多光源无线光通信频谱感知系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种多光源无线光通信频谱感知系统，包括发射端，其用于发射光信号，发射端包括多个LED；次用户终端用于接收发射端发射的光信号，将光信号转换为电信号，滤除电信号中的直流成分，获得滤波后的电信号，对电信号进行采样，获得采样数据和相应的采样数目，基于采样数目和采集到的次用户终端的位置数据进行信道估计，获得信道矩阵，基于信道矩阵、采样数据和采样数目来计算检测量M与判决门限K，通过比较M与K的大小关系，判断信道是否被主用户占用。本发明专利技术可以提高频谱的利用效率，特别是在多径信道下鲁棒性较强，即便在考虑定位误差以及接收机倾斜的情况下仍有较好的检测效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
多光源无线光通信频谱感知系统及方法


[0001]本专利技术涉及目标检测
，尤其是指一种多光源无线光通信频谱感知系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，使用发光二极管(LED)作为信号发射源的室内无线光通信技术飞速发展。相比于传统的无线射频通信，无线光通信具有传输速率高、安全性好、对环境和健康无害等优点。在无线光通信系统中，通常存在多个用户，为了更好地为多用户提供服务，保证服务质量，学者们提出了认知无线光通信的概念，其基本原理是将无线光通信用户分为有执照用户(主用户)和无执照用户(次用户)，其中主用户拥有更高的通信权限，优先占用通信频谱资源进行数据传输，享有高速、低时延和服务质量的保证；次用户仅允许在主用户空闲时占用通信频谱进行数据传输，且无法享受高速、低时延和服务质量的保证。为了充分提高频谱资源利用率，同时为了避免对主用户的通信造成干扰，次用户需要根据接收到的信号，随时了解主用户的状态(即主用户是否正在传输数据)，以此为依据建立或断开自己的无线光通信链路，这种根据接收到的信号来检测主用户状态的技术称为频谱感知，是认知无线光通信中的关键技术。
[0003]在无线光通信系统中，为了满足室内各处的照明和通信需求，通常使用多个LED光源作为发射机，这些LED光源同时向主用户的终端发送信息，当然这些光信号也会被次用户所接收到，由于不同的LED光源与次用户终端接收机之间具有不同的光程差，以及经过墙壁、天花板、障碍物的反射，这些来自多个LED光源的光信号会经过不同的时延之后到达次用户接收机，从而造成多径效应，影响频谱感知的性能。
[0004]在传统的射频通信网络中也有一些频谱感知的策略，例如在基于正交频分复用(OFDM)的射频通信系统中，利用循环前缀的自相关特性进行检测是一种较为常用的方法，其基本原理是：OFDM信号的每个符号都带有循环前缀，即将一个符号末尾的一部分内容复制一份，插入该符号的开头。这样的结构会使得信号带有很强的周期平稳性特征，从而可以使主用户的信号可以被检测出来。
[0005]但是目前的无线光通信系统往往伴随着多径效应，导致次用户所接收到的主用户信号产生自相关性，不再相互独立，这会使得基于能量检测的方法性能下降，而且基于循环前缀的检测方法尽管性能较好，但其实施起来复杂度很高，次用户的采样须与主用户信号的循环前缀保持同步，在多径效应影响下其频谱感知性能并不稳定。此外，该算法对于先验信息的要求较高，次用户需要知道主用户信号的符号长度以及循环前缀的长度。
[0006]因此，迫切需要一种可以在多光源下克服多径效应对频谱感知性能影响的方案，从而提升频谱感知的准确度。

技术实现思路

[0007]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术存在的问题，提出一种多光
源无线光通信频谱感知系统及方法，并且显著提高了检测精度，使得目标检测的准确度和适用性得到了进一步的提高。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种多光源无线光通信频谱感知系统，包括：
[0009]发射端，其用于发射光信号，所述发射端包括多个LED；
[0010]次用户终端，其用于接收所述发射端发射的光信号，将所述光信号转换为电信号，滤除电信号中的直流成分，获得滤波后的电信号，对所述电信号进行采样，获得采样数据和相应的采样数目，基于所述采样数目和采集到的次用户终端的位置数据进行信道估计，获得信道矩阵，基于所述信道矩阵、采样数据和采样数目，分别计算检测量和判决门限，来判断信道是否被主用户占用，其中，判断信道是否被主用户占用包括：
[0011]将所述检测量和所述判决门限进行比较，若检测量大于判决门限，则判定信道被主用户占用，否则判定信道未被主用户占用。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述次用户终端包括：
[0013]光电检测器模块，其用于将所述光信号转换为电信号；
[0014]直流滤波器模块，其用于滤除电信号中的直流成分，获得滤波后的电信号；
[0015]采样模块，其用于对滤波后的电信号进行采样，获得采样数据和相应的采样数目；
[0016]位置信息采集模块，其用于采集所述次用户终端的位置数据；
[0017]信道矩阵估计模块，其用于基于所述采样数目和所述位置数据进行信道估计，获得信道矩阵。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述次用户终端包括：
[0019]检测量计算模块，其用于计算获得检测量；
[0020]判决门限计算模块，其用于计算获得判决门限；
[0021]判决模块，其用于将所述检测量和所述判决门限进行比较，若检测量大于判决门限，则判定信道被主用户占用，否则判定信道未被主用户占用。
[0022]此外，本专利技术还提供一种多光源无线光通信频谱感知方法，包括：
[0023]发射端发射光信号；
[0024]次用户终端接收所述发射端发射的光信号，将所述光信号转换为电信号，滤除电信号中的直流成分，获得滤波后的电信号，对所述电信号进行采样，获得采样数据和对应的采样数目；
[0025]基于所述采样数目和采集到的次用户终端的位置数据进行信道估计，获得信道矩阵；
[0026]基于所述信道矩阵以及采样数据计算出检测量，根据信道矩阵以及采样数目计算出判决门限，将所述检测量和所述判决门限进行比较，若检测量大于判决门限，则判定信道被主用户占用，否则判定信道未被主用户占用。
[0027]在本专利技术的一个实施例中，基于所述采样数据和采集到的次用户终端的位置数据进行信道估计的方法包括：
[0028]在获得采样数目N后进行信道估计，生成信道矩阵
其中m是离散信道的长度，又有其中l是LED的朗伯辐射阶数，A
r
是光电检测器模块的有效面积，T
s
是直流滤波器模块的增益,g是光学集中器的增益,ψ
c
是次用户终端接收机的视场角,c是光速,t0是采样间隔，此外，I
j
＝{i＝1,
…
,L|j＝[D
i
/ct0]},[
·
]是取整函数，D
i
是第i个LED到次用户终端接收机的距离,φ
i
与θ
i
分别代表出射角和入射角，D
i
、φ
i
和θ
i
表示为其中v
i
＝[x
i
‑
x
r
,y
i
‑
y
r
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i
‑
z
r
],v
O
＝[sinβ
·
cosα,sinβ
·
sinα,cosβ],<
·
,
·
>表示两个向量的内积,α和β分别是光电检测器模块的方位角和极角。
[0029]在本专利技术的一个实施例中，所述坐标(x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多光源无线光通信频谱感知系统，其特征在于，包括：发射端，其用于发射光信号，所述发射端包括多个LED；次用户终端，其用于接收所述发射端发射的光信号，将所述光信号转换为电信号，滤除电信号中的直流成分，获得滤波后的电信号，对所述电信号进行采样，获得采样数据和相应的采样数目，基于所述采样数目和采集到的次用户终端的位置数据进行信道估计，获得信道矩阵，基于所述信道矩阵、采样数据和采样数目，分别计算检测量和判决门限，来判断信道是否被主用户占用，其中，判断信道是否被主用户占用包括：将所述检测量和所述判决门限进行比较，若检测量大于判决门限，则判定信道被主用户占用，否则判定信道未被主用户占用。2.根据权利要求1所述的多光源无线光通信频谱感知系统，其特征在于：所述次用户终端包括：光电检测器模块，其用于将所述光信号转换为电信号；直流滤波器模块，其用于滤除电信号中的直流成分，获得滤波后的电信号；采样模块，其用于对滤波后的电信号进行采样，获得采样数据和相应的采样数目；位置信息采集模块，其用于采集所述次用户终端的位置数据；信道矩阵估计模块，其用于基于所述采样数目和所述位置数据进行信道估计，获得信道矩阵。3.根据权利要求1所述的多光源无线光通信频谱感知系统，其特征在于：所述次用户终端包括：检测量计算模块，其用于计算获得检测量；判决门限计算模块，其用于计算获得判决门限；判决模块，其用于将所述检测量和所述判决门限进行比较，若检测量大于判决门限，则判定信道被主用户占用，否则判定信道未被主用户占用。4.一种多光源无线光通信频谱感知方法，其特征在于，包括：发射端发射光信号；次用户终端接收所述发射端发射的光信号，将所述光信号转换为电信号，滤除电信号中的直流成分，获得滤波后的电信号，对所述电信号进行采样，获得采样数据和对应的采样数目；基于所述采样数目和采集到的次用户终端的位置数据进行信道估计，获得信道矩阵；基于所述信道矩阵以及采样数据计算出检测量，根据信道矩阵以及采样数目计算出判决门限，将所述检测量和所述判决门限进行比较，若检测量大于判决门限，则判定信道被主用户占用，否则判定信道未被主用户占用。5.根据权利要求4所述的多光源无线光通信频谱感知方法，其特征在于：基于所述采样数据和采集到的次用户终端的位置数据进行信道估计的方法包括：在获得采样数目N后进行信道估计，生成信道矩阵
其中m是离散信道的长度，又有其中l是LED的朗伯辐射阶数，A
r
是光电检测器模块的有效面积，T
s
是直流滤波器模块的增益,g是光学集中器的增益,ψ
c
是次用户终端接收机的视场角,c是光速,t0是采样间隔，此外，I
j
＝{i＝1,
…
,L|j＝[D
i
/ct0]},[
·
]是取整函数，D
i
是第i个LED到次用户终端接收机的距离,φ
i
与θ
i
分别代表出射角和入射角，D
i
、φ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜子乐，由骁迪，沈纲祥，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：