[发明专利]一种LED可见光通信在线自适应比特、功率分配和码率选择方法

摘要

本发明公开了一种LED可见光通信在线自适应比特、功率分配和码率选择方法，首先在在线正常通信过程中对CRC校验正确的数据帧反编码和调制，接着利用较为准确EVM估计出信干噪比信息，CRC校验同时统计某段时间内的误帧率，判断其相应状态，然后通过等效信干噪比及相应算法选择编码码率、子载波调制策略和功率分配策略，实现了在线通信过程中，传输参数的自适应调整，提高传输效率与频谱利用率。在在线正常通信过程中，采用本发明方法，可以在保证通信可靠性以及总发射功率不变的条件下最大化传输速率，实现通信过程中传输参数随着信道条件的自适应调整，使得传输速率更接近信道容量，并提高了频谱利用率。

主权项

一种LED可见光通信在线自适应比特、功率分配和码率选择方法，其特征在于：包括正常通信和配置协商两种状态；在正常通信状态，对输入信号的数据帧进行CRC校验，若CRC校验正确，则对数据帧进行对应的反编码和调制，得到各个子载波上的发射信号，然后根据误差向量幅度EVM估计出各个子载波的信干噪比SINR信息并保存；在CRC校验的同时，统计当前时间段内的误帧率FER：若误帧率FER在指标范围内，则持续正常通信状态；若误帧率FER高于指标或一直为零，则系统从正常通信状态跳转入配置协商状态，在配置协商状态利用保存的信干噪比SINR信息重新进行比特、功率分配和码率选择，在保证通信可靠性及总功率不变的前提下实现最大速率的传输；在配置协商状态，基于各个子载波的信干噪比SINR信息及系统等效信干噪比选择配置参数，并将配置参数反馈给发射机；发射机接根据配置参数进行配置，配置成功后发送ACK给接收机；接收机接收到ACK后，根据配置参数进行配置，配置成功后发送ACK给发射机；发射机接收到ACK表示配置结束，则系统由配置协商状态跳转到正常通信状态；该方法具体包括如下步骤：(1)正常通信状态(11)对输入信号的数据帧进行CRC校验，若CRC校验正确，则对数据帧进行对应的反编码和调制，得到各个子载波上的发射信号，然后根据误差向量幅度EVM估计出各个子载波的信干噪比SINR信息并保存；第i个子载波的误差向量幅度EVM_i定义如下：${\mathrm{EVM}}_i={|\hat{X}\left(i\right)-X\left(i\right)|}^2$式中：X(i)表示第i个子载波上的发射信号，表示X(i)使用信道估计均衡后的接收信号；第i个子载波的信干噪比SINR_i定义如下：${\mathrm{SINR}}_i\&ap;\frac{1}{{\mathrm{EVM}}_i}$(12)在CRC校验的同时，统计当前时间段内的误帧率FER：若误帧率FER在指标范围内，则持续正常通信状态；若误帧率FER高于指标或一直为零，则系统从正常通信状态跳转入配置协商状态，在配置协商状态利用保存的信干噪比SINR信息重新进行比特、功率分配和码率选择，以降低或提高传输速率；(2)配置协商状态(21)首先将所有子载波平均分为N组，每组有M个子载波；初始发射功率先按组平均分配，第j个子载波分组分配到的功率为E_j＝E₀，E₀为分配给各子载波分组初始发射功率；设置目标误帧率，并列出某码率下第k种调制方式对应的信干噪比门限SINR_th‑k，SINR_th‑k＜SINR_th‑k+1；(22)利用各个子载波的信干噪比计算第j个子载波分组的平均信干噪比SINR_{mean_j}：${\mathrm{SINR}}_{mean\_j}=\frac{1}{M}\underset{i=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{\mathrm{SINR}}_{ji},j=1,2,...,N$式中：SINR_ji表示第j个子载波分组中第i个子载波的信干噪比；将SINR_{mean_j}与信干噪比门限进行比较，若SINR_th‑k≤SINR_{mean_j}＜SINR_th‑k+1，则确定初始分配策略为：第j个子载波分组选择信干噪比门限SINR_th‑k对应的第k种调制方式；(23)计算第j个子载波分组的信干噪比裕量SINR_{diff_j}：SINR_{diff_j}＝SINR_{mean_j}‑SINR_th‑k计算第j个子载波分组的功率裕量g_j：$g_j=E_j(1-\frac{{\mathrm{SINR}}_{th-k}}{{\mathrm{SINR}}_{mean\_j}})$计算所有子载波分组的总功率裕量G_j：$G_j=\underset{j=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{g}_j$若G_j＝0，则无功率裕量，循环终止，维持当前调制策略及功率分配策略，进入步骤(24)；若G_j>0，则有功率裕量，先维持当前调制策略；同时，筛选出所有功率裕量为正的子载波分组以及功率裕量最大的一个子载波分组，若g_j＞0，则将第j个子载波分组的功率降至E_j＝E_j‑g_j，累计所有子载波分组节约的功率总量为G₀，将G₀分配给筛选出的功率裕量最大的子载波分组，并将该子载波分组的调制策略升一级，重复步骤(23)；若G_j<0，则先维持当前调制策略及功率分配策略；同时，筛选出功率裕量最小的一个子载波分组，将该子载波分组的调制策略降一级，重复步骤(23)；(24)重复步骤(21)～(23)，计算不同码率下的调制策略及功率分配策略，并计算出对应的实际信息比特速率；通过比较，选择实际信息比特速率最大的码率及对应的调制策略和功率分配策略作为配置参数，并将配置参数反馈给发射机；(25)发射机接根据配置参数进行配置，配置成功后发送ACK给接收机；接收机接收到ACK后，根据配置参数进行配置，配置成功后发送ACK给发射机；发射机接收到ACK表示配置结束，则系统由配置协