[发明专利]基于空间延迟分集的信道均衡方法

说明书

本发明公开的基于空间延迟分集的信道均衡方法，该方法具体按照以下步骤实施：(1)在任一采样时刻t＝mT_F，获得N个图像像素亮度的空域采样点构成的向量{y_n(mT_F)},n∈[0,N‑1]；(2)以循环的方式，计算相邻两个空域采样点之间的亮度差分向量λ_n(mT_F)，即λ_n(mT_F)＝y_n(mT_F)‑y_(n‑1)modN(mT_F),n∈[0,N‑1](3)按照以下规则，计算已均衡的空域采样向量该方法解决了光学成像通信中不确定性采样的问题。

技术领域

本发明属于光学成像通信技术领域，具体涉及一种基于空间延迟分集的信道均衡方法。

背景技术

光学成像通信(OCC)与可见光通信(VLC)都是以可见光谱作为信息传输媒介实现无线光通信的方法。其中，VLC使用光电管(Photodiode，PD)作为接收端，根据PD在光源照射下产生的感应电流或感应电压的强弱还原信号的变化规律，进而实现数据解调。与此不同，而OCC则使用基于图像传感器的摄像机作为接收端，根据输出图像的像素亮度还原发送的信号，以此实现数据解调。与VLC相比，OCC利用图像传感器在二维平面上的感光成像特性，具有更好的空间分辨率和波长分辨率，具有更好的抗噪声性能。在LED光源与CMOS摄像机大量普及的条件下，OCC也具有更低的部署成本。

在实际通信场景中，摄像机的曝光效应使得输出的图像像素亮度并不能准确反映光源亮度的变化，而是存在一定的畸变。畸变的程度与摄像机的参数有关，通常可以用积分器和采样器加以描述。以开关键控(OOK)调制方式为例，这种信道特性将导致接收端产生“不确定性”采样，即输出图像的像素亮度即非亮状态，也非灭状态，而是呈现介于亮和灭之间的灰度状态。此时，解调器将无法据此准确判决光源的状态而产生误码。此外，OCC系统无法实现收发端同步，使得“不确定性”采样问题在OCC中通常难以避免。比如，收发端之间存在的微小频率差、摄像机对光源随机的采样时刻、摄像机的帧率抖动等因素都可能引起“非确定性”采样，降低OCC的通信可靠性。

已有的技术多基于过采样与图像帧选择的方法解决“非确定性”采样问题。例如，Roberts等提出了基于空间和时间延迟发送的思路，但没有给出具体的解决方案^【1】。Nguyen等人在Roberts的基础上进一步给出了OCC异步传输方案，在采样速率高于符号速率的假设下利用多个LED光源发送多个延迟的副本，并从同一个符号的多个采样中检测并丢弃“非确定性”采样帧^【2】。在Thieu等人提出的HS-PSK混合调制方案中，采用两组LED光源分别发送经延迟的参考信号和数据信号，并采用人工神经网络的方法对包含“非确定性”采样的图像帧进行分类，提高通信可靠性^【3】。Rotasi在UPSOOK调制方案的基础上提出了一种更为鲁棒的单光源调制方案，并通过大量重复发送数据消除“不确定性”采样^【4】。已有的技术没有将基于摄像机的OCC信道模型作为产生“不确定性”采样的根本原因加以充分考虑，而且现有方法需要大量重复发送或训练，复杂度和成本较高。

参考文献：

【1】Roberts,Richard D.“Space-Time Forward Error Correction forDimmable Undersampled Frequency Shift ON-OFF Keying Camera Communications(CamCom).”In 2013 Fifth International Conference on Ubiquitous and FutureNetworks(ICUFN),459–64.IEEE,2013.