CN112272054B - 一种可见光通信索引调制方法、装置及电子设备 - Google Patents

一种可见光通信索引调制方法、装置及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种可见光通信索引调制方法、装置及电子设备，所述方法应用于发送端，包括：将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，索引比特组用于索引选择白色光点并获得白色光点的色度坐标，将数据比特组划分为多个子数据比特组，各子数据比特组分别对应各颜色通道，用于进行脉幅调制；根据选择的白色光点的色度坐标和需求的总光通量，计算出各颜色通道所需光通量，并分别确定各颜色通道所需直流偏置；对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各颜色通道调制信号；把各调制信号分别叠加至相应的颜色通道所需直流偏置上，获得调制后电流向量；对调制后电流向量进行电光转换，发送出去；所述方法提升了频谱效率。

Description

一种可见光通信索引调制方法、装置及电子设备
技术领域
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索引调制方法、装置及电子设备。
背景技术
可见光通信技术是一种具有广泛应用前景的无线通信技术。在可见光通信技术中，发光二极管(Light-Emitting Diode，简称LED)通常充当发送端的发射器，用于发送通信信息并提供照明，光电二极管(Photon-Diode，简称PD)充当接收端的检测器，用于接收通信信息后进行光电转换。而白色光LED中，不同颜色基色混合LED比基于荧光转换LED调制带宽更大、数据通信方面潜力也更大，因此，不同颜色基色混合LED成为了众多研究人员主要的研究方向。
传统的可见光通信技术中，通常采用直接对可见光的光强度进行调制和检测的光强调制和直接检测(IM/DD)技术，且常见的光强调制方式有单载波调制、多载波调制和颜色移位键控调制(Color-shift Keying，简称CSK调制)。单载波调制和多载波调制，均是把通信信号调制在交流信号中，并设置固定的直流信号来保持平均光通量不变，也即保持直流信号不变，仅利用交流信号这单一信号携带数据信息实现通信传输，其通信信号单一且频谱效率较低。而CSK调制，是采用基于混色理论的不同颜色基色混合LED实现，在保证整体混光坐标不变的情况下，通过设置不同基色颜色的光强和比例，相当于直接对直流信号进行调制的方式来实现信息传输，其通信信号也比较单一。
即便可见光通信领域的现有技术中逐渐引入了索引调制方式来提升通信传输的频谱效率，但是现有技术中引入的索引调制方式只有基于频域的索引调制、基于空域的索引调制和基于时间域的索引调制这三种，且这三种索引调制方式是利用各自的索引资源的选择组合来携带额外的数据信息实现的通信传输。因此，上述三种索引调制方式实际上并不能满足人眼对于颜色及光通量的实际需求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种可见光通信索引调制方法、装置及电子设备。
第一方面，本发明实施例提供了一种可见光通信索引调制方法，应用于发送端，包括：
S101、将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，所述索引比特组包括多个比特的索引信息，用于索引选择白色光点并获得所述白色光点的色度坐标，将所述数据比特组划分为多个子数据比特组，各子数据比特组分别对应各颜色通道，用于进行脉幅调制；
S102、根据选择的所述白色光点的色度坐标和需求的总光通量，分别计算出各颜色通道所需光通量，并根据各颜色通道所需光通量和预设的转换关系分别确定各颜色通道所需直流偏置；
S103、对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各颜色通道调制信号；
S104、把各调制信号作为交流信号分别叠加至相应的颜色通道所需直流偏置上，获得调制后电流向量；
S105、对所述调制后电流向量进行电光转换，获得相应待传输的光信号并发送出去。
进一步地，所述各颜色通道的颜色的选择和数量的选择，均基于混光原理进行确定。
进一步地，各颜色通道的颜色的选择和数量的选择确定为红色通道、绿色通道和蓝色通道三个。
进一步地，S103中，所述对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各颜色通道调制信号，具体包括：
将各颜色通道相应的子数据比特组中的数据信息分别映射为各自的交流电流幅度，获得各颜色通道经调制后对应的各电流信号。
进一步地，所述可见光通信索引调制方法，在S101之前还包括：
S100、获取待传输的信号比特流，对所述信号比特流进行分组，获得多组信号比特流。
第二方面，本发明实施例提供了一种可见光通信索引调制方法，应用于接收端，所述方法包括：
S201、接收光信号，将所述光信号分离出各颜色通道，并进行光电转换，获得电信号向量；
S202、利用最大似然解调法对所述电信号向量进行解调。
第三方面，本发明实施例提供了一种可见光通信索引调制装置，应用于发送端，包括：
预处理模块，用于将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，所述索引比特组包括多个比特的索引信息，以索引选择白色光点并获得所述白色光点的色度坐标，将所述数据比特组划分为多个子数据比特组，各子数据比特组分别对应各颜色通道，以进行脉幅调制；
直流偏置计算模块，用于根据选择的所述白色光点的色度坐标和需求的总光通量，分别计算出各颜色通道所需光通量，并根据各颜色通道所需光通量和预设的转换关系分别确定各颜色通道所需直流偏置；
脉幅调制模块，用于对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各颜色通道调制信号；
信号叠加模块，用于把各调制信号作为交流信号分别叠加至相应的颜色通道所需直流偏置上，获得调制后电流向量；
发送模块，用于对所述调制后电流向量进行电光转换，获得相应待传输的光信号并发送出去。
进一步地，所述脉幅调制模块，用于对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各调制信号，具体包括：
将各颜色通道相应的子数据比特组中的数据信息分别映射为各自的交流电流幅度，获得各颜色通道经调制后对应的各交流电流。
第四方面，本发明实施例提供了一种可见光通信索引调制装置，应用于接收端，包括：
接收模块，用于接收光信号，对所述光信号分离出各颜色通道，并进行光电转换，获得电信号向量；
解调模块，用于利用最大似然解调法对所述电信号向量进行解调。
第五方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的可见光通信索引调制方法。
第六方面，本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的可见光通信索引调制方法。
本发明实施例提供了一种可见光通信索引调制方法、装置及电子设备，所述方法中，发送端将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，利用索引比特组对色品域中不同的白色光点进行选择并确定其色度坐标，充分考虑到了人眼不能识别相近颜色光及不能识别光瞬时颜色变化的光通信特性，并根据需要的光通量设置各个颜色通道所需直流偏置，该过程采用额外的信息比特对各颜色通道的不同直流混合比例进行了选择，进而再将根据数据比特组在各颜色通道进行脉幅调制后获得的交流信号分别叠加至相应颜色通道的直流偏置上，获得调制后电流向量，再经光电转换后发送出去，使得直流电流信号和交流电流信号两种信号同时携带数据信息，增大了调制符号在各个颜色通道的自由度，并且还使接收端在接收后对三个通道的索引比特组和数据比特组同时进行解调，从而在满足人眼对于颜色及光通量的实际需求的基础上有效地提升了频谱效率。并且，调制符号及其对应的交流电流幅度可以根据实际需求进行设计，灵活可调，从而提升了可见光通信通信***整体的误码性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
图1是本发明实施例提供的应用于发送端的一种可见光通信索引调制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的应用于接收端的一种可见光通信索引调制方法的流程示意图；
图3是实现图1和图2所述实施例方法所采用的可见光通信***框图；
图4-6分别是图1和图2所示可见光通信索引调制方法与几种传统调制方法的误码性能对比图。
图7是本发明实施例提供的应用于发送端的一种可见光通信索引调制装置的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的应用于接收端的一种可见光通信索引调制装置的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
附图标记：
701：预处理模块；702：直流偏置计算模块；703：脉幅调制模块；704：信号叠加模块；703：发送模块；
801：接收模块；802：解调模块；
901：处理器；902：通信接口；903：存储器；904：通信总线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种可见光通信索引调制方法，应用于发送端，包括：
S101、将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，所述索引比特组包括多个比特的索引信息，用于索引选择白色光点并获得所述白色光点的色度坐标，将所述数据比特组划分为多个子数据比特组，各子数据比特组分别对应各颜色通道，用于进行脉幅调制；
S102、根据选择的所述白色光点的色度坐标和需求的总光通量，分别计算出各颜色通道所需光通量，并根据各颜色通道所需光通量和预设的转换关系分别确定各颜色通道所需直流偏置；
S103、对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各颜色通道调制信号；
S104、把各调制信号作为交流信号分别叠加至相应的颜色通道所需直流偏置上，获得调制后电流向量；
S105、对所述调制后电流向量进行电光转换，获得相应待传输的光信号并发送出去。
本发明实施例提供的可见光通信索引调制方法，是一种多色可见光通信中基于色品域的索引调制方法，发送端将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，利用索引比特组对色品域中不同的白色光点进行选择并确定其色度坐标，充分考虑到了人眼不能识别相近颜色光及不能识别光瞬时颜色变化的光通信特性，并根据需要的光通量设置各个颜色通道所需直流偏置，该过程采用额外的信息比特对各颜色通道的不同直流混合比例进行了选择，进而再将根据数据比特组在各颜色通道进行脉幅调制后获得的交流信号分别叠加至相应颜色通道的直流偏置上，获得调制后电流向量，再经光电转换后发送出去，使得直流电流信号和交流电流信号两种信号同时携带数据信息，增大了调制符号在各个颜色通道的自由度，并且还使接收端在接收后对三个通道的索引比特组和数据比特组同时进行解调，从而在满足人眼对于颜色及光通量的实际需求的基础上有效地提升了频谱效率。并且，调制符号及其对应的交流电流幅度可以根据实际需求进行设计，灵活可调，从而提升了可见光通信通信***整体的误码性能。
下面对本发明实施例提供的可见光通信索引调制方法进行更为详细的描述。
第一方面，图1是本发明实施例提供的应用于发送端的一种可见光通信索引调制方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供的一种可见光通信索引调制方法包括：
S101、将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，所述索引比特组包括多个比特的索引信息，用于索引选择白色光点并获得所述白色光点的色度坐标，将所述数据比特组划分为多个子数据比特组，各子数据比特组分别对应各颜色通道，用于进行脉幅调制；
可见光通信传输可以按照一定的传输周期进行，在每一个传输周期内，待传输信号比特流通常很多，需要对全部的待传输信号比特流进行分组传输。
将划分出的每组的待传输信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，本实施例优选采用红色颜色通道、绿色颜色通道和蓝色颜色通道三个通道的***为例说明，设定每组的待传输的信号比特流共有p比特，所述索引比特组包括p1比特的索引信息，用于索引选择白色光点并获得所述白色光点的色度坐标，白色光点指的是白色光星座点，p1可以直接理解为对白色光星座点进行选择的索引比特，p1的计算公式为：
p1＝log2MC
其中，MC为白色光点的个数。
根据p1比特的索引信息从白色光点集合中索引选择白色光点，并获得白色光点的色度坐标(xw,yw)，其中，w可以为白色光点标识符。
所述的白色光点需要在任意色温的麦克亚当椭圆或美国国家标准协会定义的四边形(简称ANSI四边形)中进行选择，即设置的一个个白色光点集合就包含在一个个麦克亚当椭圆或ANSI四边形中。也就是需要充分利用人眼对于相近颜色光不具有识别性和敏感性的特点：麦克亚当椭圆或四边形描述了相同亮度下的两种颜色之间的色度差异，而当不同的颜色坐标落在同一个椭圆或者四边形内，观察者用眼睛分辨不出颜色之间的微小色度差异，从而会认为它们是同一种颜色。由此，通过如此选择后的白色光点参与到可见光通信传输过程中，能够充分满足人眼对于光颜色和光通量的需求条件，并能够有效提升可见光通信的通信可靠性和稳定性。
并将所述数据比特组根据颜色通道个数划分为相应的多个子数据比特组，各子数据比特组分别对应各颜色通道，用于进行脉幅调制(脉冲幅度调制方式，Pulse AmplitudeModulation，简称PAM调制)。具体地，本实施例以将颜色通道设置为红色通道、绿色通道和蓝色通道三个为例进行详细说明，也即本实施例选择红、绿、蓝三种颜色作为白光的三种基色。所述数据比特组共有p2比特的数据，即，三个颜色通道总的数据比特为p2，各子数据比特组分别用p2,m表示，其中m为颜色通道标识符，具体分别为红色通道r、绿色通道g、蓝色通道b，计算公式为：
p2＝∑p2,m＝∑log2Mp,m，m＝r,g,b
即，p2＝p2,r+p2,g+p2,b＝log2Mp,r+log2Mp,g+log2Mp,b
其中，Mp,m为各颜色通道的调制符号集合的大小，Mp,r为红色通道的调制符号集合的大小，Mp,g为绿色通道的调制符号集合的大小，Mp,b为蓝色通道的调制符号集合的大小，且p1和p2满足p＝p1+p2。
并且，当后续采用脉幅调制(PAM调制)时，Mp,m为各颜色通道的脉幅调制符号集合的大小。即，Mp,m为确定的调制方式下各颜色通道的调制符号集合的大小。但是需要说明的是，调制方式并不仅限于PAM调制这一种，也可以采用其他调制方式，比如采用脉冲位置调制方式(简称PPM调制)或者脉冲宽度调制(简称PWM调制)，当然，还可以采用其他物理量的幅度调制的方式，此处均不作任何限制。
S102、根据选择的所述白色光点的色度坐标和需求的总光通量，分别计算出各颜色通道所需光通量，并根据各颜色通道所需光通量和预设的转换关系分别确定各颜色通道所需直流偏置；
根据选择的所述白色光点的色度坐标(xw,yw)和需求的总光通量Φw，以及各颜色光点的色度坐标，分别计算出各颜色通道所需光通量Φm，m可以为红色通道r、绿色通道g、蓝色通道b，即计算出红色通道所需光通量Φr、绿色通道所需光通量Φg、蓝色通道所需光通量Φb，计算关系式为：
Figure BDA0002687518320000091
其中，(xr,yr)为红色光点的色度坐标，(xg,yg)为绿色光点的色度坐标，(xb,yb)为蓝色光点的色度坐标。根据上述关系式可以准确计算出红色通道所需光通量Φr、绿色通道所需光通量Φg和蓝色通道所需光通量Φb。
再根据各颜色通道所需光通量Φm和预设的转换关系分别确定各颜色通道所需直流偏置
Figure BDA0002687518320000096
：红色通道所需直流偏置
Figure BDA0002687518320000097
、绿色通道所需直流偏置
Figure BDA0002687518320000098
、蓝色通道所需直流偏置
Figure BDA0002687518320000099
，其中，预设的转换关系，是指各颜色通道所需光通量与其对应所需直流偏置之间的转化关系，预设的转换关系可以根据实际需求提前进行设定，并作为已知关系参与到计算过程中。根据已知的转换关系确定出各颜色通道所需直流偏置的具体计算公式为:
即，
Figure BDA0002687518320000092
其中，βm为光通量与电流转换因子，其取决于通信器件本身性能，且βm取值为βm＞0；βr、βg、βb均同βm一致。
S103、对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各颜色通道调制信号；
对各颜色通道的相应子数据比特组p2,m分别进行脉幅调制(脉冲幅度调制，简称PAM调制)，即，对红色通道的相应子数据比特组p2,r、绿色通道的相应子数据比特组p2,g、蓝色通道的相应子数据比特组p2,b分别进行PAM调制，并分别获得各颜色通道对应的交流电流信号
Figure BDA0002687518320000093
包括红色通道对应的交流电流信号
Figure BDA0002687518320000094
绿色通道对应的交流电流信号
Figure BDA0002687518320000095
和蓝色通道对应的交流电流信号
Figure BDA0002687518320000101
S104、把各调制信号作为交流信号分别叠加至相应的颜色通道所需直流偏置上，获得调制后电流向量；
把步骤S103中获得的各调制信号作为交流信号
Figure BDA0002687518320000102
分别叠加至步骤S102中确定的相应的各颜色通道所需直流偏置
Figure BDA0002687518320000103
上，获得各颜色通道调制后电流信号Im。即，将红色通道对应的交流电流信号
Figure BDA0002687518320000104
绿色通道对应的交流电流信号
Figure BDA0002687518320000105
和蓝色通道对应的交流电流信号
Figure BDA0002687518320000106
分别叠加至红色通道所需直流偏置
Figure BDA0002687518320000107
绿色通道所需直流偏置
Figure BDA0002687518320000108
蓝色通道所需直流偏置
Figure BDA0002687518320000109
上，以分别获得红色通道调制后电流信号Ir、绿色通道调制后电流信号Ig和蓝色通道调制后电流信号Ib，并据此得出综合的调制后电流向量I，将其作为待传输的总的电信号，各计算公式分别为：
即，
Figure BDA00026875183200001010
且，I＝[Ir,Ig,Ib]
其中，
Figure BDA00026875183200001011
为各颜色通道对应的交流电流信号，其取值满足
Figure BDA00026875183200001012
其中，Am为颜色通道m的最大电流限制阈值；
Figure BDA00026875183200001013
和
Figure BDA00026875183200001014
均同
Figure BDA00026875183200001015
一致。
由于各颜色通道的调制符号集合中包含着多个调制符号，而在各颜色通道m中每个调制符号对应的交流电流信号的值会有所不同，计算获得当选择第i个白色光点色度坐标时颜色通道m可能得到的所有调制后电流信号向量的集合Sm,i，将其作为待传输的总的电信号，其计算公式为：
Figure BDA00026875183200001016
其中，q表示第q个可能的调制符号，
Figure BDA00026875183200001017
为在颜色通道m中的第q个调制符号对应的交流电流信号，且各个调制符号对应的调制电流信号整体应满足以下条件：
Figure BDA00026875183200001018
其中，Sm,i表示选择第i个白色光点及其色度坐标确定情况下颜色通道m可能得到的所有调制后电流信号向量的集合；Sm,j表示选择与第i个白色光点不同的另一个白色光点(第j个白色光点)对应的集合；∩表示集合相交，φ表示空集，即式中i≠j，且集合Sm,i和集合Sm,j相交为空集，意味着，在同一个麦克亚当椭圆或ANSI四边形中选择的不同白色光点对应的所有可能的调制电流在同一个颜色通道中不能重合；且E[·]表示取均值操作，式中
Figure BDA0002687518320000111
表示在颜色通道m中的所有的调制符号对应的交流电流信号的平均值为0，意味着各交流电流满足整体平衡。
S105、对所述调制后电流向量进行电光转换，获得相应待传输的光信号并发送出去；
对步骤S104获得的调制后电流向量I＝[Ir,Ig,Ib]进行电光转换，获得相应待传输的光信号，并通过红绿蓝三基色混合LED(简称RGB-LED)发送出去，经过光信道传输给接收端。
本发明实施例提供的可见光通信索引调制方法，是一种多色可见光通信中基于色品域的索引调制方法，发送端将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，利用索引比特组对色品域中不同的白色光点进行选择并确定其色度坐标，充分考虑到了人眼不能识别相近颜色光及不能识别光瞬时颜色变化的光通信特性，并根据需要的光通量设置各个颜色通道所需直流偏置，该过程采用额外的信息比特对各颜色通道的不同直流混合比例进行了选择，进而再将根据数据比特组在各颜色通道进行脉幅调制后获得的交流信号分别叠加至相应颜色通道的直流偏置上，获得调制后电流向量，再经光电转换后发送出去，使得直流电流信号和交流电流信号两种信号同时携带数据信息，增大了调制符号在各个颜色通道的自由度，并且还使接收端在接收后对三个通道的索引比特组和数据比特组同时进行解调，从而在满足人眼对于颜色及光通量的实际需求的基础上有效地提升了频谱效率。并且，调制符号及其对应的交流电流幅度可以根据实际需求进行设计，灵活可调，从而提升了可见光通信通信***整体的误码性能。
在上述实施例的基础上，可见光通信索引调制方法中的所述各颜色通道的颜色的选择和数量的选择，均基于混光原理进行确定。
可见光通信索引调制方法中，对于各颜色通道的颜色的选择和数量的选择，主要是为了使其以不同光通量混合成白光。而实际上还有RGBY型的白光LED，且根据混光原理，其他个数的颜色基色也是有可能混合成白光的，也就是说颜色通道可以不是三个，且颜色基色也可以是红绿蓝之外的其他颜色。并不限于仅采用这三种颜色作为基色以不同光通量组合产生白光，还可以选用其他种颜色或其他数量的颜色来实现，比如，还可以选用红、绿、蓝、黄这四种颜色作为基色，则其对应四个颜色通道，也就是说，各颜色通道的颜色的选择和数量的选择可以确定为红色通道、绿色通道、蓝色通道、黄色通道这四个颜色通道，并利用这四个颜色通道分别进行通信信息传输。需要说明的是，选用红色通道、绿色通道、蓝色通道、黄色通道这四个颜色通道的方案的应用原理，以及其他选配各种颜色和数量的方案的应用原理，均与采用红绿蓝三种颜色通道的方案的应用原理相同，具体可参照上述三个颜色通道的具体设计和应用过程，故此处不再赘述。
在上述实施例的基础上，S103中，所述对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各颜色通道调制信号，具体包括：
将各颜色通道相应的子数据比特组中的数据信息分别映射为各自的交流电流幅度，获得各颜色通道经调制后对应的各电流信号。
将各颜色通道相应的子数据比特组中的数据信息分别映射为各自的交流电流幅度，即让各颜色通道内交流电流携带上待传输的数据信息，并对携带有待传输数据信息的各交流电路幅度进行幅度调制，获得各颜色通道相应的调制信号，并将其分别对应叠加到相应颜色通道的直流偏置上，获得各颜色通道经调制后对应的各电流信号，全部颜色通道经调制后对应的各电流信号共同组成综合的调制后电流向量以作为待传输的总的电信号。
第二方面，图2是本发明实施例提供的应用于接收端的一种可见光通信索引调制方法的流程示意图，如图2所示，本发明实施例提供的一种可见光通信索引调制方法包括：
S201、接收光信号，将所述光信号分离出各颜色通道，并进行光电转换，获得电信号向量；
接收端接收到发送端RGB-LED发送的、经光信道传输的光信号后，将所述光信号分离出相应的各颜色通道，本实施例与发送端的实施例相互对应，此处将所述光信号分离出红色通道、绿色通道和蓝色通道这三个通道，并通过PD二极管对其进行光电转换，获得接收到的电信号向量r,而r＝[rr,rg,rb]，rr、rg、rb分别为红色通道接收电流、绿色通道接收电流、蓝色通道接收电流。且所述接收到的电信号向量r的计算公式为：
r＝HIγ+n
其中，H为信道估计矩阵，γ为各颜色通道的电流功率转换因子，也称各颜色通道的电光转换因子向量，且γ＝[γr,γg,γb]，n为高斯噪声向量。且其中信道估计矩阵H的表达式为：
Figure BDA0002687518320000131
其中，非主对角线上的hij表示颜色通道j对颜色通道i的噪声干扰，而主对角线上的因子表示对应颜色通道的增益。
S202、利用最大似然解调法对所述电信号向量进行解调。
利用最大似然解调法对步骤S201获得的接收到的电信号向量r＝[rr,rg,rb]进行解调，进而分别得到通信传输前初始的索引比特组和数据比特组，完成通信传输。所述最大似然解调法的计算公式如下：
Figure BDA0002687518320000132
其中，||·||为对向量取模的操作，r是步骤S201中接收到的电信号向量r＝[rr,rg,rb]，γ为各颜色通道的电流功率转换因子且γ＝[γr,γg,γb]，H为信道估计矩阵，ic∈[1,Mc]为白色光点色度坐标的索引序号，
Figure BDA0002687518320000133
为当选择第ic个白色光点且其色度坐标确定情况下颜色通道m可能得到的所有调制后的所有调制后电流信号向量的集合，s＝{sm|m＝r,g,b}为三个颜色通道分别的调制后电流信号向量且sm为
Figure BDA0002687518320000141
中的值，
Figure BDA0002687518320000142
为估计的白色光点色度坐标的索引序号，
Figure BDA0002687518320000143
是估计的三个颜色通道分别的调制后电流信号向量且
Figure BDA0002687518320000144
利用最大似然解调法对接收到的电信号向量r＝[rr,rg,rb]进行解调，根据估计的白色光点色度坐标的索引序号
Figure BDA0002687518320000145
得到通信传输前初始的索引比特组，并根据对估计的三个颜色通道分别的调制后电流信号向量
Figure BDA0002687518320000146
解调后的解调向量组，获得通信传输前三个颜色通道初始的索引比特组，即，根据对估计的红色颜色通道调制后电流信号向量
Figure BDA0002687518320000147
解调后的电流向量对应得到红色通道初始的数据比特，根据对估计的绿色颜色通道调制后电流信号向量
Figure BDA0002687518320000148
解调后的电流向量对应得到绿色通道初始的数据比特，根据对估计的蓝色颜色通道调制后电流信号向量
Figure BDA0002687518320000149
解调后的电流向量对应得到蓝色通道初始的数据比特，从而实现通信信息的传输过程。并且，接收端中三个颜色通道的解调过程均同时进行，从而能够提升频谱效率。
本发明实施里提供的可见光通信索引调制装置，接收端在接收光信号后，对三个通道的索引比特组和数据比特组同时进行解调，其与发送端的配合工作，使得装置整体在满足人眼对于颜色及光通量的实际需求的基础上有效地提升了频谱效率。并且，其通信传输过程中调制符号及其对应的交流电流幅度可以根据实际需求进行设计，灵活可调，从而提升了可见光通信通信***整体的误码性能。
本发明的上述实施例是与应用于发送端的方法相对应的接收端的方法，同样仅仅是以优选颜色通道设置为红色通道、绿色通道和蓝色通道三个为例进行的详细说明，但是并不限于仅采用这三种颜色作为基色以不同光通量组合产生白光，还可以选用其他种颜色或其他数量的颜色来实现，其颜色通道的选择主要在发送端进行，具体选择情况参见上述发送端颜色通道选择确定的过程。
图3是实现图1和图2所述实施例方法所采用的可见光通信***框图，结合图3所示，对采用PAM调制的多色可见光通信中基于色品域的索引调制方法的一个实例进行详细说明：
本发明所述方法可以将颜色通道设置为多个数量且分别对应多种颜色，但本实例仅以设置红色通道、绿色通道和蓝色通道这三个颜色通道为例进行说明。
且本发明所述方法均可以采用多种调制方式或多种参量幅度调制方式，本实例仅以脉幅调制(PAM调制)为例进行说明。
一个传输周期内，在发送端，首先获取待传输的信号比特流(也称信息比特)将其输入到图3所示的可见光通信***中之后：
步骤S100、对待传输的总的信号比特流进行分组，获得多组的信号比特流，包括第一组待传输信号比特流、第二组待传输信号比特流，设定每一组的待传输信号比特流都包括p比特信息。
步骤S101、每次传输处理一组待传输信号比特流，此处以对第一组待传输信号比特流进行处理为例，将p比特的第一组待传输信号比特流划分为包括p1比特的索引信息的索引比特组和包括p2比特的数据比特组，且p1和p2满足p＝p1+p2。
索引比特组用于索引选择白色光点并获得所述白色光点的色度坐标，白色光点指的是白色光星座点，因此，索引比特组可以直接称为对色品域中白色光星座点进行计算选择的索引比特，其p1的计算公式为：
p1＝log2MC
其中，MC为白色光点的个数。从色品域的麦克亚当椭圆或ANSI四边形中确定MC个白色光点形成白色光点集合，每个白色光点对应一个确定的色度坐标，根据索引比特组p1比特的索引信息从白色光点集合中索引选择白色光点，每次选择一个，依次选取集合中的MC个白色光点，每次选择白色光点后获得该白色光点的色度坐标(xw,yw)，其中，w为白色光点标识符。此过程需要充分利用人眼对于相近颜色光不具有识别性和敏感性的特点。将通过如此选择后的白色光点应用到可见光通信传输过程中，能够充分满足人眼对于光颜色和光通量的需求条件，并能够有效提升可见光通信的通信可靠性和稳定性。
而将数据比特组进一步根据颜色通道个数划分为多个子数据比特组，本例中设置了三个颜色通道，则将数据比特组划分为3个子数据比特组：包括p2,r比特数据的子数据比特组1、包括p2,g比特数据的子数据比特组2和包括p2,b比特数据的子数据比特组3。各子数据比特组分别对应各颜色通道，用于进行PAM调制，具体地，所述数据比特组共有p2比特的数据，即，三个颜色通道总的数据比特为p2，各子数据比特组分别用p2,m表示，其中m为颜色通道标识符，具体分别为红色通道r、绿色通道g、蓝色通道b，计算公式为：
p2＝∑p2,m＝∑log2Mp,m，m＝r,g,b
即，p2＝p2,r+p2,g+p2,b＝log2Mp,r+log2Mp,g+log2Mp,b
其中，Mp,m为各颜色通道的调制符号集合的大小，Mp,r为红色通道的调制符号集合的大小，Mp,g为绿色通道的调制符号集合的大小，Mp,b为蓝色通道的调制符号集合的大小。
设定红色通道、绿色通道和蓝色通道的调制符号集合的大小均相同，均用Mp表示，则一个周期内当次需传输的信号比特流的总比特量为：
p＝p1+p2＝log2MC+3log2Mp
S102、根据在确定的MC个白色光点中每次索引选择的所述白色光点的色度坐标(xw,yw)和实际需求的总光通量Φw，以及红绿蓝各颜色光点具体的色度坐标，分别计算出各颜色通道所需光通量Φm，再根据各颜色通道所需光通量Φm和预设的转换关系分别确定各颜色通道所需直流偏置
Figure BDA0002687518320000161
各颜色通道所需光通量的计算关系式为：
Figure BDA0002687518320000162
其中，(xr,yr)为红色光点的色度坐标，(xg,yg)为绿色光点的色度坐标，(xb,yb)为蓝色光点的色度坐标。根据上述关系式可以准确计算出红色通道所需光通量Φr、绿色通道所需光通量Φg和蓝色通道所需光通量Φb。
再根据各颜色通道所需光通量Φm和预设的转换关系分别确定各颜色通道所需直流偏置
Figure BDA0002687518320000171
是指计算出图3中的R通道所需直流偏置
Figure BDA0002687518320000172
G通道所需直流偏置
Figure BDA0002687518320000173
B通道所需直流偏置
Figure BDA0002687518320000174
其中，预设的转换关系是指各颜色通道所需光通量与其对应所需直流偏置之间的转化关系，各颜色通道所需直流偏置的计算公式为:
即，
Figure BDA0002687518320000175
其中，βm为光通量与电流转换因子，其取决于通信器件本身性能，且βm取值为βm＞0；βr、βg、βb均同βm一致。
S103、对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行PAM调制，获得各颜色通道调制信号。具体地：对由数据比特组划分来的各子数据比特组p2,m分别进行各自通道内的PAM调制，其中，子数据比特组1对应红色通道，子数据比特组2对应绿色通道，子数据比特组3对应蓝色通道。对红色通道的相应子数据比特组1p2,r、绿色通道的相应子数据比特组2p2,g、蓝色通道的相应子数据比特组3p2,b分别进行各自通道内的PAM调制，并分别获得各颜色通道对应的交流电流信号
Figure BDA0002687518320000176
即获得红色通道对应的交流电流信号
Figure BDA0002687518320000177
(图3中的R通道交流电流信号)、绿色通道对应的交流电流信号(图3中的G通道交流电流信号)
Figure BDA0002687518320000178
和蓝色通道对应的交流电流信号
Figure BDA0002687518320000179
(图3中的B通道交流电流信号)，这些信号均为调制信号。
S104、把各调制信号作为交流信号分别叠加至相应的颜色通道所需直流偏置上，获得调制后电流向量。具体地，把步骤S103中获得的各调制信号：将红色通道对应的交流电流信号
Figure BDA00026875183200001710
(图3中的R通道交流电流信号)、绿色通道对应的交流电流信号(图3中的G通道交流电流信号)
Figure BDA00026875183200001711
和蓝色通道对应的交流电流信号
Figure BDA00026875183200001712
(图3中的B通道交流电流信号)分别叠加至步骤S102中确定的红色通道所需直流偏置
Figure BDA00026875183200001713
(图3中的R通道所需直流偏置)、绿色通道所需直流偏置
Figure BDA00026875183200001714
(图3中的G通道所需直流偏置)、蓝色通道所需直流偏置
Figure BDA00026875183200001715
(图3中的B通道所需直流偏置)上，以分别获得红色通道调制后电流信号Ir、绿色通道调制后电流信号Ig和蓝色通道调制后电流信号Ib，并据此得出综合的调制后电流向量I，将其作为待传输的总的电信号，各计算公式分别为：
即，
Figure BDA0002687518320000181
且，I＝[Ir,Ig,Ib]
其中，
Figure BDA0002687518320000182
为各颜色通道对应的交流电流信号，其取值满足
Figure BDA0002687518320000183
其中，Am为颜色通道m的最大电流限制阈值；
Figure BDA0002687518320000184
和
Figure BDA0002687518320000185
均同
Figure BDA0002687518320000186
一致。
由于各颜色通道的调制符号集合中包含着多个调制符号，而在各颜色通道m中每个调制符号对应的交流电流信号的值会有所不同，计算获得当选择第i个白色光点色度坐标时颜色通道m可能得到的所有调制后电流信号向量的集合Sm,i，将其作为待传输的总的电信号，其计算公式为：
Figure BDA0002687518320000187
其中，q表示第q个可能的调制符号，
Figure BDA0002687518320000188
为在颜色通道m中的第q个调制符号对应的交流电流信号，且各个调制符号对应的调制电流信号整体应满足以下条件：
Figure BDA0002687518320000189
其中，Sm,i表示选择第i个白色光点及其色度坐标确定情况下颜色通道m可能得到的所有调制后电流信号向量的集合；Sm,j表示选择与第i个白色光点不同的另一个白色光点(第j个白色光点)对应的集合；∩表示集合相交，φ表示空集，即式中i≠j，且集合Sm,i和集合Sm,j相交为空集，意味着，在同一个麦克亚当椭圆或ANSI四边形中选择的不同白色光点对应的所有可能的调制电流在同一个颜色通道中不能重合；且E[·]表示取均值操作，式中
Figure BDA00026875183200001810
表示在颜色通道m中的所有的调制符号对应的交流电流信号的平均值为0，是对于每一个白色光点的每一个颜色通道的所有可能的交流电流的均值为0，意味着各交流电流满足整体平衡。
S105、对所述调制后电流向量进行电光转换，获得相应待传输的光信号并发送出去。具体地，对步骤S104获得的三个通道调制后电流信号构成的调制后电流向量I＝[Ir,Ig,Ib]进行电光转换，获得相应待传输的光信号，并通过红绿蓝三基色混合LED(图3中的RGB-LED)发送出去，经过光信道传输给接收端。
而在该传输周期内，接收端的处理过程具体为：
S201、接收光信号，将所述光信号分离出各颜色通道，并进行光电转换，获得电信号向量。具体地，接收端接收到发送端RGB-LED发送的、经光信道传输的光信号后，三个PD二极管(图3中的光电转换器)结合滤光镜对不同颜色通道进行检测，将所述光信号分离出相应的红色通道、绿色通道和蓝色通道这三个通道，并通过PD二极管(图3中的光电转换器)对其进行光电转换，获得接收到的电信号向量r,而r＝[rr,rg,rb]，rr、rg、rb分别为红色通道接收电流(图3中的R通道接收电流)、绿色通道接收电流(图3中的G通道接收电流)、蓝色通道接收电流(图3中的B通道接收电流)。且所述接收到的电信号向量r的计算公式为：
r＝HIγ+n
其中，H为信道估计矩阵，γ为各颜色通道的电流功率转换因子，也称各颜色通道的电光转换因子向量，且γ＝[γr,γg,γb]，n为高斯噪声向量。且其中信道估计矩阵H的表达式为：
Figure BDA0002687518320000191
其中，非主对角线上的hij表示颜色通道j对颜色通道i的噪声干扰，而主对角线上的因子表示对应颜色通道的增益。
S202、再利用最大似然解调法对所述电信号向量进行解调。具体地，利用最大似然解调机对步骤S201获得的接收到的电信号向量r＝[rr,rg,rb]进行判断和解调，实际上是同时分别对为红色通道接收电流(图3中的R通道接收电流)、绿色通道接收电流(图3中的G通道接收电流)、蓝色通道接收电流(图3中的B通道接收电流)进行信号解调，进而分别得到通信传输前初始的索引比特组和数据比特组，作为待输出通信比特信息，并将其进行输出，从而完成该传输周期的全部通信传输。所述最大似然解调法的计算公式如下：
Figure BDA0002687518320000201
其中，||·||为对向量取模的操作，r是步骤S201中接收到的电信号向量r＝[rr,rg,rb]，γ为各颜色通道的电流功率转换因子且γ＝[γr,γg,γb]，H为信道估计矩阵，ic∈[1,Mc]为白色光点色度坐标的索引序号，
Figure BDA0002687518320000202
为当选择第ic个白色光点且其色度坐标确定情况下所有颜色通可能得到的所有调制后的所有调制后电流信号向量的集合，s＝{sm|m＝r,g,b}为三个颜色通道分别的调制后电流信号向量且sm为
Figure BDA0002687518320000203
中的值，
Figure BDA0002687518320000204
为估计的白色光点色度坐标的索引序号，
Figure BDA0002687518320000205
是估计的三个颜色通道分别的调制后电流信号向量且
Figure BDA0002687518320000206
利用最大似然解调法对接收到的电信号向量r＝[rr,rg,rb]进行解调，根据估计的白色光点色度坐标的索引序号
Figure BDA0002687518320000207
得到通信传输前初始的索引比特组，并根据对估计的三个颜色通道分别的调制后电流信号向量
Figure BDA0002687518320000208
解调后的解调向量组，获得通信传输前三个颜色通道初始的索引比特组，即，根据对估计的红色颜色通道调制后电流信号向量
Figure BDA0002687518320000209
解调后的电流向量对应得到红色通道初始的数据比特，根据对估计的绿色颜色通道调制后电流信号向量
Figure BDA00026875183200002010
解调后的电流向量对应得到绿色通道初始的数据比特，根据对估计的蓝色颜色通道调制后电流信号向量
Figure BDA00026875183200002011
解调后的电流向量对应得到蓝色通道初始的数据比特，作为待输出通信比特信息，并将其进行输出，从而实现通信信息的传输过程。并且，接收端中三个颜色通道的解调过程均同时进行，从而能够提升频谱效率。
本发明实施例提供的可见光通信索引调制方法，是一种多色可见光通信中基于色品域的索引调制方法，发送端将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，利用索引比特组对色品域中不同的白色光点进行选择并确定其色度坐标，充分考虑到了人眼不能识别相近颜色光及不能识别光瞬时颜色变化的光通信特性，并根据需要的光通量设置各个颜色通道所需直流偏置，该过程采用额外的信息比特对各颜色通道的不同直流混合比例进行了选择，进而再将根据数据比特组在各颜色通道进行脉幅调制后获得的交流信号分别叠加至相应颜色通道的直流偏置上，获得调制后电流向量，再经光电转换后发送出去，使得直流电流信号和交流电流信号两种信号同时携带数据信息，增大了调制符号在各个颜色通道的自由度，并且还使接收端在接收后对三个通道的索引比特组和数据比特组同时进行解调，从而在满足人眼对于颜色及光通量的实际需求的基础上有效地提升了频谱效率。并且，调制符号及其对应的交流电流幅度可以根据实际需求进行设计，灵活可调，从而提升了可见光通信通信***整体的误码性能。
本发明实施例提供的可见光通信索引调制方法中调制符号的电流幅度PAM可以根据实际需求进行设计，灵活可调，具体设计过程如下：
由于在不同的白色光点色度坐标下，红绿蓝三种颜色的混合比例通常不同，而且一般情况下，红绿蓝三种颜色的电光转换因子也不相同，因而在对三个颜色通道分别进行PAM调制时，三个颜色通道的相同级别的PAM对应的交流电流也是不一样的。在不考虑不同颜色信道之间的干扰的条件下，在解调时，由于分别对三个颜色通道分别进行检测，因而三个颜色通道之间的PAM对应的交流电流之间具有独立性，三个颜色通道可以分别求解。
由前述可知，考虑各颜色通道m，由于可以选择不同的白色光点，且白色光点个数为MC个，因而会产生MC个直流电流水平，将其表示为集合
Figure BDA0002687518320000211
且设白色光点ic的颜色通道m中所有PAM对应的交流电流为
Figure BDA0002687518320000212
则在通道m中共有M＝McMp个可能的调制电流
Figure BDA0002687518320000213
为了提升***的误码性能，需要最大化M＝McMp个可能调制电流之间的最小间距dm。具体地，需要对以下目标进行优化：
Figure BDA0002687518320000214
Figure BDA0002687518320000221
Figure BDA0002687518320000222
Figure BDA0002687518320000223
Figure BDA0002687518320000224
由于各个不同的颜色通道之间具有独立性，且在不同的白色光点和光通量需求条件下，三个颜色通道的直流偏置也是不固定的，因而不同白色光点、不同的光通量需求以及不同颜色通道的调制符号PAM对应的交流电流的值都是不同的。设定每一个PAM对应的交流电流值是等可能性出现的，则上述约束条件
Figure BDA0002687518320000225
等价于
Figure BDA0002687518320000226
通过对调制符号的电流幅度PAM进行的优化设计，能够提升可见光通信通信***整体的误码性能，其提升效果可以通过仿真实验操作的仿真结果来体现，具体仿真实验根据实际需求进行，此处不作具体限制。
本发明实施例提供的可见光通信索引调制方法，不仅在满足人眼对于颜色及光通量的实际需求的基础上有效地提升了频谱效率。并且，其调制符号及其对应的交流电流幅度可以根据实际需求进行设计，灵活可调，从而提升了可见光通信通信***整体的误码性能。具体可以结合仿真结果进行说明。
此处的仿真参数不是一种限定，而是可以按照实际需求进行选择的。我们应用红绿蓝三基色的颜色坐标分别为：红色光点的色度坐标为(xr,yr)＝(0.7006,0.2993)，绿色光点的色度坐标为(xg,yg)＝(0.1547,0.8059)，蓝色光点的色度坐标为；选用的白色光点的色度选择为ANSI中的色温为2700K的白光，该四边形的四个顶点坐标分别为：WA＝(0.4813,0.4319)，WB＝(0.4562,0.4260)，WC＝(0.4373,0.3893)，WD＝(0.4593,0.3944)，即可以据此确定出白色光点的色度坐标(xw,yw)的具体值。且设三个颜色通道中每个颜色通道m的最大电流限制阈值或称最大电流值为Am＝700mA。以每一个颜色通道有2比特的数据比特，且仅从顶点WA和WC中进行白色光点的选择为例，即MP＝MP,m＝4，白色光点的个数MC＝2，且Φw＝80lm，则对于PAM星座点对应的交流电流幅度级别如表1所示。
表1频谱效率为7bit/s/Hz、2个白色坐标点、每个通道为4-PAM时的PAM级别设计方案
Figure BDA0002687518320000231
图4为Φw＝80lm、MC＝2、MP＝MP,m＝1时基于色品域的可见光通信索引调制方法CD-IM与传统16PAM调制方法和传统16CSK调制方法的误码性能对比图，其中，CD-IM(MC,Mp)表示在CD-IM***中，有MC个白色光点用于索引比特的选择，每个颜色通道均为Mp PAM调制。如图4所示，CD-IM的误码性能优于传统16PAM调制方法和16CSK调制方法。具体来说，在误码率为10-3时，本发明的CD-IM调制方法与16PAM调制方法相比有约0.25dB的增益，与16CSK调制方法相比则有约0.3dB的增益，从而效果更好。
图5为Φw＝80lm时，频谱效率分别为5bit/s/Hz、7bit/s/Hz、8bit/s/Hz的基于色品域的可见光通信索引调制方法CD-IM和传统三通道调制相同PAM符号调制方法的误码性能对比。由图5可以看出，CD-IM调制相比传统三通道相同PAM符号调制方法来说，具有更优的性能表现。如，在误码率为10-3时，对应于5bit/s/Hz、7bit/s/Hz和8bit/s/Hz的频谱效率，分别有约0.5dB、0.75dB和1dB的增益。
图6为Φw＝80lm时，频谱效率为6bit/s/Hz、9bit/s/Hz时的基于色品域的可见光通信索引调制方法CD-IM与传统的三通道调制不同PAM符号调制方法的误码性能对比。其中，三个颜色通道调制不同的PAM符号，图6所示PAM为每个颜色通道均为4PAM调制时的情况。从图6中看出，CD-IM调制方法相比传统的三通道调制不同PAM符号调制方法，在分集情况下有更好的性能表现，其中，在误码率为10-3时，其在不同的频谱效率下均有约0.2dB的增益。
第三方面，本发明实施例提供了一种可见光通信索引调制装置，应用于发送端，本装置与上述实施例提供的应用于发送端的可见光通信索引调制方法相对应，其原理可参考上述实施例中的详细说明，此处不作赘述。图7是本发明实施例提供的应用于发送端的一种可见光通信索引调制装置的结构示意图，如图7所示，本装置包括预处理模块701、直流偏置计算模块702、脉幅调制模块703、信号叠加模块704和发送模块705，其中：
预处理模块701，用于将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，所述索引比特组包括多个比特的索引信息，以索引选择白色光点并获得所述白色光点的色度坐标，将所述数据比特组划分为多个子数据比特组，各子数据比特组分别对应各颜色通道，以进行脉幅调制；
直流偏置计算模块702，用于根据选择的所述白色光点的色度坐标和需求的总光通量，分别计算出各颜色通道所需光通量，并根据各颜色通道所需光通量和预设的转换关系分别确定各颜色通道所需直流偏置；
脉幅调制模块703，用于对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各调制信号；
信号叠加模块704，用于把各调制信号作为交流信号分别叠加至相应的颜色通道所需直流偏置上，获得调制后电流向量；
发送模块705，用于对所述调制后电流向量进行电光转换，获得相应待传输的光信号并发送出去。
在上述实施例的基础上，所述脉幅调制模块703，用于对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各调制信号，具体包括：
将各颜色通道相应的子数据比特组中的数据信息分别映射为各自的交流电流幅度，获得各颜色通道经调制后对应的各交流电流。
本发明实施例提供的可见光通信索引调制装置，发送端预处理模块701将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，利用索引比特组对色品域中不同的白色光点进行选择并确定其色度坐标，充分考虑到了人眼不能识别相近颜色光及不能识别光瞬时颜色变化的光通信特性，直流偏置计算模块702根据需要的光通量设置各个颜色通道所需直流偏置，该过程采用额外的信息比特对各颜色通道的不同直流混合比例进行了选择，进而信号叠加模块704再将脉幅调制模块703根据数据比特组在各颜色通道进行脉幅调制后获得的交流信号分别叠加至相应颜色通道的直流偏置上，获得调制后电流向量，再经光电转换后由发送模块705发送出去，使得直流电流信号和交流电流信号两种信号同时携带数据信息，增大了调制符号在各个颜色通道的自由度，并且还使接收端在接收后对三个通道的索引比特组和数据比特组同时进行解调，从而在满足人眼对于颜色及光通量的实际需求的基础上有效地提升了频谱效率。并且，调制符号及其对应的交流电流幅度可以根据实际需求进行设计，灵活可调，从而提升了可见光通信通信***整体的误码性能。
第四方面，本发明实施例提供了一种可见光通信索引调制装置，应用于接收端，本装置与上述实施例提供的应用于接收端的可见光通信索引调制方法相对应，其原理可参考上述实施例中的详细说明，此处不作赘述。图5是本发明实施例提供的应用于接收端的一种可见光通信索引调制装置的结构示意图，如图8所示，本装置包括：
接收模块801，用于接收光信号，对所述光信号分离出各颜色通道，并进行光电转换，获得电信号向量；
解调模块802，用于利用最大似然解调法对所述电信号向量进行解调。
本发明实施里提供的可见光通信索引调制装置，接收端的解调模块802在接收模块801接收光信号后，对三个通道的索引比特组和数据比特组同时进行解调，其与发送端的配合工作，使得装置整体在满足人眼对于颜色及光通量的实际需求的基础上有效地提升了频谱效率。并且，其通信传输过程中调制符号及其对应的交流电流幅度可以根据实际需求进行设计，灵活可调，从而提升了可见光通信通信***整体的误码性能。
第五方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的可见光通信索引调制方法。图9示例出了该电子设备的实体结构示意图，如图9所示，该电子设备包括：处理器(processor)901、通信接口(CommunicationsInterface)902、存储器(memory)903和通信总线904，其中，处理器901、通信接口902和存储器903通过通信总线904完成相互间的通信。处理器901可以调用存储器903中的逻辑指令，以执行上述各方法实施例所提供的可见光通信索引调制方法，该方法应用于发送端，包括：
S101、将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，所述索引比特组包括多个比特的索引信息，用于索引选择白色光点并获得所述白色光点的色度坐标，将所述数据比特组划分为多个子数据比特组，各子数据比特组分别对应各颜色通道，用于进行脉幅调制；
S102、根据选择的所述白色光点的色度坐标和需求的总光通量，分别计算出各颜色通道所需光通量，并根据各颜色通道所需光通量和预设的转换关系分别确定各颜色通道所需直流偏置；
S103、对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各颜色通道调制信号；
S104、把各调制信号作为交流信号分别叠加至相应的颜色通道所需直流偏置上，获得调制后电流向量；
S105、对所述调制后电流向量进行电光转换，获得相应待传输的光信号并发送出去。
此外，上述的存储器903中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另外，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的可见光通信索引调制方法，该方法应用于发送端，包括：
S101、将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，所述索引比特组包括多个比特的索引信息，用于索引选择白色光点并获得所述白色光点的色度坐标，将所述数据比特组划分为多个子数据比特组，各子数据比特组分别对应各颜色通道，用于进行脉幅调制；
S102、根据选择的所述白色光点的色度坐标和需求的总光通量，分别计算出各颜色通道所需光通量，并根据各颜色通道所需光通量和预设的转换关系分别确定各颜色通道所需直流偏置；
S103、对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各颜色通道调制信号；
S104、把各调制信号作为交流信号分别叠加至相应的颜色通道所需直流偏置上，获得调制后电流向量；
S105、对所述调制后电流向量进行电光转换，获得相应待传输的光信号并发送出去。
第六方面，本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的可见光通信索引调制方法，该方法应用于发送端，包括：
S101、将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，所述索引比特组包括多个比特的索引信息，用于索引选择白色光点并获得所述白色光点的色度坐标，将所述数据比特组划分为多个子数据比特组，各子数据比特组分别对应各颜色通道，用于进行脉幅调制；
S102、根据选择的所述白色光点的色度坐标和需求的总光通量，分别计算出各颜色通道所需光通量，并根据各颜色通道所需光通量和预设的转换关系分别确定各颜色通道所需直流偏置；
S103、对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各颜色通道调制信号；
S104、把各调制信号作为交流信号分别叠加至相应的颜色通道所需直流偏置上，获得调制后电流向量；
S105、对所述调制后电流向量进行电光转换，获得相应待传输的光信号并发送出去。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可见光通信索引调制方法，其特征在于，应用于发送端，包括：
S101、将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，所述索引比特组包括多个比特的索引信息，用于索引选择白色光点并获得所述白色光点的色度坐标，将所述数据比特组划分为多个子数据比特组，各子数据比特组分别对应各颜色通道，用于进行脉幅调制；
S102、根据选择的所述白色光点的色度坐标和需求的总光通量，分别计算出各颜色通道所需光通量，并根据各颜色通道所需光通量和预设的转换关系分别确定各颜色通道所需直流偏置；
S103、对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各颜色通道调制信号；
S104、把各调制信号作为交流信号分别叠加至相应的颜色通道所需直流偏置上，分别获得各颜色通道的调制后电流向量，并根据所述各颜色通道的调制后电流向量获得综合的调制后电流向量；
S105、对所述综合的调制后电流向量进行电光转换，以获得相应待传输的光信号并发送出去；
其中，S102中，根据选择的所述白色光点的色度坐标和需求的总光通量，并按照如下计算关系式分别计算出各颜色通道所需光通量：
Figure FDA0003203357450000011
其中，(xw,yw)表示白色光点的色度坐标；(xr,yr)、(xg,yg)、(xb,yb)分别表示各颜色光点的色度坐标；Φw表示需求的总光通量；Φr、Φg、Φb分别表示各颜色通道所需光通量。
2.根据权利要求1所述的可见光通信索引调制方法，其特征在于，所述各颜色通道的颜色的选择和数量的选择，均基于混光原理进行确定。
3.根据权利要求2所述的可见光通信索引调制方法，其特征在于，各颜色通道的颜色的选择和数量的选择确定为红色通道、绿色通道和蓝色通道三个。
4.根据权利要求3所述的可见光通信索引调制方法，其特征在于，S103中，所述对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各颜色通道调制信号，具体包括：
将各颜色通道相应的子数据比特组中的数据信息分别映射为各自的交流电流幅度，获得各颜色通道经调制后对应的各电流信号。
5.根据权利要求1所述的可见光通信索引调制方法，其特征在于，在接收端执行S105、对所述综合的调制后电流向量进行电光转换，以获得相应待传输的光信号并发送出去之后，所述方法还包括执行于接收端的以下步骤：
S201、接收所述光信号，将所述光信号分离出各颜色通道，并进行光电转换，获得电信号向量；
S202、利用最大似然解调法对所述电信号向量进行解调。
6.一种可见光通信索引调制装置，其特征在于，应用于发送端，包括：
预处理模块，用于将待传输的信号比特流划分为索引比特组和数据比特组，所述索引比特组包括多个比特的索引信息，以索引选择白色光点并获得所述白色光点的色度坐标，将所述数据比特组划分为多个子数据比特组，各子数据比特组分别对应各颜色通道，以进行脉幅调制；
直流偏置计算模块，用于根据选择的所述白色光点的色度坐标和需求的总光通量，分别计算出各颜色通道所需光通量，并根据各颜色通道所需光通量和预设的转换关系分别确定各颜色通道所需直流偏置；其中，S102中，根据选择的所述白色光点的色度坐标和需求的总光通量，并按照如下计算关系式分别计算出各颜色通道所需光通量：
Figure FDA0003203357450000021
其中，(xw,yw)表示白色光点的色度坐标；(xr,yr)、(xg,yg)、(xb,yb)分别表示各颜色光点的色度坐标；Φw表示需求的总光通量；Φr、Φg、Φb分别表示各颜色通道所需光通量；
脉幅调制模块，用于对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各颜色通道调制信号；
信号叠加模块，用于把各调制信号作为交流信号分别叠加至相应的颜色通道所需直流偏置上，分别获得各颜色通道的调制后电流向量，并根据所述各颜色通道的调制后电流向量获得综合的调制后电流向量；
发送模块，用于对所述综合的调制后电流向量进行电光转换，以获得相应待传输的光信号并发送出去。
7.根据权利要求6所述的可见光通信索引调制装置，其特征在于，所述脉幅调制模块，用于对各颜色通道的相应子数据比特组分别进行脉幅调制，获得各调制信号，具体包括：
将各颜色通道相应的子数据比特组中的数据信息分别映射为各自的交流电流幅度，获得各颜色通道经调制后对应的各交流电流。
8.根据权利要求6所述的可见光通信索引调制装置，其特征在于，还包括与所述发送端连接的接收端，且所述接收端具体包括：
接收模块，与所述发送模块相连，用于接收所述光信号，对所述光信号分离出各颜色通道，并进行光电转换，获得电信号向量；
解调模块，用于利用最大似然解调法对所述电信号向量进行解调。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述的可见光通信索引调制方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的可见光通信索引调制方法。
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