一种基于可见光通信的RLL编码方法技术

本发明专利技术公开一种基于可见光通信的游程长度受限(RLL)编码方法，步骤是：基于常规卷积码的网格结构，依据Miller编码的特点，设定RLL码的网格图中移存器下一状态与输出码一致；主要针对2比特输入与3比特输出的RLL码进行设计，并分析2/3码率RLL码的最大游程长度的特点；给出不同游程长度条件下，对应的可能状态路径图；依据常规卷积码以最小码距作为误码率性能的评价方法，分析不同游程长度条件下，2/3码率RLL码对应的最小码距；依据常规BCJR算法译码，给出改进BCJR算法中前向递推度量、后向递推度量及状态转移度量的表达式。此种方法通过优化网格结构的方式进行RLL码设计，提高可见光信号的传输可靠性。

A RLL Coding Method Based on Visible Communication

The invention discloses a RLL encoding method based on visible light communication. The steps are: based on the grid structure of conventional convolutional codes, according to the characteristics of Miller encoding, the next state of the registers in the grid diagram of RLL codes is set to be consistent with the output codes; the RLL codes with 2-bit input and 3-bit output are designed, and the characteristics of the maximum run length of RLL codes with 2/3 bit rate are analyzed. Points; Give the possible state paths corresponding to different run lengths; analyze the minimum code spacing corresponding to 2/3 rate RLL codes under different run lengths according to the evaluation method of BER performance of conventional convolutional codes; and give the tables of forward recurrence metric, backward recurrence metric and state transition metric in improved BCJR algorithm based on the decoding of conventional BCJR algorithm. Tatsu. By optimizing the grid structure, RLL code is designed to improve the transmission reliability of visible light signals.

【技术实现步骤摘要】
一种基于可见光通信的RLL编码方法
本专利技术涉及一种在短距离可见光通信场景中可见光信号的编码方法，特别涉及一种基于可见光通信的游程长度受限(RLL)编码方法。
技术介绍
可见光通信(VLC)因其在能效与短距离无线通信等方面的显著优势而备受关注，其基本原理：发端采用发光二极管(LED)发送信息数据，信号经光信道传输后到达接收端，收端采用光电二极管(PD)检测器对光信号进行直接检测。然而，值得注意的是：在VLC通信中，为了同时满足照明与通信要求，需要考虑调光率与闪烁两个重要问题。因此，为了解决上述问题，进而实现信息传输的高效与可靠，基于开关键控(OOK)调制的游程长度受限(RLL)编译码方法已成为VLC技术中的重要研究内容。在VLC通信中，RLL码被用于消除发送符号序列中长串的连“0”或连“1”，可使得灯光闪烁满足最大闪烁时间(MFTP)小于5ms，以满足人眼对灯光强度变换无察觉的基本条件；同时可帮助接收端恢复位同步时钟信号。因此，基于OOK调制基础上，如何设计RLL编译码算法，进而实现可见光信号传输的良好直流(DC)平衡、避免LED闪烁及高效可靠一直是专家学者的研究重点。为了得到适用于可见光通信中良好DC平衡、避免LED闪烁、高效可靠的RLL码，本案由此产生。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种基于可见光通信的RLL编码方法，具有良好DC平衡、避免LED闪烁、高效可靠的特点。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种基于可见光通信的RLL编码方法，包括以下步骤：步骤A，基于常规卷积码的网格结构，依据Miller编码的特点，设定RLL码的网格图中移存器下一状态与输出码一致；步骤B，针对2比特输入序列与3比特输出码字的RLL码进行设计，设定S0(000)，S1(001)，S2(010)，S3(011)，S4(100)，S5(101)，S6(110)，S7(111)分别表示移存器的8种状态，通过分析得到2/3码率RLL码最大游程长度的最小值为3、最大值为7；步骤C，基于游程长度最大值分别为3、4、5、6、7条件下，通过分析RLL码对应的可能状态路径图，得到不同游程长度下的2/3码率RLL码，其中需要注意的是：应避免S0(000)→S0(000)状态路径图；步骤D，基于步骤C得到的RLL码，依据常规卷积码以最小码距作为误码率性能的评价方法，通过分析2/3码率RLL码对应的最小码距分别为1、1、1、1、2，从而定性分析不同游程长度下的RLL码误码率性能；步骤E，接收端对所接收的信号进行BCJR算法译码，给出BCJR算法中前向递推度量、后向递推度量及状态转移度量的表达式；步骤F，基于步骤E得到的表达式，译码输出的信息序列μi、vi各自的对数似然比值分别为：其中，采用上述方案后，相较于现有Miller码，本专利技术通过改变编码器的网格结构，给出了不同游程长度约束下2/3码率RLL码的可能状态路径图，同时对2/3码率RLL码的DC平衡特性及闪烁特性进行分析，最后给出了2/3码率RLL码对应的修改BCJR算法中前向递推度量、后向递推度量及状态转移度量的表达式，提高了可见光信号的传输可靠性，本专利技术适用于短距离可见光通信中的用户节点。附图说明图1是本专利技术所提出的游程长度为7的RLL码网络；图2是本专利技术所提出的游程长度为7的RLL码与现有Miller码、更新Miller码光照强度特性图；其中，(a)表示RLL码的光照强度特性图，(b)表示现有Miller码的光照强度特性图，(c)表示更新Miller码的光照强度特性图；图3是本专利技术对应的VLC系统框图；图4是本专利技术所提出的不同游程长度下RLL码误码率性能对比曲线图；图5是本专利技术所提出的游程长度为7的RLL码与现有Miller码、更新Miller码误码率性能对比曲线图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案及有益效果进行详细说明。本专利技术提供一种基于可见光通信的游程长度受限(RLL)编码方法，包括以下步骤：步骤A：基于常规卷积码的网格结构，依据Miller码字的特点，分析现有Miller码的网格结构特点进行RLL码的设计，设定RLL码的网格图中移存器下一状态与输出码一致；步骤B：针对2比特输入序列与3比特输出码字的RLL码进行设计，设定S0(000)，S1(001)，S2(010)，S3(011)，S4(100)，S5(101)，S6(110)，S7(111)分别表示移存器的8种状态，通过分析得到2/3码率RLL码最大游程长度的最小值为3、最大值为7；步骤C：基于游程长度最大值分别为3、4、5、6、7条件下，通过分析RLL码对应的可能状态路径图，得到不同游程长度下的2/3码率RLL码，其中需要注意的是：应避免S0(000)→S0(000)状态路径图；步骤D：基于步骤C得到的RLL码，依据常规卷积码以最小码距作为误码率性能的评价方法，通过分析2/3码率RLL码对应的最小码距分别为1、1、1、1、2，从而定性分析不同游程长度下的RLL码误码率性能；步骤E：基于游程长度最大值分别为3、4、5、6、7条件下，依据常规卷积码以最小码距作为误码率性能的评价方法，分析1/2码率Miller码及2/3码率RLL码对应的最小码距；步骤F：基于步骤E得到的表达式，译码输出的信息序列μi、vi各自的对数似然比值分别为：其中，所述步骤C的具体步骤是：步骤C1：分析游程长度最大值为3的RLL码，初始状态S0(000)的下一状态可能为S4(100)、S5(101)、S6(110)、S7(111)；而不能是S1(001)、S2(010)、S3(011)；同理S1(001)的下一状态不能为S7(111)，S2(010)的下一状态不能为S0(000)，S3(011)的下一状态不能为S6(110)、S7(111)，S4(100)的下一状态不能为S0(000)、S1(001)，S5(101)的下一状态不能为S7(111)，S6(110)的下一状态不能为S0(000)，S7(111)的下一状态不能为S4(100)、S5(101)、S6(110)、S7(111)；步骤C2：分析游程长度最大值为4的RLL码，其中一种可能的状态路径图为S0(000)→S2(010)→S3(011)→S5(101)→S4(100)→S6(110)→S7(111)→S1(001)→S0(000)；步骤D3：分析游程长度最大值为5的RLL码，其中一种可能的状态路径图为S0(000)→S3(011)→S2(010)→S1(001)→S5(101)→S4(100)→S7(111)→S6(110)→S0(000)；步骤C4：分析游程长度最大值为6的RLL码，其中一种可能的状态路径图为S0(000)→S1(001)→S3(011)→S2(011)→S4(100)→S5(101)→S7(111)→S6(110)→S0(000)；步骤C5：分析游程长度最大值为7的RLL码，其中一种可能的状态路径图为S0(000)→S1(001)→S2(010)→S4(100)→S3(011)→S7(111)→S6(110)→S5(101)→S0(000)。所述步骤E的具体步骤是：步骤E1，前向递推度量其中，s'与s分别对应i-1与i时刻的网格状态，γi((μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可见光通信的RLL编码方法，其特征在于包括以下步骤：步骤A，设定RLL码的网格图中移存器下一状态与输出码一致；步骤B，针对2比特输入序列与3比特输出码字的RLL码进行设计，设定S0(000)，S1(001)，S2(010)，S3(011)，S4(100)，S5(101)，S6(110)，S7(111)分别表示移存器的8种状态，通过分析得到2/3码率RLL码最大游程长度的最小值为3、最大值为7；步骤C，基于游程长度最大值分别为3、4、5、6、7条件下，通过分析RLL码对应的可能状态路径图，得到不同游程长度下的2/3码率RLL码，其中需要注意的是：应避免S0(000)→S0(000)状态路径图；步骤D，基于步骤C得到的RLL码，依据常规卷积码以最小码距作为误码率性能的评价方法，通过分析2/3码率RLL码对应的最小码距分别为1、1、1、1、2，从而定性分析不同游程长度下的RLL码误码率性能；步骤E，接收端对所接收的信号进行BCJR算法译码，给出BCJR算法中前向递推度量、后向递推度量及状态转移度量的表达式；步骤F，基于步骤E得到的表达式，译码输出的信息序列μi、vi各自的对数似然比值LLRRLL(μi)、LLRRLL(vi)分别为：...

【技术特征摘要】
1.一种基于可见光通信的RLL编码方法，其特征在于包括以下步骤：步骤A，设定RLL码的网格图中移存器下一状态与输出码一致；步骤B，针对2比特输入序列与3比特输出码字的RLL码进行设计，设定S0(000)，S1(001)，S2(010)，S3(011)，S4(100)，S5(101)，S6(110)，S7(111)分别表示移存器的8种状态，通过分析得到2/3码率RLL码最大游程长度的最小值为3、最大值为7；步骤C，基于游程长度最大值分别为3、4、5、6、7条件下，通过分析RLL码对应的可能状态路径图，得到不同游程长度下的2/3码率RLL码，其中需要注意的是：应避免S0(000)→S0(000)状态路径图；步骤D，基于步骤C得到的RLL码，依据常规卷积码以最小码距作为误码率性能的评价方法，通过分析2/3码率RLL码对应的最小码距分别为1、1、1、1、2，从而定性分析不同游程长度下的RLL码误码率性能；步骤E，接收端对所接收的信号进行BCJR算法译码，给出BCJR算法中前向递推度量、后向递推度量及状态转移度量的表达式；步骤F，基于步骤E得到的表达式，译码输出的信息序列μi、vi各自的对数似然比值LLRRLL(μi)、LLRRLL(vi)分别为：其中，αi-1(s′)为第i-1时刻的前向递推度量，βi(s)为第i时刻的后向递推度量，P(μi＝1)与P(μi＝0)分别表示μi＝1与μi＝0时对应的先验概率，P(vi＝1)与P(vi＝0)分别表示vi＝1与vi＝0时对应的先验概率，σ2为零均值加性高斯白噪声(AWGN)的方差，(pi,gi,qi)表示在输入序列为(μi,vi)条件下经编码后输出的码字序列，表示码字序列(pi,gi,qi)经AWGN信道传输后，接收端所接收到的信号。2.如权利要求1所述的一种基于可见光通信的RLL编码方法，其特征在于：所述步骤C的具体步骤是：步骤C1，分析游程长度最大值为3的RLL码，初始状态S0(000)的下一状态可能为S4(100)、S5(101)、S6(110)、S7(111)；而不能是S1(001)、S2(010)、S3(011)；同理S1(001)的下一状态不能为S7(111)，S2(010)的下一状态不能为S0(000)，S3(011)的下一状态不能为S6(110)、S7(111)，S4(100)的下一状态不能为S0(000)、S1(001)，S5(101)的下一状态不能为S7(111)，S6(110)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宗艳，余鸿路，李世银，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32