[发明专利]一种用于室内可见光通信系统的神经网络均衡方法

说明书

技术领域

本发明属于可见光无线通信领域，涉及一种用于室内可见光通信系统的神经网络均衡方法。

背景技术

由于网络频段资源的枯竭，网络干扰，以及网络泄密等问题的日益严峻，我们需要找到能够克服上述问题的新的网络通信技术，而可见光通信技术是最有发展前景的技术之一。

可见光通信(Visible Light Communication，VLC)技术是一种使用可见光作为信息载体的新型无线光通信方式，它主要利用半导体发光二极管(Light Emitting Diode，LED)所具有的高速响应特性，同时实现通信和照明的双重功能。可见光通信发出的光是电磁波谱中人眼所可以感知的那部分，波长在380nm到780nm之间，对人眼安全。基于LED的可见光无线通信系统，无论是应用于室内还是室外，在其物理实现上均分为光信号发射和光信号接收两部分。光信号发射部分主要包括：将信号源信号转换成便于大气信道传输的电信号的输入和处理电路，以及将电信号转化调制成光载波强度变化的LED可见光驱动电路。可见光接收机部分主要包括：能对信号光源实现最佳接收的光学系统，将光信号还原成电信号的光电探测器和前置放大电路，为了获得最佳接收信噪比的滤波电路，以及将电信号转换成可被终端识别的信号处理和输出电路等。

目前，可见光通信的研究热点之一是如何提高通信速率，减小码间干扰。对可见光无线通信系统来说，LED光源为散射光，无方向性，因此可见光信号从LED发出后，有的经过LOS链路直接到达接收端，有的将会经过天花板、墙壁、障碍物等的反射和折射才能到达接收端。可见光信号在经过不同的传输路径之后将会产生传输时延，从而形成多径效应，并最终产生码间干扰和延迟失真，影响接收端对可见光信号接收的质量。且VLC系统提供调光功能，在发送端使用脉冲调制，在经由不同传输路径之后会产生码间干扰。如何抑制码间干扰成为研究者的一大难题。信道均衡技术可用于对抗码间干扰。在无线电通信系统中，信道均衡技术已经十分成熟，然而对于可见光通信系统来说，信道均衡技术尚处于研究阶段。综上所述，可见光通信系统中的均衡技术需要做进一步的研究。

发明内容

针对现有技术的不足，提出了一种明显减小码间干扰，降低误码率，提高系统可以达到的传输速率，并且缩短训练时长，降低系统复杂度的用于室内可见光通信系统的神经网络均衡方法。本发明的技术方案如下：一种用于室内可见光通信系统的神经网络均衡方法，所述可见光通信系统包括信号发送端A、光无线通信信道B和信号接收端C，信号发送端A包括编码模块、调制模块、LED驱动模块、Bias-Tee信号耦合模块和LED光源模块，信号接收端C包括光电检测模块、信号放大滤波模块、GA-ANN均衡模块、判决模块和信号解调解码模块，所述神经网络均衡方法包括以下步骤：

在信号发送端A，首先，数据源的待发送数据发送给编码模块进行编码；然后编码模块的输出信号发送给调制模块进行调光，调制模块完成对信号调光后，发送给Bias-Tee信号耦合模块，Bias-Tee信号耦合模块从LED光源模块输出，即发射可见光信号；所述可见光信号经过可见光无线信道B被接收端的光电探测器接收；

在信号接收端C，光电探测器接收可见光信号后将微小的幅度变化量转换为电信号，然后将该放大滤波后的电信号输入一个基于遗传算法改进的人工神经网络信道均衡器GA-ANN进行光信号的序列恢复训练，并经过信号判决模块的判决、解调解码模块的解码之后输出数据。

进一步的，所述基于遗传算法改进的人工神经网络信道均衡器GA-ANN的输入层采用系列的延迟线抽头，信息处理发生在隐层，隐层由多个神经元组成，这些神经元并行，且每个神经元都与输入层的所有抽头相连接，具体为：

A1、离散的接收信号表示为：其中，b_i为无噪声的信道输出，n_i是加性高斯白噪声，h_n是由天花板弹跳模型给出的信道抽头；L阶的均衡器有L个等距延迟为τ的抽头；

A2、把信道输出写成向量模式：Y_i＝[y_iy_i-1...y_i-L+1]^T根据输出向量Y_i，均衡器把接收向量分类成这两类中的其中之一：二进制“0”和二进制“1”，对接收符号划判决边界。

进一步的，所述基于遗传算法改进的人工神经网络信道均衡器GA-ANN进行光信号的序列恢复训练采用多层感知机，并且使用反向传播BP算法进行学习训练，具体包括：