本發(fā)明涉及可見光通信系統(tǒng)中接收端的均衡方案，具體涉及室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)接收端的均衡器的權(quán)向量初始化方法，屬于可見光通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

可見光通信由于其綠色環(huán)保、無需頻譜認證、傳輸速率高等優(yōu)點引起了全球范圍的研究熱潮。然而對于一個室內(nèi)傳輸環(huán)境，接收端收到的光信號中包含直射和反射分量，當系統(tǒng)傳輸速率較高時，會引起碼間串擾。為了在接收端能準確的接收信號，必須采用相應的技術(shù)來消除碼間干擾，均衡技術(shù)是消除碼間干擾的有效技術(shù)手段。均衡器根據(jù)是否需要訓練序列分為自適應均衡器和盲均衡器，自適應均衡器在發(fā)送用戶數(shù)據(jù)前需要預先發(fā)送一段訓練序列，這會占用信道的帶寬，增加傳輸?shù)拈_銷。盲均衡技術(shù)不使用訓練序列，僅利用所接收到的信號對信道進行均衡，從而可以獲得有效的帶寬利用率。

常模(constantmodulusalgorithm，cma)盲均衡算法實現(xiàn)簡單，計算量小，是室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中使用最廣泛的盲均衡算法。然而cma算法的收斂性能受到步長因子的影響，算法的收斂速度與穩(wěn)態(tài)剩余誤差相互制約。而且cma算法的代價函數(shù)相對于抽頭權(quán)向量而言是存在局部極小值的，且代價函數(shù)的極小值存在多個，其抽頭權(quán)向量有一個較好的初始化條件能夠保證算法不會發(fā)散。根據(jù)大量工程經(jīng)驗，當抽頭權(quán)向量的抽頭個數(shù)足夠時，采用置零準則即中心抽頭初始化，cma算法的代價函數(shù)基本上能夠收斂到全局最優(yōu)解。但是，目前并沒有完整的理論能夠解決均衡器的抽頭權(quán)向量的初始化問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)接收端的均衡器的權(quán)向量初始化方法，克服現(xiàn)有的均衡方案下cma算法收斂速度受到收斂精度制約的問題，在不改變步長因子且不增加穩(wěn)態(tài)均方誤差的情況下，加快算法的收斂速度，加強跟蹤信道的能力。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)接收端的均衡器的權(quán)向量初始化方法，包括如下步驟：

步驟1，在室內(nèi)首次進行通信時，計算并記錄接收端此時的接收功率，記為p1，對均衡器采用中心抽頭初始化方法進行初始化，得到初始抽頭權(quán)向量，對初始抽頭權(quán)向量采用cma盲均衡算法，得到收斂后的均衡器抽頭權(quán)向量，記為w1并記錄；

步驟2，在室內(nèi)第二次進行通信時，計算接收端此時的接收功率與前一次通信時接收功率的差值比δ；若δ≤5％，則將前一次通信得到的抽頭權(quán)向量w1作為當前均衡器抽頭權(quán)向量；若δ>5％，則將此時的接收功率記為p2并記錄，對均衡器采用中心抽頭初始化方法進行初始化，得到初始抽頭權(quán)向量，對初始抽頭權(quán)向量采用cma盲均衡算法，得到收斂后的均衡器抽頭權(quán)向量，記為w2并記錄；

步驟3，在室內(nèi)第n次進行通信時，計算接收端此時的接收功率與已記錄的此前通信的接收功率的差值比δm，m＝1,2,…,m，m為已經(jīng)記錄的接收功率的總個數(shù)；從δ1開始，若存在δk≤5％，1≤k≤m，則將記錄的抽頭權(quán)向量wk作為當前均衡器抽頭權(quán)向量；若不存在，則將此時的接收功率記為pm+1并記錄，對均衡器采用中心抽頭初始化方法進行初始化，得到初始抽頭權(quán)向量，對初始抽頭權(quán)向量采用cma盲均衡算法，得到收斂后的均衡器抽頭權(quán)向量，記為wm+1并記錄。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述對均衡器采用中心抽頭初始化方法進行初始化，得到初始抽頭權(quán)向量具體為：根據(jù)均衡器的階數(shù)，確定初始抽頭權(quán)向量，當階數(shù)j為奇數(shù)時，在初始抽頭權(quán)向量中將階對應的位置設(shè)為1，其他位置均設(shè)為0；當階數(shù)j為偶數(shù)時，在初始抽頭權(quán)向量中將階或階對應的位置設(shè)為1，其他位置均設(shè)為0。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述初始抽頭權(quán)向量的表達式為：當階數(shù)j為奇數(shù)時，當階數(shù)j為偶數(shù)時，或

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟2所述差值比δ的計算公式為：

其中，p1為首次通信記錄的接收端的接收功率，p為第二次通信計算得到的接收端的接收功率。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟3所述差值比δm的計算公式為：

其中，pm為第n次通信之前已經(jīng)記錄的接收功率，m＝1,2,…,m，m為已經(jīng)記錄的接收功率的總個數(shù)；p′為第n次通信計算得到的接收端的接收功率。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1、本發(fā)明根據(jù)室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)信道變化緩慢的特點，利用接收功率的變化來衡量信道的變化，通過對均衡器的權(quán)向量進行合理的初始化，在不增加計算復雜度的基礎(chǔ)上，解決了cma盲均衡算法收斂速度慢，信道跟蹤能力不強的問題。

2、本發(fā)明實現(xiàn)簡單，是一種能夠加快均衡器收斂速度的方法，在實際應用中，尤其是接收端移動的情況下具有重要意義。

附圖說明

圖1是室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)接收端的原理框圖。

圖2是本發(fā)明室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)接收端的均衡器的權(quán)向量初始化方法的流程圖。

圖3是本發(fā)明一個實施例的示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明的思路是對現(xiàn)有室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)接收端的盲均衡器的抽頭初始化方法進行改進，通過接收功率的變化來判斷信道的變化程度，權(quán)向量初始化模塊利用數(shù)據(jù)存儲模塊記錄的接收功率的值和已經(jīng)取得的均衡器的收斂權(quán)向量對盲均衡器初始化，從而加快了cma均衡算法的收斂速度。

室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)接收端的原理框圖如圖1所示，數(shù)據(jù)存儲模塊位于權(quán)向量初始化模塊前，用于記錄之前通信位置的接收功率和均衡收斂后的權(quán)向量，權(quán)向量初始化模塊位于盲均衡器之前，通過對比當前接收功率與數(shù)據(jù)存儲模塊已有數(shù)據(jù)，對盲均衡器進行合理的初始化操作。盲均衡器可以為線性均衡器結(jié)構(gòu)也可以為非線性均衡器結(jié)構(gòu)，并不做限定。

盲均衡器抽頭權(quán)向量初始化的流程圖如圖2所示，系統(tǒng)根據(jù)接收功率的值對均衡器的抽頭權(quán)向量進行初始化處理。通信過程中接收端收到信號，首先計算接收功率的值，然后將此接收功率與數(shù)據(jù)存儲模塊已記錄的接收功率進行對比，若接收功率的值在已記錄的范圍內(nèi)，權(quán)向量初始化模塊利用已經(jīng)取得的均衡器的收斂權(quán)向量對盲均衡器初始化，若超出已記錄接收功率的范圍，則采用傳統(tǒng)的中心抽頭初始化方法對盲均衡器的權(quán)向量進行初始化。

在通信系統(tǒng)的接收端，數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲均衡器已取得的收斂后的權(quán)向量值并根據(jù)接收功率的變化判斷是否對當前值進行存儲，當接收功率在設(shè)定范圍內(nèi)，即在數(shù)據(jù)存儲模塊已存儲接收功率的范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)存儲模塊不需要記錄當前接收功率和權(quán)向量的值。對均衡器的采用中心抽頭初始化方法時，在數(shù)據(jù)存儲模塊記錄此時的接收功率和均衡器抽頭權(quán)向量收斂后的值。通過選擇性的記錄，能記錄到一定功率范圍內(nèi)的抽頭權(quán)向量值，使得記錄盡量少的數(shù)據(jù)來表征整個室內(nèi)通信范圍。具體采用以下方法：

第一步，用戶進入一個新的房間進行首次通信時，記錄此時的接收功率p1，對均衡器采用中心抽頭初始化方法即w＝[0,0,…,1,…,0,0]，采用cma算法得到收斂后的均衡器抽頭權(quán)向量w1并記錄。

第二步，用戶在房間內(nèi)第二次通信時，計算此時的接收功率p與上次通信時接收功率的差值比若δ≤5％，則對均衡器的權(quán)向量采用新的初始化方法，即w＝w1。若δ>5％，數(shù)據(jù)存儲模塊記錄此時的接收功率p2＝p，權(quán)向量初始化模塊對均衡器采用中心抽頭初始化方法，并將利用cma算法得到收斂后的均衡器抽頭權(quán)向量w2記錄。

第三步，用戶在房間內(nèi)第n次通信時，計算此時的接收功率p′與已記錄的此前通信的接收功率的差值比其中m＝1,2,…,m為已經(jīng)記錄的接收功率的個數(shù)。若存在1≤k≤m，δk≤5％，則對均衡器的權(quán)向量采用新的初始化方法，即w＝wk。若不存在，記錄此時的接收功率pm+1＝p′，對均衡器采用中心抽頭初始化方法，采用cma算法得到收斂后的均衡器抽頭權(quán)向量wm+1并記錄到數(shù)據(jù)存儲模塊。

下面以室內(nèi)可見光通信為例對發(fā)明技術(shù)方案進一步說明。

如圖3所示，房間為(5m×5m×3m)的規(guī)格，接收機平面的高度為0.85m，天花板上分布4個發(fā)射功率相同的led燈，分別位于(1m,1m,3m)，(1m,4m,3m)，(4m,1m,3m)，(4m,4m,3m)處。

若首次通信接收機位于a(1m,2m,0.85m)點，此時均衡器采用中心抽頭初始化方法，由于通信系統(tǒng)中房間是對稱的，接收機的位置也是對稱的，因此在房間內(nèi)共有其他7個點與a點擁有相同的信道特性和接收功率，陰影部分標示了接收功率的變化在a點5％內(nèi)的范圍，大致包括距a點30-40cm的位置。

假若下次通信在b點，則通過接收功率可以判斷b點可以直接利用a點均衡收斂后的權(quán)向量進行初始化，假若下次通信點c位于陰影部分外則均衡器采用中心抽頭初始化方法，此時記錄c點的接收功率和收斂后的均衡器權(quán)向量，在c點與其他7個點周圍也會形成類似的陰影部分。通過合理設(shè)計led燈的分布，在達到照明亮度均勻分布的同時接收功率的分布也很平緩，陰影部分的面積更大。

實際情況中，人的位置即接收機的位置是不斷移動的，均衡器需要不斷更新均衡器的以適應信道的變化。目前的文獻中討論較多的是串行均衡器，其中對于權(quán)向量的更新策略可能是每個周期一次也可能是每n個時鐘周期一次，例如《designandimplementationofadaptiveequalizerbasedonfpga》所介紹的方法每12個時鐘周期完成一次自適應過程，在12時鐘周期后開始下一次循環(huán)，文中使用lms算法大致需要300μs使得均衡器權(quán)向量收斂。實際應用中，假設(shè)室內(nèi)人的移動速度為10m/s，則在一次收斂過程中人的移動范圍遠小于1cm，這完全在上次通信的陰影范圍內(nèi)，因此在應用場景下，移動的接收端在連續(xù)通信的情況下，盲均衡器的權(quán)向量初始化方法具有重要意義，能有效提高算法的收斂速度，加強跟蹤信道的能力。

以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。