可见光通信混合多址接入方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及可见光通信技术领域，尤其涉及一种可见光通信混合多址接入方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.近年来，可见光通信(vlc)作为克服拥挤无线通信频谱的一种解决方案而受到广泛关注。然而，作为目前使用率较高的白光led，其较窄的调制带宽极大地限制了vlc系统容量的发展。直到目前，为了克服这一硬件缺陷以提高频谱利用率，许多技术被广泛提出并得到了应用。例如预均衡、使用高阶正交振幅调制(qam)星座的正交频分复用(ofdm)调制、多输入多输出(mimo)传输、非正交多址接入(noma)等。其中，ofdma作为ofdm技术的演进，可以使同一组的多个用户选择接入同一较好子载波上，从而提高频谱效率。noma作为一种新型的多址接入技术，允许在同一时域和频域资源单元上同时支持多个用户，为无线通信系统的性能提供了新的增长空间。
3.在发射端采用功率叠加编码(spc)和在接收端采用串行干扰删除(sic) 是noma的核心理念。在理想的室内场景下，采用noma与ofdma的混合技术会极大地提高频谱效率，从而降低误码率。但在实际信号传输过程中，由于不同用户位置的差异产生了路径差，导致用户组间的误码性能不平衡，从而使得用户组间的通信公平性降低；此外，在不理想的实际低通信道中，子载波以高低频分块的形式进行分组，将导致用户组间所分配到的功率不平等，也会使得用户组间的通信公平性降低。因此，如何提高用户组间的通信公平性已成为该领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明实施例针对以上缺陷，提供了一种可见光通信混合多址接入方法、装置、设备及存储介质，用以解决现有技术存在的问题。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种可见光通信混合多址接入方法，所述方法包括：
6.在混合noma/ofdma调制端，将输入比特数据分成2n组；中，假设vlc环境中有2n个用户，且按信道增益大小对所有用户排序；
7.将每组的两个用户分为近端用户及远端用户，每个用户分别进行qam映射；
8.依据组内两个用户的功率差别进行组内功率分配并叠加编码(spc)；
9.以用户组为单位进行子载波交织及组间功率分配；
10.施加厄米对称(hs)约束，产生实值输出信号后执行快速傅里叶逆变换 (ifft)；
11.执行并串(p/s)转换，得到发射的混合noma/ofdma信号；
12.在混合noma/ofdma解调端，每组的用户进行时间同步；
13.通过s/p转换将串行数据转换为并行数据；
14.在进行fft和频域均衡(fde)后，进行子载波的提取；
15.对于同一组的远端用户，将近端用户的信号视为噪声直接进行qam符号解调；
16.对于同一组的近端用户，执行做串行干扰删除(sic)，减去远端用户信号后进行qam符号解调；
17.每个用户通过p/s转换恢复输出比特数据。
18.优选地，在下行传输链路中，用户是异步接收信号，对于每一个用户都独立地接收全部发射信号，不同用户组之间互不相关。
19.优选地，各组之间分配相互正交的资源，同一组用户则通过功率域进行复用。
20.优选地，在基础的noma系统中，每组内的用户由于信道增益的不同，乘上不同的最优组内功率分配系数来实现组间功率分配。
21.优选地，所述最优组内功率分配系数为：
22.表示为第i个组内近端用户功率与远端用户功率的比值；
23.其中，α
i
为最优组内功率分配系数，p
i
为近端用户功率，p
n i
为远端用户功率。
24.优选地，在ofdma的基础上，每组根据自身的差异乘以最优组间功率分配系数来实现组间功率分配。
25.优选地，所述最优组间功率分配系数为：
26.设定用户组间功率的比值简化为β的比值，即
27.p1：...：p
n
：...：p
n
＝β1：...：β
n
：...：β
n
；
28.则β
n
可表示为：
[0029][0030][0031]
其中，β
n
为最优组间功率分配系数，p
n
为用户组间功率，n为正整数。
[0032]
第二方面，本发明实施例提供了一种可见光通信混合多址接入装置，所述装置包括：
[0033]
混合noma/ofdma调制子装置，包括：
[0034]
输入比特数据划分模块，用于将输入比特数据分成2n组；
[0035]
qam映射模块，用于将每组的两个用户分为近端用户及远端用户，每个用户分别进行qam映射；
[0036]
组内功率分配及叠加编码模块，用于依据组内两个用户的功率差别进行组内功率分配并叠加编码(spc)；
[0037]
执行模块，用于施加厄米对称(hs)约束，产生实值输出信号后执行快速傅里叶逆变换(ifft)；
[0038]
并串转换模块，用于执行并串(p/s)转换，得到发射的混合noma/ofdma 信号；
[0039]
混合noma/ofdma解调子装置，包括：
[0040]
时间同步模块，用于对每组的用户进行时间同步；
[0041]
串并转换模块，用于通过s/p转换将串行数据转换为并行数据；
[0042]
子载波提取模块，用于在进行fft和频域均衡(fde)后，进行子载波的提取；
[0043]
第一qam符号解调模块，用于对于同一组的远端用户，将近端用户的信号视为噪声直接进行qam符号解调；
[0044]
第二qam符号解调模块，用于对于同一组的近端用户，执行做串行干扰删除(sic)，减去远端用户信号后进行qam符号解调；
[0045]
输出模块，用于控制每个用户通过p/s转换恢复输出比特数据。
[0046]
第三方面，本发明实施例提供了一种可见光通信混合多址接入设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在存储器中的计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施方式中第一方面的方法。
[0047]
第四方面，本发明实施例提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施方式中第一方面的方法。
[0048]
综上所述，本发明实施例提供的可见光通信混合多址接入方法、装置、设备及存储介质。本发明通过在混合noma/ofdma调制端，将输入比特数据分成2n 组；将每组的两个用户分为近端用户及远端用户，每个用户分别进行qam映射；依据组内两个用户的功率差别进行组内功率分配并叠加编码(spc)；以用户组为单位进行子载波交织及组间功率分配；施加厄米对称(hs)约束，产生实值输出信号后执行快速傅里叶逆变换(ifft)；执行串(p/s)转换，得到发射的混合noma/ofdma信号；在混合noma/ofdma解调端，每组的用户进行时间同步；通过s/p转换将串行数据转换为并行数据；在进行fft和频域均衡(fde)后，进行子载波的提取；对于同一组的远端用户，将近端用户的信号视为噪声直接进行qam符号解调；对于同一组的近端用户，执行做串行干扰删除(sic)，减去远端用户信号后进行qam符号解调；每个用户通过p/s转换恢复输出比特数据；本发明的子载波交织技术将奇偶数子载波分为两个用户组，每个用户组的带宽和功率近似，故实际不理想的低通信道对用户组间的公平性并未产生影响，从而取代频率预均衡，降低平均误码率性能，提高用户组间的公平性。因此，本发明的可见光通信混合多址接入方法能够有效降低通讯误码率，提升通信效果。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050]
图1是本发明实施例可见光通信混合多址接入方法的流程图。
[0051]
图2是本发明实施例可见光通信混合多址接入方法的有无子载波交织的发射端与接收端的频谱图。
[0052]
图3是本发明实施例的可见光通信混合多址接入方法的接收强度与输出电压的组间功率分配的频谱图。
[0053]
图4是本发明实施例的可见光通信混合多址接入方法的noma/ofdma vlc系统调制解调原理图。
[0054]
图5是本发明实施例的可见光通信混合多址接入装置的结构示意图。
[0055]
图6是本发明实施例的可见光通信混合多址接入设备的结构示意图。
具体实施方式
[0056]
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
[0057]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0058]
请参见图1，本发明实施例提供了一种可见光通信混合多址接入方法，本发明的子载波交织技术将奇偶数子载波分为两个用户组，每个用户组的带宽和功率近似，故实际不理想的低通信道对用户组间的公平性并未产生影响，从而取代频率预均衡，降低平均误码率性能，提高用户组间的公平性。因此，本发明的可见光通信混合多址接入方法能够有效降低通讯误码率，提升通信效果。所述方法包括如下步骤：
[0059]
s1、在混合noma/ofdma调制端，将输入比特数据分成2n组；中，假设vlc 环境中有2n个用户，且按信道增益大小对所有用户排序；
[0060]
s2、将每组的两个用户分为近端用户及远端用户，每个用户分别进行qam 映射；
[0061]
s3、依据组内两个用户的功率差别进行组内功率分配并叠加编码(spc)；
[0062]
s4、以用户组为单位进行子载波交织及组间功率分配；
[0063]
s5、施加厄米对称(hs)约束，产生实值输出信号后执行快速傅里叶逆变换(ifft)；
[0064]
s6、执行并串(p/s)转换，得到发射的混合noma/ofdma信号；
[0065]
s7、在混合noma/ofdma解调端，每组的用户进行时间同步；
[0066]
s8、通过s/p转换将串行数据转换为并行数据；
[0067]
s9、在进行fft和频域均衡(fde)后，进行子载波的提取；
[0068]
s10、对于同一组的远端用户，将近端用户的信号视为噪声直接进行qam符号解调；
[0069]
s11、对于同一组的近端用户，执行做串行干扰删除(sic)，减去远端用户信号后进行qam符号解调；
[0070]
每个用户通过p/s转换恢复输出比特数据。
[0071]
优选地，请参阅图2，图2展示了在发射端与接收端有无子载波交织对用户组间分配功率的区别。其中，图2(a)与图2(b)为发射端无交织与有交织的频谱图，图2(c)与图2(d)为接收端无交织与有交织的频谱图。由于实际信道是不理想的低通信道，各子载波的接收功率随着子载波频率的增加而逐渐减小，导致低频子载波和高频子载波的功率差异显著。从图2(c)可以看出，当未采用子载波交织时，分配于用户组1的低频子载波的接收信噪比远远高于分配于用户组2的高频子载波的接收信噪比，这将直接导致子载波的误码率分布不一致，从而降低平均误码率性能。
[0072]
为了消除用户组间的子载波功率差，图2(b)和图2(d)分别介绍了发射端和接收端进行子载波交织的基本原理。可以看出，在发射端将子载波以奇偶数的形式进行分组，经过不理想的低通信道后，虽然各子载波的接收端功率随着子载波频率的增加而减少，但对于每个用户组，整体功率近似。当带宽固定时，随着载波数的增加，整体功率的近似程度也会随之增加。子载波交织可以代替起到对信道做预均衡的作用，目的都是在进行载波分配时保证用户分组间的公平性。因此，本发明采用混合noma/ofdma时提出的组间功率分配及组内功率分配，极大地降低了路径差对用户组公平性的影响，且通过设置最优组间分配系数使系统通信的误码率降到最低，极大改善了系统性能。
[0073]
优选地，在下行传输链路中，用户是异步接收信号，对于每一个用户都独立地接收全部发射信号，不同用户组之间互不相关。
[0074]
优选地，各组之间分配相互正交的资源，同一组用户则通过功率域进行复用。可以理解的是，本实施例将noma与ofdma技术混合使用，即先将用户分成多组，各组之间分配相互正交的资源，而同一组用户则通过功率域进行复用。
[0075]
优选地，在基础的noma系统中，每组内的用户由于信道增益的不同，乘上不同的最优组内功率分配系数来实现组间功率分配。可以理解的是，每组内的用户由于信道增益的不同而乘上不同的最优组内功率分配系数有效提高了用户间的公平性。
[0076]
优选地，所述最优组内功率分配系数为：
[0077]
表示为第i个组内近端用户功率与远端用户功率的比值；
[0078]
其中，α
i
为最优组内功率分配系数，p
i
为近端用户功率，p
n i
为远端用户功率。
[0079]
优选地，在ofdma的基础上，每组根据自身的差异乘以最优组间功率分配系数来实现组间功率分配。可以理解的是，组间功率分配有效降低了通信误码率，提高了用户组间的公平性。
[0080]
优选地，所述最优组间功率分配系数为：
[0081]
设定用户组间功率的比值简化为β的比值，即
[0082]
p1：...：p
n
：...：p
n
＝β1：...：β
n
：...：β
n
；
[0083]
则β
n
可表示为：
[0084][0085][0086]
其中，β
n
为最优组间功率分配系数，p
n
为用户组间功率，n为正整数。
[0087]
请参阅图3，本发明在采用混合noma/ofdma时提出了实现了组间功率分配。对于用户组间，组间功率分克服了由于路径差导致的用户组信道增益的差异。从图3中可以看出，每个用户组根据自身的差异乘以最优组间分配系数，从而提高用户组间的公平性，降低通信误码率。
[0088]
优选地，请参阅图4，混合noma/ofdma vlc系统调制解调原理如图4所示，混合noma/ofdma调制端由以每个用户为单位的串/并转换、qam、组内功率分配、叠加编码，和以
每个组为单位的子载波交织、组间功率分配、加入厄米对称的快速傅里叶逆变换(ifft)和并/串转换组成。混合noma/ofdma解调由同步、串/并转换、快速傅里叶变换和频域均衡、子载波提取、近端用户的直接解调或远端用户先sic后解调组成。
[0089]
请参阅图5，明实施例提供了一种可见光通信混合多址接入装置，所述装置包括：
[0090]
混合noma/ofdma调制子装置1，包括：
[0091]
输入比特数据划分模块11，用于将输入比特数据分成2n组；
[0092]
qam映射模块12，用于将每组的两个用户分为近端用户及远端用户，每个用户分别进行qam映射；
[0093]
组内功率分配及叠加编码模块13，用于依据组内两个用户的功率差别进行组内功率分配并叠加编码(spc)；
[0094]
执行模块14，用于施加厄米对称(hs)约束，产生实值输出信号后执行快速傅里叶逆变换(ifft)；
[0095]
并串转换模块15，用于执行并串(p/s)转换，得到发射的混合noma/ofdma 信号；
[0096]
混合noma/ofdma解调子装置2，包括：
[0097]
时间同步模块21，用于对每组的用户进行时间同步；
[0098]
串并转换模块22，用于通过s/p转换将串行数据转换为并行数据；
[0099]
子载波提取模块23，用于在进行fft和频域均衡(fde)后，进行子载波的提取；
[0100]
第一qam符号解调模块24，用于对于同一组的远端用户，将近端用户的信号视为噪声直接进行qam符号解调；
[0101]
第二qam符号解调模块25，用于对于同一组的近端用户，执行做串行干扰删除(sic)，减去远端用户信号后进行qam符号解调；
[0102]
输出模块26，用于控制每个用户通过p/s转换恢复输出比特数据。
[0103]
可见光通信混合多址接入设备可以包括处理器401以及存储有计算机程序指令的存储器402。
[0104]
具体地，上述处理器401可以包括中央处理器(cpu)，或者特定集成电路 (application specific integrated circuit，asic)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
[0105]
存储器402可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器402可包括硬盘驱动器(hard disk drive，hdd)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(universal serial bus，usb)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器402可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器402可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器402是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器402包括只读存储器(rom)。在合适的情况下，该rom可以是掩模编程的rom、可编程rom(prom)、可擦除prom(eprom)、电可擦除prom (eeprom)、电可改写rom(earom)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。
[0106]
处理器401通过读取并执行存储器402中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种可见光通信混合多址接入方法。
[0107]
在一个示例中，可见光通信混合多址接入设备还可包括通信接口403和总线410。其中，如图4所示，处理器401、存储器402、通信接口403通过总线 410连接并完成相互间的
通信。
[0108]
通信接口403，主要用于实现本发明实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。
[0109]
总线410包括硬件、软件或两者，将可见光通信混合多址接入设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(agp)或其他图形总线、增强工业标准架构(eisa)总线、前端总线(fsb)、超传输(ht) 互连、工业标准架构(isa)总线、无限带宽互连、低引脚数(lpc)总线、存储器总线、微信道架构(mca)总线、外围组件互连(pci)总线、pci
‑
express (pci
‑
x)总线、串行高级技术附件(sata)总线、视频电子标准协会局部(vlb) 总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线410可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。
[0110]
另外，结合上述实施例中的可见光通信混合多址接入方法，本发明实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种可见光通信混合多址接入方法。
[0111]
综上所述，本发明实施例提供的可见光通信混合多址接入方法、装置、设备及存储介质。本发明通过在混合noma/ofdma调制端，将输入比特数据分成2n 组；将每组的两个用户分为近端用户及远端用户，每个用户分别进行qam映射；依据组内两个用户的功率差别进行组内功率分配并叠加编码(spc)；以用户组为单位进行子载波交织及组间功率分配；施加厄米对称(hs)约束，产生实值输出信号后执行快速傅里叶逆变换(ifft)；执行串(p/s)转换，得到发射的混合noma/ofdma信号；在混合noma/ofdma解调端，每组的用户进行时间同步；通过s/p转换将串行数据转换为并行数据；在进行fft和频域均衡(fde)后，进行子载波的提取；对于同一组的远端用户，将近端用户的信号视为噪声直接进行qam符号解调；对于同一组的近端用户，执行做串行干扰删除(sic)，减去远端用户信号后进行qam符号解调；每个用户通过p/s转换恢复输出比特数据；本发明的子载波交织技术将奇偶数子载波分为两个用户组，每个用户组的带宽和功率近似，故实际不理想的低通信道对用户组间的公平性并未产生影响，从而取代频率预均衡，降低平均误码率性能，提高用户组间的公平性。因此，本发明的可见光通信混合多址接入方法能够有效降低通讯误码率，提升通信效果。
[0112]
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
[0113]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。