信號的檢測方法及裝置與流程

2023-09-15 08:46:25 1

本發明實施例涉及通信技術領域，尤其涉及一種星座結構的設計方法及裝置、信號檢測方法及裝置。

背景技術：

作為無線通信的一種新興方式，可見光通信(visiblelightcommunication，vlc)因其綠色環保的頻譜資源、可控的通信範圍、高速的傳輸速度等優點而迅速發展。

vlc系統包括光信號發射部分和光信號接收部分，其中，光信號發射部分將電信號進行調製後載頻到發光二極體(light-emittingdiode，led)燈具上，通過led燈具發出的可見光進行信號發送，光信號接收部分通過光子探測器將接收到的光信號轉換為電信號，然後對轉換得到的電信號基於預置星座進行檢測得到電信號對應的原發射信號。由於光電二極體(photon-diode，pd)檢測方式靈敏度不高，大大制約了vlc系統的傳輸範圍，因此現有技術中，常用單光子雪崩二極體(singlephotonavalanchediode，spad)作為接收手段，利用雪崩效應感應入射光信號，一次雪崩發生即視為一次光子計數，由於光子探測器的觀測對象為光子，因此，光子探測器轉換得到的電信號引入了粒子的隨機性，使得電信號的傳輸通道變為泊松信道，也就是說光子探測器輸出的電信號服從泊松分布。當發射信號功率越大時信道質量越差，可見光通信系統性能也受到影響。

因此，亟需一種能夠適應泊松信道的信號的檢測方法，以提高可見光通信系統的性能，降低信號檢測的誤碼率。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種信號的檢測方法及裝置，實現了對服從泊松分布的第一信號進行有效的檢測，提高了可見光通信系統性能，降低了信號檢測的誤碼率。

本發明實施例提供一種信號的檢測方法，應用於可見光通訊，所述方法包括：

對光子探測器輸出的第一信號進行變換，得到服從高斯分布的第二信號；其中，所述第一信號是所述光子探測器根據接收到的原發射信號所輸出的信號；

獲取所述第一信號所對應的多個原發射信號，計算每個原發射信號的估計信號，以確定對所述第二信號進行判決的判決準則；其中，所述第一信號所對應的多個原發射信號屬於預設星座結構的星座集合；

根據所述判決準則，對所述第二信號進行判決，以獲取所述第二信號對應的估計信號，將獲取的估計信號對應的原發射信號，作為所述第一信號的原發射信號。

本發明實施例還提供一種信號的檢測裝置，應用於可見光通訊，所述裝置包括：

轉換模塊，用於對光子探測器輸出的第一信號進行變換，得到服從高斯分布的第二信號；其中，所述第一信號是所述光子探測器根據接收到的原信號所輸出的信號；

處理模塊，用於獲取所述第一信號所對應的多個原發射信號，計算每個原發射信號的估計信號，以確定對所述第二信號進行判決的判決準則；其中，所述第一信號所對應的多個原發射信號屬於預設星座結構的星座集合；

判決模塊，用於根據所述判決準則，對所述第二電信號進行判決，以獲取所述第二電信號對應的估計信號，將獲取的估計信號對應的原發射信號，作為所述第一信號的原發射信號。

本發明實施例的信號的檢測方法及裝置，通過對光子探測器輸出的第一信號進行變換，得到服從高斯分布的第二信號，並獲取第一信號所對應的多個原發射信號，計算每個原發射信號的估計信號，以確定對第二信號進行判決的判決準則之後，根據判決準則，對第二信號進行判決，以獲取第二信號對應的估計信號，將獲取的估計信號對應的原發射信號，作為第一信號的原發射信號，實現了對服從泊松分布的第一信號進行有效的檢測，提高了可見光通信系統性能，降低了信號檢測的誤碼率。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本發明實施例的一部分，本發明實施例的示意性實施例及其說明用於解釋本發明實施例，並不構成對本發明實施例的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明實施例的信號的檢測方法實施例一的流程圖；

圖2為k＝10，l＝2時，預設星座結構的星座集合的結構示意圖；

圖3為k＝4、5、6，l＝3時，預設星座結構的星座集合的結構示意圖；

圖4為本發明實施例的信號的檢測方法實施例二的流程圖；

圖5為二維信號下多個原始發射信號的星座結構示意圖；

圖6為圖5對應的估計信號的星座結構示意圖；

圖7第二信號的判決結果示意圖；

圖8為本發明實施例的信號的檢測裝置實施例一的結構示意圖；

圖9為本發明實施例的信號的檢測裝置實施例二的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例具體實施例及相應的附圖對本發明實施例技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本發明實施例一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明實施例中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明實施例保護的範圍。

說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」等(如果存在)是用於區別類似的部分，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本申請的實施例能夠以除了在這裡圖示的以外的順序實施。

以下結合附圖，詳細說明本發明實施例各實施例提供的技術方案。

實施例一

圖1為本發明實施例的信號的檢測方法實施例一的流程圖，如圖1所示，本發明實施例的信號的檢測方法，具體可以包括如下步驟：

100、對光子探測器輸出的第一信號進行變換，得到服從高斯分布的第二信號。

在一個具體實現過程中，第一信號是光子探測器根據接收到的原發射信號所輸出的信號。具體地，光信號發射部分將電信號進行調製後載頻到發光led燈具上，通過led燈具發出可見光信號作為原發射信號，經信道傳輸後由光信號接收部分的光子探測器接收，並輸出第一信號。

具體地，光信號發射部分發射任意l維信號經信道傳輸後最終由光信號接收部分的光子探測器接收，形成第一信號其中，由於光子計數過程是標準計數過程，所以的每一個分量均服從泊松分布，可以表示為公式(1)：

其中，常數α和β分別表示spad的增益和一個符號周期內由暗計數引起的光子個數，為spad中的散粒噪聲影響，1為常數，l×1表示l行1列。

為了能夠更準確的對第一信號進行檢測，本發明實施例需要將服從泊松分布的第一信號轉換為服從高斯分布的第二信號具體地，可以對光子探測器輸出的第一信號進行anscombe變換，得到服從高斯分布的第二信號其對應的變換公式為：

101、獲取所述第一信號所對應的多個原發射信號，計算每個原發射信號的估計信號，以確定對所述第二信號進行判決的判決準則。

由於原發射信號經信道傳輸後，由光子探測器輸出的第一信號服從泊松分布，會使確認第一信號對應的原發射信號比較複雜，且誤碼率比較高，因此，需要由光信號接收部分的信號檢測器確定光子探測器輸出的第一信號對應的原發射信號，為了提高信號檢測器的準確率，降低誤碼率，本發明實施例可以根據預設星座結構的星座集合對光子探測器輸出的第一信號進行檢測。其中，第一信號所對應的多個原發射信號屬於預設星座結構的星座集合。

在一個具體實現過程中，在誤碼率性能(最小海林格距離)不變的情況下如何使用最少的能量是星座結構關鍵問題，針對該問題，本發明實施例設計了一種預設星座結構的星座集合，該預設星座結構的星座集合中每個原發射信號由平方數構成，且每個原發射信號是按照總功率由低到高的次序依次獲取得到。

具體地，本發明實施例中的預設星座結構的星座集合由2k個星座點構成，其中k≥1，且k為整數，星座點與原發射信號對應。第i個星座點可以表示為

si＝(si1，si2，...，sil...sil)t，且

其中，ni為第i個星座對應的原發射信號的總功率，l為預設星座結構的星座集合的維度。例如，一個可見光通訊系統中，存在很多原發射信號(0,0,0)、(0,1,0)、(0,0,1)、(1,0,0)、(0,1,1)、(1,1,0)、(1,0,1)…….等，若本發明實施例中需要構造k＝2，l＝3的預設星座結構的星座集合，則本發明實施例中預設星座結構的星座集合包括4個原發射信號，此時需要選取(0,0,0)、(0,1,0)、(0,0,1)和(1,0,0)這4個原發射信號，而不能選取(0,1,1)、(1,1,0)、(1,0,1)…….中的一個或多個，從而滿足了使用最少的能量構造星座結構的星座集合。

圖2為k＝10，l＝2時，預設星座結構的星座集合的結構示意圖，圖3為k＝4、5、6，l＝3時，預設星座結構的星座集合的結構示意圖。如圖2和圖3所示，其所選取的原發射信號按照上述相關記載進行選擇，並構造相應的預設星座結構的星座集合。在一個具體實現過程中，本發明實施例可以獲知第一信號的功率以及星座中各個原發射信號的總功率，由於第一信號可能為多個原發射信號中的一個發射的，因此，可以根據第一信號的功率以及星座中各個原發射信號的總功率，確定與第一信號的功率接近的多個原發射信號的總功率，從預設星座結構的星座集合中獲取到這些原發射信號，並計算每個原發射信號的估計信號，具體地，可以按照如下公式進行計算：

其中，j為選取的多個原發射信號的數目，j為大於等於2的整數。

在計算出每個原發射信號的估計信號後，可以確定第二信號進行判決的判決準則，例如，以第二信號與估計信號之間的距離值為判斷準則等。

102、根據確定的判決準則，對第二信號進行判決，以獲取第二信號對應的估計信號，將獲取的估計信號對應的原發射信號，作為第一信號的原發射信號。

在確定判決準則之後，可以對第二信號進行判決，例如，可以計算第二信號與估計信號之間的距離值，獲取第二信號與估計信號之間的距離值最小的估計信號，將獲取的估計信號輸出，並將其對應的原發射信號作為第一信號的原發射信號。

具體地，可以根據以下公式得到第二信號對應的估計信號：

利用上述公式第二信號與估計信號之間的距離進行檢測，並得到一個最小距離值，此時選取最小距離值所對應的估計信號即可。

本發明實施例的信號的檢測方法的執行主體可以為信號的檢測裝置，該信號的檢測裝置具體可以通過軟體來集成，例如該信號的檢測裝置具體可以為一個應用，本發明對此不進行特別限定。

本發明實施例的信號的檢測方法，通過對光子探測器輸出的第一信號進行變換，得到服從高斯分布的第二信號，並獲取第一信號所對應的多個原發射信號，計算每個原發射信號的估計信號，以確定對第二信號進行判決的判決準則之後，根據判決準則，對第二信號進行判決，以獲取第二信號對應的估計信號，將獲取的估計信號對應的原發射信號，作為第一信號的原發射信號，實現了對服從泊松分布的第一信號進行有效的檢測，提高了可見光通信系統性能，降低了信號檢測的誤碼率。

實施例二

圖4為本發明實施例的信號的檢測方法實施例二的流程圖，如圖4所示，本發明實施例的信號的檢測方法在圖1所示實施例的基礎上，進一步更加詳細地對本發明技術方案進行描述。

如圖4所示，本發明實施例的信號的檢測方法，具體可以包括如下步驟：

400、對光子探測器輸出的第一信號進行變換，得到服從高斯分布的第二信號。

401、獲取第一信號所對應的多個原發射信號，檢測任意兩個原發射信號之間的距離值。

由公式(5)可以，本發明實施例中光信號接收部分的性能由第二信號和估計信號之間的距離決定，由此可知，預設星座結構的星座集合中任意兩個原發射信號之間的距離決定光信號接收部分的性能。因此，在獲取到第一信號所對應的多個原發射信號之後，可以檢測任意兩個原發射信號之間的距離值。

402、比較任意兩個原發射信號之間的距離值的大小，得到第一比較結果。

403、獲取第一比較結果中的最小距離值。

在一個具體實現過程中，光信號接收部分的性能由任意兩個原發射信號之間的距離值中最小的距離值決定，因此，可以根據如下公式獲取任意兩個原發射信號之間的距離值中最小的距離值：

其中，s1和s2分別為任意兩個原發射信號。通過上述公式可以得到各維度下任意兩個原發射信號之間最小距離值。

需要說明的是，由於本發明實施例中的星座結構中的原發射信號是按照總功率由低到高的次序依次獲取得到，其必然包括(0,0,0)以及(0,1,0)、(0,0,1)和(1,0,0)中的至少一個，所以本發明實施例中任意兩個原發射信號之間最小距離值為1，滿足最小海林格距離的需求。

404、根據預設的計算公式，計算每個原發射信號的估計信號。

具體地，可以根據公式(4)計算每個原發射信號的估計信號。

405、根據第一比較結果中的最小距離值，將任意兩個相鄰的估計信號進行等間距的排列，得到等間距的估計信號。

在一個具體實現過程中，光子探測器輸出的第一信號服從泊松分布，其功率越大，噪聲越大，相鄰信號越容易混淆，因此為了抵消噪聲，使相鄰信號不易混淆，光子探測器輸出的第一信號在星座結構中排列的距離是非等間距的，功率越大，兩個信號之間的距離越大，為了能夠準確檢測光子探測器輸出的第一信號對應的原信號，本發明實施例以第一比較結果中的最小距離值為基準，將任意兩個相鄰的估計信號進行等間距的排列，得到等間距的估計信號，形成一個新的星座結構。

406、根據等間距的估計信號，設定對第二信號進行判決的判決準則。

光子探測器輸出的第一信號被轉換成第二信號後會落在由等間距的估計信號形成的新的星座結構中，此時可以根據等間距的估計信號形成的新的星座結構，設定對第二信號進行判決的判決準則，例如，設定的判斷準則為第二電信號距離估計信號最近為判斷準則。

407、檢測第二電信號與每個估計信號之間的距離值。

當第二電信號落在等間距的估計信號形成的新的星座結構後，可以檢測第二電信號與每個估計信號之間的距離值。

408、比較第二電信號與每個估計信號之間的距離值的大小，得到第二比較結果。

409、獲取第二比較結果中的最小距離值對應的估計信號。

根據上述公式(5)可以獲取第二比較結果中的最小距離值對應的估計信號。

410、將獲取的估計信號對應的原發射信號，作為第一信號的原發射信號。

在得到第二比較結果中的最小距離值對應的估計信號之後，即可以獲知該估計信號對應的原發射信號，進而或者第一信號的原發射信號。

本發明實施例實現了對服從泊松分布的第一信號進行有效的檢測，提高了可見光通信系統性能，降低了信號檢測的誤碼率。

下面以二維信號為例對本發明的技術方案進行描述：

圖5為二維信號下多個原始發射信號的星座結構示意圖，圖6為圖5對應的估計信號的星座結構示意圖，圖7第二信號的判決結果示意圖。

如圖5所示，本實施例以s1-s8為原發射信號為例，各原發射信號非等間距排列，如圖5可以看出任意原發射信號s3、原發射信號s4、原發射信號s6原發射信號s7之間呈正方形結構，且為任意兩個原發射信號之間的距離值最小的距離值，因此，以此距離值為基準，將對原發射信號進行計算後得到估計信號進行等間距轉換，得到如圖6所示的星座結構。如圖7所示，光子探測器輸出的第一信號r經轉換後生成的第二信號被輸出時，落在估計信號內，此時可以檢測到第二信號與估計信號之間的距離值最小，此時輸出估計信號進而得到對應的原發射信號s5，進而可以確定第一信號對應的原發射信號為s5。

實施例三

圖8為本發明實施例的信號的檢測裝置實施例一的結構示意圖，其應用於可見光通訊，如圖8所示，本發明實施例的信號的檢測裝置可以包括轉換模塊、處理模塊和判決模塊。

轉換模塊，用於對光子探測器輸出的第一信號進行變換，得到服從高斯分布的第二信號。

其中，第一信號是光子探測器根據接收到的原信號所輸出的信號。

處理模塊，用於獲取第一信號所對應的多個原發射信號，計算每個原發射信號的估計信號，以確定對第二信號進行判決的判決準則。

其中，第一信號所對應的多個原發射信號屬於預設星座結構的星座集合，該預設星座結構的星座集合中每個原發射信號由平方數構成，且每個原發射信號是按照總功率由低到高的次序依次獲取得到。

判決模塊，用於根據判決準則，對第二電信號進行判決，以獲取第二電信號對應的估計信號，將獲取的估計信號對應的原發射信號，作為第一信號的原發射信號。

本發明實施例的信號的檢測裝置，通過採用上述各模塊實現檢測信號的實現機制與上述圖1所示實施例的實現機制相同，詳細可以參考上述圖1所示實施例的記載，在此不再贅述。

本發明實施例的信號的檢測裝置，通過採用上述各模塊能夠對光子探測器輸出的第一信號進行變換，得到服從高斯分布的第二信號，並獲取第一信號所對應的多個原發射信號，計算每個原發射信號的估計信號，以確定對第二信號進行判決的判決準則之後，根據判決準則，對第二信號進行判決，以獲取第二信號對應的估計信號，將獲取的估計信號對應的原發射信號，作為第一信號的原發射信號，實現了對服從泊松分布的第一信號進行有效的檢測，提高了可見光通信系統性能，降低了信號檢測的誤碼率。

實施例四

圖9為本發明實施例的信號的檢測裝置實施例二的結構示意圖，如圖9所示，本發明實施例的信號的檢測裝置在圖8所示實施例的基礎上，進一步還可以包括檢測模塊、比較模塊和獲取模塊。

檢測模塊，用於檢測任意兩個原發射信號之間的距離值；

比較模塊，用於比較任意兩個原發射信號之間的距離值的大小，得到第一比較結果；

獲取模塊，用於獲取第一比較結果中的最小距離值。

在一個具體實現過程中，處理模塊，具體用於：

根據預設的計算公式，計算每個原發射信號的估計信號；

根據第一比較結果中的最小距離值，將任意兩個相鄰的估計信號進行等間距的排列，得到等間距的估計信號；

根據等間距的估計信號，設定對第二信號進行判決的判決準則。

判決模塊，具體用於：

檢測第二電信號與每個估計信號之間的距離值；

比較第二電信號與每個估計信號之間的距離值的大小，得到第二比較結果；

獲取第二比較結果中的最小距離值對應的估計信號。

本發明實施例的信號的檢測裝置，通過採用上述各模塊實現檢測信號的實現機制與上述圖4所示實施例的實現機制相同，詳細可以參考上述圖4所示實施例的記載，在此不再贅述。

本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本發明可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本發明可採用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限於磁碟存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的電腦程式產品的形式。

本發明是參照根據本發明實施例的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些電腦程式指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些電腦程式指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

在一個典型的配置中，計算設備包括一個或多個處理器(cpu)、輸入/輸出接口、網絡接口和內存。

內存可能包括計算機可讀介質中的非永久性存儲器，隨機存取存儲器(ram)和/或非易失性內存等形式，如只讀存儲器(rom)或快閃記憶體(flashram)。內存是計算機可讀介質的示例。

計算機可讀介質包括永久性和非永久性、可移動和非可移動媒體可以由任何方法或技術來實現信息存儲。信息可以是計算機可讀指令、數據結構、程序的模塊或其他數據。計算機的存儲介質的例子包括，但不限於相變內存(pram)、靜態隨機存取存儲器(sram)、動態隨機存取存儲器(dram)、其他類型的隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、電可擦除可編程只讀存儲器(eeprom)、快閃記憶體或其他內存技術、只讀光碟只讀存儲器(cd-rom)、數字多功能光碟(dvd)或其他光學存儲、磁盒式磁帶，磁帶磁磁碟存儲或其他磁性存儲設備或任何其他非傳輸介質，可用於存儲可以被計算設備訪問的信息。按照本文中的界定，計算機可讀介質不包括暫存電腦可讀媒體(transitorymedia)，如調製的數據信號和載波。

還需要說明的是，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者設備中還存在另外的相同要素。

本領域技術人員應明白，本發明實施例的實施例可提供為方法、系統或電腦程式產品。因此，本發明實施例可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本發明實施例可採用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限於磁碟存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的電腦程式產品的形式。

以上所述僅為本申請的實施例而已，並不用於限制本申請。對於本領域技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的權利要求範圍之內。