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技术

本发明专利技术公开了一种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。在线正常通信过程中，采用本发明专利技术方法，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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种LED可见光通信在线自适应比特、功率分配和码率选择方法，属于可见光通信技术。
技术介绍
室内可见光通信是21世纪兴起的一种无线通信解决方案，它利用发光二极管(Light Emitting Diode，LED)发出的白光作为通信介质，并进行数字通信。由于无线频率资源有限，利用可见光进行通信可以很好的缓解传统无线通信频率资源紧张的问题。此外，现在人们越来越注重生态环境问题，绿色通信越来越多的被人们提起，而可见光通信作为一种环保、绿色、没有大功率的辐射污染的通信方式，是当前室内短距离无线通信传输方案的研究热点。LED是一种半导体发光器件，可见直接将电能转换为光能。相比于传统光源，LED具有寿命长、能效高、尺寸小等特点。另外，LED的发光强度能够快速变化，室内可见光通信正是基于此特性利用LED的光强度变化来传递数据。为了提高无线光通信系统的传输速率，对抗多径干扰，OFDM调制方式被引入其中，研究人员从理论及实验中发现OFDM是一种有效提高无线光通信系统性能的方式。由于可见光通信(VLC)系统中使用的信号发射器件是LED，为了导通LED，驱动电路必须提供正电压。因此LED上调制发送的时域信号必须是正实数信号，这就使得对传统的OFDM调制必须做一些改动才能运用在VLC系统中。两种常用的方法是直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)和非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)。DCO-OFDM最早由Jeffrey B.Carruthers等人在和VLC具有类似特性的无线红外通信中提出，并在VLC技术的相关研究中得到了广泛的应用。该方法将信号在频域子载波上以共轭对称的方式放置，以牺牲一半带宽的代价获取实数的时域信号。并且为了使所得信号为正数，需要再在实数交流信号的基础上叠加一个直流偏置，使得信号为正。ACO-OFDM由J.Armstrong等人提出，该方法在得到实数双极性OFDM时域信号后，截去信号的负数部分以获得正实数时域信号。ACO-OFDM只在奇数子载波上发送信号，频带利用率是DCO-OFDM的一半，但是由于不需要叠加直流偏置，功率利用率较高。除此之外，也有人综合了这两种技术，提出了非对称限幅直流偏置光正交频分复用(ADO-OFDM)。这种方案在奇数子载波上传输ACO-OFDM信号，在偶数子载波上传输DCO-OFDM信号。但目前出现的无线光OFDM通信系统大都是是针对特定的信道设计的，保证在信道条件不变或信道恶劣的情况下能正常通信，但是若在线通信过程中，信道条件发生变
化，OFDM调制策略不能在线实时调整，不能根据信道情况改变实时传输速率。所以，这样的系统是有缺陷的。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种LED可见光通信在线自适应比特、功率分配和码率选择方法，该方法能够在在线通信过程中根据信道条件的变化自适应地选择码率，改变比特以及功率分配策略，从而在确保系统通信可靠性的同时提高传输速率。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：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，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(说明传输速率提升空间不大)，则持续正常通信状态；若误帧率FER高于指标或一直为零(说明传输速率超过系统承载能力或传输速率还有提升空间)，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。本专利技术通过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。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EVMi定义如下： EVM i = | X ^ ( i ) - X ( i ) | 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SINRi定义如下： SINR i ≈ 1 EVM i ]]>本专利技术采用误差向量幅度EVM进行估计，不仅考虑到了噪声的影响，还考虑到了信道估计误差；若如现有技术，采用导频进行估计，则仅考虑到了信道估计误差；所以采用误差向量幅度EVM进行估计得到的信干噪比更加准确。(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Ej＝E0；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SINRth-k，SINRth-k＜SINRth-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SINRmean_j： SINR m e a n _ j = 1 M Σ i = 1 M SINR 本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
1.一种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。2.根据权利要求1所述的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：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EVMi定义如下： EVM i = | X ^ ( i ) - X ( i ) | 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SINRi定义如下： SINR i ≈ 1 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Ej＝E0；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SINRth-k，SINRth-k＜SINRth-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SINRmean_j： SINR m e a n _ j = 1 M &Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春明，韩伟，沈弘，黄鹤，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32