[发明专利]基于色移键控调制的广义空间调制系统的工作方法

摘要

基于色移键控调制的广义空间调制系统的工作方法，属于无线光通信领域。该方案是将传统的色移键控(CSK)调制与广义空间调制(GSM)相结合的一种调制方案，系统的通信过程分为三步，首先发送端的信息比特经过串并转换为两部分进入信号调制模块，一部分用来选择发送TLED，另一部分被映射为CSK调制信号；其次CSK调制信号进一步转化为RGB光强度，然后由所选TLED经过光信道发送至接收端；最后接收端采用最大似然检测方法对接收信号进行解调，恢复出原始信号。该混合方案利用了颜色域和空间域的自由度，有效地提高了系统的传输速率，完善了系统性能。

主权项

1.一种基于色移键控调制的广义空间调制系统的工作方法，该系统包括N_t个发送TLED和N_r个接收光电检测器PD，TLED是由红绿蓝三种颜色的LED组成，其数据传输过程主要分为三个步骤：首先，输入信息比特经过串并转换为两部分，一部分用来选择N_a个发送TLED，另一部分被映射为M阶色移键控即CSK调制信号，其中1≤N_a≤N_t；其次，CSK调制信号进一步转化为红绿蓝即RGB光强度，然后由所选的N_a个发送TLED通过无线光信道传输至接收端；最后，接收端对PD的接收信号进行解调恢复，得到原始信号，该方法的具体步骤如下：1)发送端将个比特信息经过串并分组转换为两部分进入发送端的信号调制模块，其中符号分别表示向下取整运算、二项式系数运算；前个比特信息用来选择N_a个发送TLED，剩余log₂M个比特信息用来映射为M阶CSK调制信号，然后变换为RGB光强度信号；2)每个映射的CSK调制信号(x_p,y_p)都能通过方程组进一步转换为RGB光强度值p_i,p_j和p_k，其中(x_i,y_i)、(x_j,y_j)、(x_k,y_k)为系统中使用的三种不同光源的中心波长的色度值，每一个(x_i,y_i)，(x_j,y_j)或(x_k,y_k)表示一个CSK调制信号，而其余的每个CSK调制信号均对应一对x和y色度值，通过以上方程组，能将每个非零色度坐标(x,y)转换为发送信号矩阵x中的光强度值(p_i,p_j,p_k)；3)在可见光信道中，视距链路即LOS链路信号的能量远大于扩散链路信号的能量，仅考虑LOS链路下的信道，在接收端接收到的信号表示为y＝rHx+w，其中x为发送信号矩阵；r为光电检测器PD的响应率；H是一个N_r×N_t的信道矩阵，表示为h_i’_j’为光信道系数，其表达式为其中A表示接收端光电检测器的有效接收面积、d_i’_j’表示第j’个发送TLED到第i’个接收PD的有效距离、φ_i’_j’表示第j’个发送TLED到第i’个接收PD的俯视角度、表示第j’个发送TLED到第i’个接收PD的仰视角度、m表示发送端的朗伯辐射序数，其表达式为其中Φ_1/2表示发送TLED的功率半角、Ψ_c表示接收PD的视场角；w表示发送端到接收端的信道噪声；4)接收端对PD的接收信号进行检测和解调恢复，利用最大似然检测算法检测到的信号表达式为式中符号||·||、||·||²、argmin分别表示矩阵的2‑范数、矩阵2‑范数的平方、所有的范数平方值中取最小值，此表达式表示接收信号与所有发送信号距离最小的发送信号即为检测到的信号；分析系统在可见光信道中的性能之前，首先给出了在高斯信道即AWGN信道下误符号率的理论表达式，将发送端的TLED调制视为三维即3D调制，其理论误符号率的表达式为其中M₀为所有可能传输的信号矩阵的个数，N_ns是第s个传输信号x_s与其他调制信号x_s’之间的最小距离为d_s,min的信号对的个数，1≤s≤M₀、1≤s’≤M₀且s≠s’，N₀为AWGN信道的单边噪声功率谱密度，N₀＝2σ²，σ为噪声标准差，Q(.)即标准正态分布的右尾函数，表示为其中t为积分变量。