MPPM信号确定模块，用于根据各所述信号域标签之间的标签距离确定各所述信号域标签对应的目标MPPM信号；
峰值发射功率确定模块，用于确定每个所述目标MPPM信号对应的峰值发射功率；
非均匀空间多脉冲位置调制USMPPM星座生成模块，用于根据所述目标MPPM信号、所述峰值发射功率及所述信号域标签生成非均匀空间多脉冲位置调制USMPPM星座。
可选地，所述MIMO-VLC系统包括多个LED；所述峰值发射功率确定模块，包括：
总数量获取子模块，用于获取所述LED的总数量；
LED组划分子模块，用于根据所述总数量及预设的组内数量，将所述LED分为多个LED组；
目标LED组选取子模块，用于从所述LED组中选取目标LED组；
影响系数计算子模块，用于计算各所述目标LED组对所述目标MPPM信号的影响系数；
平均发射功率和峰均功率比获取子模块，用于获取平均发射功率和峰均功率比；
峰值发射功率计算子模块，用于采用各所述目标LED组的影响系数、所述平均发射功率、所述峰均功率比及所述目标LED组的个数计算各所述目标LED组对应的目标MPPM信号的峰值发射功率。
可选地，所述影响系数计算子模块，包括：
信道响应矩阵获取单元，用于获取预设的信道响应矩阵；
信道增益确定单元，用于根据所述信道响应矩阵确定所述目标LED组内各LED分别对应的信道增益；
影响系数计算单元，用于根据所述目标LED组内各LED分别对应的信道增益计算所述LED组对所述目标MPPM信号的影响系数。
本发明还提供了一种电子设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行如上任一项所述的非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法。
本发明还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用于存储程序代码，所述程序代码用于执行如上任一项所述的非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明提供了一种非均匀空降多脉冲位置调制星座生成方法，包括：当接收到比特交织序列时，获取比特交织序列对应的信号域星座的所有MPPM信号；根据MPPM信号的总数生成若干个信号域标签；根据各信号域标签之间的标签距离确定各信号域标签对应的目标MPPM信号；确定每个目标MPPM信号对应的峰值发射功率；根据目标MPPM信号、峰值发射功率及信号域标签生成非均匀空间多脉冲位置调制USMPPM星座。
本发明通过标签距离来计算各信号域标签对应的目标MPPM信号，从而优化MPPM信号与信号域标签之间的映射关系，并且通过对MPPM信号的影响程度来计算各个MPPM信号对应的峰值发射功率，从而优化MPPM信号的峰值发射功率的分配。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法的步骤流程图；
图2为基于PLDPC码的MIMO-VLC系统的示意图；
图3为本发明另一实施例提供的一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法的步骤流程图；
图4为本发明实施例提供的一种非均匀空间多脉冲位置调制USMPPM星座的结构示意图；
图5为基于PLDPC码的MIMO-VLC系统中AR4JA码下不同空间MPPM星座映射方案的BER曲线示意图；
图6为本发明实施例提供的一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成装置的结构框图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法及装置，用于解决现有的空间MPPM星座映射方案没有考虑到空间域星座的映射方式对MPPM信号的影响程度，且MPPM信号与信号域标签之间的映射关系不够好的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法的步骤流程图。
本发明提供的一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法，应用于室内多输入多输出-可见光通信MIMO-VLC系统；
其中，VLC（Visible Light Communication, 可见光通信）被视为最具潜力的新技术用决宽带无线接入网络中“最后一公里”问题。相比于射频（Radio Frequency, RF）通信，在光谱波长为400−800nm范围内运行的VLC系统是室内移动通信场景的最佳解决方案。
室内多输入多输出可见光通信（Multiple-Input Multiple-Output VLC, MIMO-VLC）系统具有多个LED和PDs。在MIMO-VLC系统中，可以同时激活多个LED来传递信息。因此，相比于传统单输入单输出（Single-Input Single-Output, SISO）VLC系统，MIMO-VLC系统拥有更高的频谱效率。
具体可以包括以下步骤：
步骤101，当接收到比特交织序列时，获取所述比特交织序列对应的信号域星座的所有MPPM信号；
请参阅图2，图2为基于PLDPC码的MIMO-VLC系统的示意图，如图2所示，基于PLDPC码的MIMO-VLC系统具有PLDPC编码器、交织器、空间多脉冲位置调制（Multipulse positionmodulation, MPPM）映射器和解映射器、个LEDs、/>个PDs、解交织器以及PLDPC译码器。具体来讲，给定一个长度为/>的信息比特序列/>，将信息比特序列输入到PLDPC编码器后可得到一个长度为/>的编码比特序列/>；再将该编码比特序列送到随机交织器后，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空间MPPM星座映射器中进行调制，产生光调制信号。接收机接收到信号后，将接收信号输入到空间MPPM解调器中来计算对应的比特交织序列LLR（即/>）；将/>减去空间MPPM解调器的先验LLR/>得到外部LLR（即）；再将/>送入解交织器进行特定的解交织操作得到/>（即PLDPC译码器的先验LLR）；将/>送入译码器进行BP迭代译码得到译码器后验LLR（即/>），将减去/>得到/>作为下一次迭代解映射器的先验LLR信息。经过上述迭代译码操作后，PLDPC译码器输出经软判决处理的译码比特序列。
空间MPPM星座映射器在处理比特交织序列生成光调制信号的过程中，首先会基于预设的MPPM信号总时隙和存在的光脉冲时隙/>获取对应的信号域星座的所有MPPM信号。由于调制阶数通常是2的幂次数，而所获取的MPPM信号的数量可能会大于实际需要输出的MPPM信号。因此需要从所有的MPPM信号中选取较优的部分MPPM信号作为一个有效的信号域星座用于比特交织序列的映射。
步骤102，根据MPPM信号的总数生成若干个信号域标签；
在本发明实施例中，信号域标签的个数可以根据MPPM信号的总数计算得到。
在一个示例中，假设一个MPPM信号集共有/>个MPPM信号，则可以将每/>个编码比特构成一个信号域标签（注：在比特交织序列中每连续个编码比特作为一个标签，前/>个编码比特用于选择LED组，后/>个编码比特构成一个信号域标签）。其中，/>为MPPM信号总时隙，/>为光脉冲时隙，/>表示组合数函数，/>表示向下取整函数。
步骤103，根据各信号域标签之间的标签距离确定各信号域标签对应的目标MPPM信号；
在本发明实施例中，在确定了信号域标签的个数后，可以计算信号域标签之间的标签距离，从而根据标签距离来从所有MPPM信号中挑选各信号域标签对应的目标MPPM信号，并建立相应的映射关系。
步骤104，确定每个目标MPPM信号对应的峰值发射功率；
在实际应用中，空间MPPM星座映射器往往具备多个LED发射机。在现有技术中，各个LED发射机通常采用相同的峰值发射功率来发射MPPM信号。然而，不同的LED发射机对MPPM信号的影响程度不同，基于相同的峰值发射功率来发射MPPM信号对MPPM信号的传输会存在不良影响。因此，在本发明实施例中，可以根据各LED发射机对目标MPPM信号的影响程度，来为目标MPPM信号选择相应的LED发射机，并计算其最优的峰值发射功率，以减少LED发射机的选用对目标MPPM信号输送的影响。
步骤105，根据目标MPPM信号、峰值发射功率及信号域标签生成非均匀空间多脉冲位置调制USMPPM星座。
在获取到信号域标签分别对应的目标MPPM信号后，可以结合MPPM信号、各MPPM信号对应的峰值发射功率来生成非均匀空间多脉冲位置调制USMPPM星座。
本发明通过标签距离来计算各信号域标签对应的目标MPPM信号，从而优化MPPM信号与信号域标签之间的映射关系，并且通过对MPPM信号的影响程度来计算各个MPPM信号对应的峰值发射功率，从而优化MPPM信号的峰值发射功率的分配。
请参阅图3，图3为本发明另一实施例提供的一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法的步骤流程图，具体可以包括以下步骤：
步骤301，当接收到比特交织序列时，获取所述比特交织序列对应的信号域星座的所有MPPM信号；
步骤302，根据MPPM信号的总数生成若干个信号域标签；
在一个示例中，步骤302可以包括以下子步骤：
S21，根据信号总数计算信号域标签编码比特数及信号域标签个数；
S22，根据信号域标签编码比特数和信号标签个数生成若干个信号域标签。
对于信号域星座而言，一个MPPM信号集共有/>个MPPM信号，将每/>个编码比特构成一个信号域标签，其中，/>为信号域标签编码比特数，则同一个信号域星座中共有/>个MPPM标签，即标签集/>。例如，当/>时，信号域标签为/>，/>，/>，/>，/>，/>，/>，/>。
步骤303，根据各信号域标签之间的标签距离确定各信号域标签对应的目标MPPM信号；
在本发明实施例中，在确定了信号域标签的个数后，可以计算信号域标签之间的标签距离，从而根据标签距离来从所有MPPM信号中挑选各信号域标签对应的目标MPPM信号，并建立相应的映射关系。
在一个示例中，根据各信号域标签之间的标签距离确定各信号域标签对应的目标MPPM信号的步骤，可以包括以下子步骤：
S31，根据MPPM信号的总数及信号域标签个数生成若干个MPPM子星座集；每个MPPM子星座集中包含与信号域标签一一对应的若干个初始MPPM信号；
S32，依次将每个MPPM子星座集确定为初始子星座集；
S33，计算初始子星座集中每两个信号域标签之间的标签距离；
S34，当所有标签距离等于信号域标签编码比特数时，计算每两个信号域标签对应的初始MPPM信号之间的汉明距离；
S35，当汉明距离满足预设条件时，计算所有汉明距离的距离和；
S36，比较所有MPPM子星座集之间的距离和，将距离和最大的MPPM子星座集作为目标子星座集；
S37，将目标子星座集中各信号域标签对应的初始MPPM信号确定为各信号域标签对应的目标MPPM信号。
在具体实现中，可以定义为同一信号域星座中两个信号域标签（即/>和/>）之间的距离（即标签距离）；定义/>为同一信号域星座中第/>个信号域标签对应的MPPM信号和第个信号域标签对应的MPPM信号之间的汉明距离，其中，/>。根据MPPM信号集/>共可以产生/>个MPPM子星座集/>，其中，/>表示一个MPPM信号，/>，/>，/>。
依次将每个MPPM子星座集（假设为）作为初始子星座集，当/>时，其中，，/>且/>；计算/>；若/>，则设置标志位/>（否则，设置标志位/>）。
若标志位，则计算初始子星座集/>中各MPPM信号的汉明距离的距离和（否则，设置/>并重新选择新子星座集作为初始子星座集。）；直到/>时。
接着获取所有子星座集的距离和中数值最大的子星座集作为目标子星座集，即，将目标子星座集中各信号域标签对应的初始MPPM信号确定为各信号域标签对应的目标MPPM信号。
步骤304，获取LED的总数量；
步骤305，根据总数量及预设的组内数量，将LED分为多个LED组；
步骤306，从LED组中选取目标LED组；
在具体实现中，基于PLDPC码的MIMO-VLC系统具有个LEDs和/>个PDs。在每个信号传输期间有/>个LEDs被激活（即/>个LEDs作为一个有效激活LED组）。因此，可以产生/>个可能激活的LED组，其中/>表示组合数函数。将所有可能激活的LED组按照自然顺序排列得到ALGz，/>。例如，当/>,时，所有可能的激活LED组的个数为/>，将所有可能的激活LED组经过自然顺序排列后的激活LED组为ALG1 = {LED1, LED2}，ALG2 = {LED1, LED3}，ALG3 ={LED1, LED4}，ALG4 = {LED2, LED3}，ALG5 = {LED2, LED4}，ALG6 = {LED3, LED4}。
由于并不是2的幂次，需要从所有激活LED中随机选取/>个LED作为有效激活LED组，即目标LED组。
步骤307，计算各目标LED组对目标MPPM信号的影响系数；
接着，计算各目标LED组对目标MPPM信号的影响系数。
在一个示例中，计算各目标LED组对目标MPPM信号的影响系数的步骤可以包括以下子步骤：
S71，获取预设的信道响应矩阵；
S72，根据信道响应矩阵确定目标LED组内各LED分别对应的信道增益；
S73，根据目标LED组内各LED分别对应的信道增益计算LED组对目标MPPM信号的影响系数。
在具体实现中，首先可以获取给定的VLC信道响应矩阵：
；
其中，，/>；
；
上述公式各参数含义如下表1所示：
表1.参数含义
随后，定义为激活的LED组ALGz对MPPM信号的影响系数，其中，，/>，/>表示所选的激活的LED组ALGz中选用的第/>个LED的信道增益。例如，ALG1= {LED1, LED2}中/>表示LED1的信道增益（即信道响应矩阵/>中第1列），/>表示LED2的信道增益（即信道响应矩阵/>中第2列），则ALG1对目标MPPM信号的影响系数为/>；ALG2= {LED1, LED3}中表示LED1的信道增益（即信道响应矩阵/>中第1列），/>表示LED3的信道增益（即信道响应矩阵/>中第3列），则ALG2对目标MPPM信号的影响系数为，……，以此类推。
步骤308，获取平均发射功率和峰均功率比；
步骤309，采用各目标LED组的影响系数、平均发射功率、峰均功率比及目标LED组的个数计算各目标LED组对应的MPPM信号的峰值发射功率；
然后，重新分配每个有效激活LED组对应信号域星座中目标MPPM信号的峰值发射功率。
；
其中，表示第/>个有效激活LED组对应信号域星座中目标MPPM信号的峰值发射功率，/>表示第/>个有效激活LED组对目标MPPM信号的影响系数，/>表示所选择的/>个有效激活LED组对目标MPPM信号的影响系数总和，/>表示平均发射功率(通常设为1)，/>表示峰均功率比, />。例如，当,/>，/>时，若选取的有效激活LED组分别为ALG1，ALG2，ALG5和ALG6，相应的有效激活LED组对目标MPPM信号的影响系数分别为/>，，/>和/>；此时，影响系数总和为，第一个有效激活LED组对应信号域星座中目标MPPM信号的峰值发射功率为/>；第二个有效激活LED组对应信号域星座中目标MPPM信号的峰值发射功率为/>，……，以此类推。经过上述操作，能够得到有效激活LED组对应信号域星座中重新分配后的目标MPPM信号峰值发射功率。
步骤310，根据目标MPPM信号、峰值发射功率及信号域标签生成非均匀空间多脉冲位置调制USMPPM星座。
在本发明实施例中，在获取到目标MPPM信号、峰值发射功率和信号域标签后，可以采用目标MPPM信号、峰值发射功率和信号域标签生成非均匀空间多脉冲位置调制USMPPM星座。具体如图4所示。
为了验证本发明实施例所提出的非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法的优越性，下面将其和自然星座方案、GLS（Gray label search，格雷标签搜索）星座方案进行了比较，分别验证其译码门限值与仿真性能的优势。
译码门限值分析：
基于原模图外信息转移算法（Protograph extrinsic information transfer,PEXIT），采用码率为1/2的AR4JA码作为信道编码方案。如表2所示，AR4JA码在本发明实施例方案下的译码门限值最小，表明了AR4JA码在本发明实施例方案下具有更好的瀑布区性能。
表2.MIMO-VLC系统中AR4JA码在不同空间MPPM星座映射方案下的译码门限值
仿真性能分析：
基于PLDPC码的MIMO-VLC系统，利用码率为1/2的AR4JA码在不同空间MPPM星座下进行了误比特率仿真，其中，LED数目为， PDs数目为/>，同时激活的LED数目为/>，MPPM信号总时隙为/>，存在光脉冲的时隙为/>；AR4JA的码长为4500；PLDPC译码器采用置信度传播（Belief Propagation, BP）算法进行译码，内迭代次数（即PLDPC译码器最大迭代次数）为20，外迭代次数（即PLDPC译码器与空间MPPM解调器之间的迭代次数）为5。仿真结果如图5所示，相比于自然星座和GLS星座，所提出的USMPPM星座能够展现出更好的性能优势。
请参阅图6，图6为本发明实施例提供的一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成装置的结构框图。
本发明实施例还提供了一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成装置，应用于室内多输入多输出-可见光通信MIMO-VLC系统的空间MPPM星座映射器；装置包括：
MPPM信号生成模块601，用于当接收到比特交织序列时，获取比特交织序列对应的信号域星座的所有MPPM信号；
信号域标签生成模块602，用于根据MPPM信号的总数生成若干个信号域标签；
目标MPPM信号确定模块603，用于根据各信号域标签之间的标签距离确定各信号域标签对应的目标MPPM信号；
峰值发射功率确定模块604，用于确定每个目标MPPM信号对应的峰值发射功率；
非均匀空间多脉冲位置调制USMPPM星座生成模块605，用于根据目标MPPM信号、峰值发射功率及信号域标签生成非均匀空间多脉冲位置调制USMPPM星座。
在本发明实施例中，MIMO-VLC系统包括多个LED；峰值发射功率确定模块，包括：
总数量获取子模块，用于获取LED的总数量；
LED组划分子模块，用于根据总数量及预设的组内数量，将LED分为多个LED组；
目标LED组选取子模块，用于从LED组中选取目标LED组；
影响系数计算子模块，用于计算各目标LED组对目标MPPM信号的影响系数；
平均发射功率和峰均功率比获取子模块，用于获取平均发射功率和峰均功率比；
峰值发射功率计算子模块，用于采用各目标LED组的影响系数、平均发射功率、峰均功率比及目标LED组的个数计算各目标LED组对应的目标MPPM信号的峰值发射功率。
在本发明实施例中，影响系数计算子模块，包括：
信道响应矩阵获取单元，用于获取预设的信道响应矩阵；
信道增益确定单元，用于根据信道响应矩阵确定目标LED组内各LED分别对应的信道增益；
影响系数计算单元，用于根据目标LED组内各LED分别对应的信道增益计算LED组对目标MPPM信号的影响系数。
在本发明实施例中，信号域标签生成模块603，包括：
信号域标签编码比特数及信号域标签个数计算子模块，用于根据信号总数计算信号域标签编码比特数及信号域标签个数；
信号域标签生成子模块，用于根据信号域标签编码比特数和信号标签个数生成若干个信号域标签。
在本发明实施例中，目标MPPM信号确定模块604，包括：
MPPM子星座集生成子模块，用于根据MPPM信号的总数及信号域标签个数生成若干个MPPM子星座集；每个MPPM子星座集中包含与信号域标签一一对应的若干个初始MPPM信号；
初始子星座集确定子模块，用于依次将每个MPPM子星座集确定为初始子星座集；
标签距离计算子模块，用于计算初始子星座集中每两个信号域标签之间的标签距离；
汉明距离计算子模块，用于当所有标签距离等于信号域标签编码比特数时，计算每两个信号域标签对应的初始MPPM信号之间的汉明距离；
距离和计算子模块，用于当汉明距离满足预设条件时，计算所有汉明距离的距离和；
目标子星座集确定子模块，用于比较所有MPPM子星座集之间的距离和，将距离和最大的MPPM子星座集作为目标子星座集；
将目标子星座集中各信号域标签对应的初始MPPM信号确定为各信号域标签对应的目标MPPM信号。
本发明实施例还提供了一种电子设备，设备包括处理器以及存储器：
存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器用于根据程序代码中的指令执行本发明实施例的非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行本发明实施例的非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法。
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，上述描述的系统，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。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法，其特征在于，应用于室内多输入多输出-可见光通信MIMO-VLC系统的空间MPPM星座映射器；所述方法包括：
当接收到比特交织序列时，获取所述比特交织序列对应的信号域星座的所有MPPM信号；
根据所述MPPM信号的总数生成若干个信号域标签；
根据各所述信号域标签之间的标签距离确定各所述信号域标签对应的目标MPPM信号；
确定每个所述目标MPPM信号对应的峰值发射功率；
根据所述目标MPPM信号、所述峰值发射功率及所述信号域标签生成非均匀空间多脉冲位置调制USMPPM星座；
其中，所述MIMO-VLC系统包括多个LED；所述确定每个所述目标MPPM信号对应的峰值发射功率的步骤，包括：
获取所述LED的总数量；
根据所述总数量及预设的组内数量，将所述LED分为多个LED组；
从所述LED组中选取目标LED组；
计算各所述目标LED组对所述目标MPPM信号的影响系数；
获取平均发射功率和峰均功率比；
采用各所述目标LED组的影响系数、所述平均发射功率、所述峰均功率比及所述目标LED组的个数计算各所述目标LED组对应的目标MPPM信号的峰值发射功率；
所述影响系数的计算公式为：
，
其中，，/>为所选的LED组中选用的第/>个LED的信道增益，为被激活的LED个数，/>为可能激活的LED组数量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算各所述目标LED组对所述目标MPPM信号的影响系数的步骤，包括：
获取预设的信道响应矩阵；
根据所述信道响应矩阵确定所述目标LED组内各LED分别对应的信道增益；
根据所述目标LED组内各LED分别对应的信道增益计算所述LED组对所述目标MPPM信号的影响系数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述MPPM信号的总数生成若干个信号域标签的步骤，包括：
根据所述信号总数计算信号域标签编码比特数及信号域标签个数；
根据所述信号域标签编码比特数和所述信号域标签个数生成若干个信号域标签。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据各所述信号域标签之间的标签距离确定各所述信号域标签对应的目标MPPM信号的步骤，包括：
根据所述MPPM信号的总数及所述信号域标签个数生成若干个MPPM子星座集；每个所述MPPM子星座集中包含与所述信号域标签一一对应的若干个初始MPPM信号；
依次将每个所述MPPM子星座集确定为初始子星座集；
计算所述初始子星座集中每两个信号域标签之间的标签距离；
当所有所述标签距离等于所述信号域标签编码比特数时，计算每两个所述信号域标签对应的初始MPPM信号之间的汉明距离；
当所述汉明距离满足预设条件时，计算所有所述汉明距离的距离和；
比较所有所述MPPM子星座集之间的距离和，将距离和最大的MPPM子星座集作为目标子星座集；
将所述目标子星座集中各信号域标签对应的初始MPPM信号确定为各所述信号域标签对应的目标MPPM信号。
5.一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成装置，其特征在于，应用于室内多输入多输出-可见光通信MIMO-VLC系统的空间MPPM星座映射器；所述装置包括：
MPPM信号生成模块，用于当接收到比特交织序列时，获取所述比特交织序列对应的信号域星座的所有MPPM信号；
信号域标签生成模块，用于根据所述MPPM信号的总数生成若干个信号域标签；
目标MPPM信号确定模块，用于根据各所述信号域标签之间的标签距离确定各所述信号域标签对应的目标MPPM信号；
峰值发射功率确定模块，用于确定每个所述目标MPPM信号对应的峰值发射功率；
非均匀空间多脉冲位置调制USMPPM星座生成模块，用于根据所述目标MPPM信号、所述峰值发射功率及所述信号域标签生成非均匀空间多脉冲位置调制USMPPM星座；
其中，所述MIMO-VLC系统包括多个LED；所述峰值发射功率确定模块，包括：
总数量获取子模块，用于获取所述LED的总数量；
LED组划分子模块，用于根据所述总数量及预设的组内数量，将所述LED分为多个LED组；
目标LED组选取子模块，用于从所述LED组中选取目标LED组；
影响系数计算子模块，用于计算各所述目标LED组对所述目标MPPM信号的影响系数；
平均发射功率和峰均功率比获取子模块，用于获取平均发射功率和峰均功率比；
峰值发射功率计算子模块，用于采用各所述目标LED组的影响系数、所述平均发射功率、所述峰均功率比及所述目标LED组的个数计算各所述目标LED组对应的目标MPPM信号的峰值发射功率；
所述影响系数的计算公式为：
，
其中，，/>为所选的LED组中选用的第/>个LED的信道增益，为被激活的LED个数，/>为可能激活的LED组数量。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述影响系数计算子模块，包括：
信道响应矩阵获取单元，用于获取预设的信道响应矩阵；
信道增益确定单元，用于根据所述信道响应矩阵确定所述目标LED组内各LED分别对应的信道增益；
影响系数计算单元，用于根据所述目标LED组内各LED分别对应的信道增益计算所述LED组对所述目标MPPM信号的影响系数。
7.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-4任一项所述的非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法。
8.一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用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-4任一项所述的非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310652570.8A CN116388870B (zh) | 2023-06-05 | 2023-06-05 | 一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310652570.8A CN116388870B (zh) | 2023-06-05 | 2023-06-05 | 一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116388870A CN116388870A (zh) | 2023-07-04 |
| CN116388870B true CN116388870B (zh) | 2023-08-29 |
Family
ID=86971542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310652570.8A Active CN116388870B (zh) | 2023-06-05 | 2023-06-05 | 一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116388870B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104065455A (zh) * | 2014-06-23 | 2014-09-24 | 西安电子科技大学 | X射线通信中一种基于平均误符号率的mppm星座选择方法 |
| CN111130646A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-08 | 重庆邮电大学 | 一种抗时延抖动的高速率mppm星座映射方法 |
| CN115296737A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-11-04 | 广东工业大学 | 基于自由空间光通信的adm-gsmppm星座构建方法和装置 |
| CN116131948A (zh) * | 2023-04-17 | 2023-05-16 | 广东工业大学 | 基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法、装置、终端及介质 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100254486A1 (en) * | 2009-04-07 | 2010-10-07 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Method of block-coded group modulation and transmitter using the same |
-
2023
- 2023-06-05 CN CN202310652570.8A patent/CN116388870B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104065455A (zh) * | 2014-06-23 | 2014-09-24 | 西安电子科技大学 | X射线通信中一种基于平均误符号率的mppm星座选择方法 |
| CN111130646A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-08 | 重庆邮电大学 | 一种抗时延抖动的高速率mppm星座映射方法 |
| CN115296737A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-11-04 | 广东工业大学 | 基于自由空间光通信的adm-gsmppm星座构建方法和装置 |
| CN116131948A (zh) * | 2023-04-17 | 2023-05-16 | 广东工业大学 | 基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法、装置、终端及介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116388870A (zh) | 2023-07-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Peppas et al. | Performance of underwater optical wireless communication with multi‐pulse pulse‐position modulation receivers and spatial diversity | |
| Kim et al. | Modified Reed–Muller coding scheme made from the bent function for dimmable visible light communications | |
| Wang et al. | Multi-LED parallel transmission for long distance underwater VLC system with one SPAD receiver | |
| US9136870B2 (en) | Method and apparatus with error correction for dimmable visible light communication | |
| Stavridis et al. | Performance evaluation of space modulation techniques in VLC systems | |
| Mejia et al. | Code design for flicker mitigation in visible light communications using finite state machines | |
| Wang et al. | New RLL decoding algorithm for multiple candidates in visible light communication | |
| CN104202271B (zh) | 直接序列扩频通信中基于逐幸存路径处理的迭代均衡方法 | |
| Wang et al. | Dimming scheme analysis for pulse amplitude modulated visible light communications | |
| CN108259135A (zh) | 基于高斯近似理论的抗大气湍流衰弱的极化码构建方法 | |
| Wang et al. | Decoding of polar codes for intersymbol interference in visible-light communication | |
| CN106487446B (zh) | 适合于强度调制/直接检测式的光空时网格码编码方法 | |
| Guo et al. | Constant weight space-time codes for dimmable MIMO-VLC systems | |
| Li et al. | A photon counting underwater NOMA wireless optical communication system | |
| CN110365414A (zh) | 一种适合于对数正态湍流信道的增强型光空间调制方法 | |
| CN116131948B (zh) | 基于可见光通信的Gray-GSM星座构建方法、装置、终端及介质 | |
| Kim et al. | Power efficient visible light communication systems under dimming constraint | |
| CN106899347A (zh) | 基于2d tcm pam8实现高速信号传输的系统和方法 | |
| CN116388870B (zh) | 一种非均匀空间多脉冲位置调制星座生成方法及装置 | |
| CN109194336A (zh) | 级联Spinal码的编码和译码方法、系统及装置 | |
| Bandara et al. | Improved indoor visible light communication with PAM and RLS decision feedback equalizer | |
| Zhang et al. | Polar coding performance for indoor LOS VLC system | |
| KR101405457B1 (ko) | 그룹 변조 방법 및 이를 이용한 송신 장치 | |
| Wang et al. | Study of Raptor codes for indoor mobile VLC channels | |
| Li et al. | Outdoor environment LED-identification systems integrate STBC-OFDM |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |