一种构造球面可见光通信调制星座图的方法技术

本发明专利技术提供一种构造球面可见光通信调制星座图的方法，利用二分搜索算法A0获取M个星座点在球面三角域均匀分布的初始可行半径值

A method for constructing constellation diagram of spherical visible light communication

The invention provides a method for constructing the modulation constellation of spherical visible light communication, and uses the two division search algorithm A0 to obtain the initial feasible radius value of the uniform distribution of the M constellation in the spherical trigonometric domain.

【技术实现步骤摘要】
一种构造球面可见光通信调制星座图的方法
本专利技术涉及可见光通信领域，更具体地，涉及一种构造球面可见光通信调制星座图的方法。
技术介绍
可见光通信(VisibleLightCommunication，VLC)技术是一种同时结合通信与照明场景的新型无线光通信技术。在当前通信领域频谱资源稀缺的大背景下，考虑到发光二极管(LightEmittingDiode，LED)即将主导下一代室内照明，VLC技术完全可以作为无线接入的一种补充，其未来的发展趋势主要是同时保证VLC系统的通信与照明质量，并满足用户对室内无线网络高速率传输的需求。目前LED照明模式主要包括两种：荧光LED以及红绿蓝(RGB)三色LED组合。相比于荧光LED，RGB三色LED组合由于利用三色光带独立传输信息，调制带宽较大，因此能提供更高的传输速率。IEEE802.15.7可见光通信标准基于RGB三色LED组合提出了色移健控(ColorShiftKeying，CSK)的调制方式。现有技术中有以扩大平均能量归一化后星座图的最小欧氏距离(MinimumEuclideanDistance，MED)为目的，分别通过弹子球算法(BilliardsAlgorithm)和内点法对标准CSK方案中星座图的误码率性能进行了优化。现有技术中有为评价星座图误码率性能所提出的成形增益与编码增益两类指标，不难发现星座图的设计主要分为两个步骤。我们首先需要设计星座图的成形空间，在此基础上再规划星座点的分布构型。故在设计误码率性能较优的星座图时，有效扩展其成形空间的包络范围并且获取成形空间内星座点的最紧凑构型成为首要优化准则。考虑到实际VLC系统的复杂度问题，为保证系统的整体传输速率，在设计时我们一般尽可能减少解调时需要检测的载波参量数。传统CSK调制技术的成形空间为光强域中的恒光功率平面，因此在接收端通过检测三路LED光载波中任意两路光载波的幅度情况可以解调得到传递的信息比特。而传统光纤通信中现有的三维调制技术，其成形空间表现为光强域中的锥体，虽然其包络范围有效扩大，但其解调复杂度也有所上升，并且会造成VLC系统中照明光源的波动深度过大。
技术实现思路
本专利技术提供一种构造球面可见光通信调制星座图的方法，该方法可大幅度提升星座图的传输可靠性。为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：一种构造球面可见光通信调制星座图的方法，包括以下步骤：S1：利用二分搜索算法A0获取M个星座点在球面三角域均匀分布的初始可行半径值；S2：在球面三角域内对三个固定点的位置进行初始化，之后利用初始可行半径值运行启发式拟物算法A1得到全局最优的星座图构型；S3：依据相邻两星座点所映射的比特符号平均相差位数尽可能小的原则，根据S2得到的星座图分布特点设计相应的映射方式。进一步地，所述步骤S1中二分搜索算法A0的具体过程是：S11：计算一个较小的球面圆半径使得这M个球面圆能够在无嵌入的状态下，圆心全部落在球面三角域内；再计算一个较大的球面圆半径使得这M个球面圆在无嵌入的状态下，圆心无法全部落在球面三角域内，具体地，先将圆心点均匀分布在球面三角域的边界线上，计算此时两相邻点的球面距离，将其设定为其次，令所有球面圆与固定球面三角的总嵌入面积的最小值等于球面三角域的总面积，计算此时两相邻点的球面距离，将其设定为S12：选择二分点运行局部拟物算法A2或A3；S13：若输出可行构型，即全局最优解，则否则S14：重复步骤S12至S13，直至其中ε1为预先设定的二分搜索法的精度阈值，令输出可行半径值进一步地，所述启发式拟物算法A1的过程是：S21：基于初始可行半径值在带边界约束的球面内随机产生M-3个自由星座点，并对整体构型调用局部拟物算法A2或者A3，若得到可行构型，则成功退出，直接进入二分搜索算法A0；若未得到可行构型，则输出当前局部最优构型；S22：基于序列旋转换位得到的构型，调用局部拟物算法A2或者A3进行优化，若得到可行构型，则成功退出，进入步骤S23；否则，重复步骤S21至S22直至连续两次输出构型的势能变化率小于ε2，其中ε2为预先设定的卡壳状态下的判断阈值，输出遍历得到的最紧凑构型，进入步骤S23；S23：进入二分搜索算法A0以得到最优的M点星座图构型；其中，其中对于步骤S22，当某构型在遍历得到的所有构型中总势能值为最小，则判定其为最紧凑构型。进一步地，所述局部拟物算法A2的过程是：S24：基于输入的初始构型，执行动作a后对构型进行更新，若构型的总体弹性势能小于μ1或者单个自由星座点受到的平均弹力小于μ2，则输出局部最优构型；否则，重复步骤24；进一步地，所述局部拟物算法A3的过程是：S25：基于输入的初始构型，执行动作a后对构型进行更新，若构型的总体弹性势能小于μ3或者弹力步长参数小于10-7或者陷入卡壳状态，则进入步骤S26；否则，重复步骤S25；S26：若构型的约束势能小于μ3，则进入步骤S27，否则判断构型无前景，中断算法输出构型；S27：执行动作b后对构型进行更新，若构型的总体势能小于μ3或者动作b连续执行次数超过10，则进入步骤S28；否则，重复步骤S25至S27；S28：若构型的约束势能小于μ1，则执行动作a对构型进行更新；否则执行动作c对构型进行更新。构型更新后，若构型的整体势能小于μ1或者单个自由星座点受到的平均弹力小于μ2或者陷入卡壳状态，则输出局部最优构型；否则，重复步骤S28。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术利用二分搜索算法A0获取M个星座点在球面三角域均匀分布的初始可行半径值在球面三角域内对三个固定点的位置进行初始化，之后利用初始可行半径值运行启发式拟物算法A1得到全局最优的星座图构型；依据相邻两星座点所映射的比特符号平均相差位数尽可能小的原则，根据S2得到的星座图分布特点设计相应的映射方式。本专利技术保证了VLC系统对接收信号能够同时采用色度解调和强度解调，使其适用于传统的可见光通信系统框架。采用本专利技术可在保持传统CSK解调器复杂度不变的情况下，大幅度提升星座图的传输可靠性。附图说明图1为本专利技术算法流程图；图2为二分搜索算法A0流程图；图3为球面固定三点的占位示意图；图4为A1的算法流程图；图5为A2的算法流程图；图6为A3的算法流程图；图7为弹性物体与占角圆的嵌入示意图；图8为两弹性物体之间的嵌入示意图；图9为弹性物体与包络边界之间的嵌入示意图；图10为白平衡线与质心约束力的定义示意图；图11为运动轨迹分析图；图12为基础星座图映射方案示意图；图13为相同电信噪比下基础星座图的SER性能对比图；图14为相同电信噪比下白平衡星座图的SER性能对比图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。实施例1如图1所示，一种构造球面可见光通信调制星座图的方法，包括以下步骤：S1：利用二分搜索算法A0获取M个星座点在球面三角域均匀分布的初始可行半径值S2：在球面三角域内对三个固定点的位置进行初始化，之后利用初始可行半径值运行启发式拟物算法A1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种构造球面可见光通信调制星座图的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：利用二分搜索算法A0获取M个星座点在球面三角域均匀分布的初始可行半径值

【技术特征摘要】
1.一种构造球面可见光通信调制星座图的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：利用二分搜索算法A0获取M个星座点在球面三角域均匀分布的初始可行半径值S2：在球面三角域内对三个固定点的位置进行初始化，之后利用初始可行半径值运行启发式拟物算法A1得到全局最优的星座图构型；S3：依据相邻两星座点所映射的比特符号平均相差位数尽可能小的原则，根据S2得到的星座图分布特点设计相应的映射方式。2.根据权利要求1所述的构造球面可见光通信调制星座图的方法，其特征在于，所述步骤S1中二分搜索算法A0的具体过程是：S11：计算一个较小的球面圆半径使得这M个球面圆能够在无嵌入的状态下，圆心全部落在球面三角域内；再计算一个较大的球面圆半径使得这M个球面圆在无嵌入的状态下，圆心无法全部落在球面三角域内，具体地，先将圆心点均匀分布在球面三角域的边界线上，计算此时两相邻点的球面距离，将其设定为其次，令所有球面圆与固定球面三角的总嵌入面积的最小值等于球面三角域的总面积，计算此时两相邻点的球面距离，将其设定为S12：选择二分点运行局部拟物算法A2或A3；S13：若输出可行构型，即全局最优解，则否则S14：重复步骤S12至S13，直至其中ε1为预先设定的二分搜索法的精度阈值，令输出可行半径值3.根据权利要求2所述的构造球面可见光通信调制星座图的方法，其特征在于，所述启发式拟物算法A1的过程是：S21：基于初始可行半径值在带边界约束的球面内随机产生M-3个自由星座点，并对整体构型调用局部拟物算法A2或者A3，若得到可行构型，则成功退出，直接进入二分搜索算法A0；若未得到可行构型，则输出当前局部最优构型；S22：基于序列旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：江明，陈博，林泽锋，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44