[發明專利]一種可見光MIMO通信預編碼及解碼方法

有效

• 申請號: 201910360747.0
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110098855B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 李燕龍;陳雅迪;蘇浩明;符杰林;陳曉;徐凌燕;李曉記;鄭霖
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04B10/116;H04L27/26
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 石燕妮

本發明提供了一種可見光MIMO通信的預編碼及解碼方法，針對可見光多輸入多輸出非對稱限幅正交頻分復用(Multiple Input Multiple Output Asymmetric Clipping Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,MIMO?ACO?OFDM)通信系統子信道間相關性強而造成誤碼率高的問題，在得到時域ACO?OFDM信號后，通過遺傳算法求解得到最優的預編碼方陣W，將W與所述時域ACO?OFDM信號矢量s相乘以使接收信號矢量之間的最小歐氏距離最大化，在接收端，對接收到的時域ACO?OFDM信號中的奇數子載波進行最大似然估計及解編碼，以恢復出發送數據，從而大幅降低了誤碼率，提高了系統性能。

技術領域

本發明涉及無線光通信技術領域，尤其涉及一種可見光MIMO通信預編碼及解碼方法。

背景技術

隨著人類對海洋的探索逐漸深入，迫切需要一種適于水下短距無線高速通信的新技術，以滿足與日俱增的水下通信需求。水下可見光通信(Underwater Wireless OpticalCommunication)以其獨特的優勢，成為高速短距離水下無線通信的主流方案。相比于較為成熟的水下聲波通信系統，UWOC利用在海水中衰減較小的藍綠色可見光通信，其具有系統帶寬大，時延小，安全性高等優點，且受水下散射和吸收影響較小，適用于水下實時視頻傳輸、高吞吐量傳感器網絡等各種場景。

發光二極管(Light Emitting Diode)的調制帶寬只有幾MHz，限制了進一步提高UWOC系統通信速率的能力。因此，MIMO-OFDM技術被引入到UWOC系統中，其在不增加帶寬或發射功率的情況下，可以提高頻譜利用率，實現高數據傳輸。由于非成像可見光MIMO系統采用強度調制與直接檢測，不同發射天線光信號易于被其他接收端接收，因此子信道間存在較強相關性，從而導致其誤碼率(Bit Error Rate)較高，難以實現空間復用。目前光MIMO解相關方法分為兩類：一類是利用非成像器件解相關，即通過對陣列結構的優化或者添加非成像器件降低信道之間的相關性。但是這一類方法多是針對特定通信距離對接收機陣列結構進行優化改造，其結果不具有普適性。另一類是通過信號處理的手段解相關，主要通過預編碼、空間調制等手段克服信道相關性高造成的誤碼率高，可靠性差等缺陷。然而，在SVD預編碼器中，預編碼方陣存在負數元素。為了保證發射信號的非負約束條件，預編碼后需要在信號中增加直流偏置，降低了功率效率。且通過直流偏置滿足信號非負約束的方法造成的功率損耗，導致其誤比特率性能比不采用直流偏置差。此外，目前的可見光預編碼的研究主要基于單載波系統，如OOK、PAM等，不但難以適應的渾濁水下場景，且信道容量不高。而空間調制因為每一時隙只有一個或者部分LED發光，因此其通信速率相比普通MIMO系統低，難以滿足未來水下短距無線高速的通信需求。因此適宜水下非成像光MIMO-OFDM的預編碼方法仍然有待研究。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可見光MIMO通信預編碼及解碼方法，以解決信道相關性導致誤碼率性能下降的問題。

為了達到上述目的，本發明提供了一種可見光通信MIMO預編碼方法，包括：

輸入二進制隨機信息序列，并對所述二進制隨機信息序列進行QAM映射形成復數數據；

將所述復數數據放入OFDM符號中的奇數子載波上后進行厄米特共軛對稱；

將厄米特共軛對稱后的所述復數數據順次執行快速傅里葉逆變換、并串轉換及插入循環前綴，以得到時域ACO-OFDM信號；

通過遺傳算法求最優的預編碼方陣W；所述優化模型為：

其中，P_max為總發射功率，w_k,l為W中第k行第l列的元素，d_min為接收信號的最小歐式距離；