一種基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的可見光通信接收系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及可見光通信技術(shù)，特別涉及一種基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的可見光通信接 收系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 與傳統(tǒng)的紅外和無線通信相比，LED可見光通信技術(shù)具有發(fā)射功率高、無電磁干 擾、無需申請頻譜資源和信息的保密性等優(yōu)點。然而，可見光通信仍然面臨不少挑戰(zhàn)，其中 最大挑戰(zhàn)之一是碼間干擾大大限制了可見光通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率。用于照明的白光LED 一般為LED陣列形式，不同的點光源LED對應(yīng)著不同的光路徑，而光路徑間信號傳輸?shù)难舆t 會產(chǎn)生碼間干擾；同時當(dāng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率比較高時，由于LED帶寬的限制，會造成一個信 號的影響擴(kuò)展到相鄰信號上，產(chǎn)生碼間干擾而使系統(tǒng)誤碼率大大提升；并且由于信道不理 想，碼元在發(fā)送過程中會發(fā)生拓寬和時延，在波形上表現(xiàn)為碼元脈沖產(chǎn)生拖尾，相鄰脈沖的 拖尾會互相重疊，亦會產(chǎn)生碼間干擾，提升了誤碼率，從而影響了通信的質(zhì)量。一般情況下， 可通過改變編碼方式，如：將00K調(diào)制方式中不歸零編碼改為歸零碼或使用正交頻分復(fù)用 技術(shù)來降低碼間干擾。然而卻大大地增加了可見光通信系統(tǒng)的復(fù)雜程度。
[0003] 在散射、中繼、微波等通信領(lǐng)域中，常使用分集接收技術(shù)來解決由于信道參數(shù)的不 穩(wěn)定性而導(dǎo)致的多徑效應(yīng)。分集接收技術(shù)是同一信號通過不同的路徑、時間、角度、頻率等 方式分散傳輸，接收端獲得多組獨立信號，并通過合適的合并方式，如選擇合并、等增益合 并或最大比值相加等；將多組獨立信號合并成總的接收信號。同時在分集接收系統(tǒng)中，由于 接收模塊具有多個光電探測器，相當(dāng)于增大了光電二極管的接收面積，從而為系統(tǒng)提供了 分集增益，故可使用分集接收技術(shù)來改善可見光通信系統(tǒng)的性能。然而，由于無線信道的時 變性與隨機(jī)性，不同的環(huán)境下所選取的合并方式不同；且所接收的數(shù)據(jù)是信道中受干擾的 原始數(shù)據(jù)，并沒有對數(shù)據(jù)進(jìn)一步優(yōu)化處理。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點與不足，本實用新型的首要目的在于提供一種基于 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的可見光通信接收方法，該可見光通信接收方法進(jìn)一步優(yōu)化了 VLC系統(tǒng)信道性 能，在不增加器件帶寬前提下，成倍提高無線通信的質(zhì)量與數(shù)據(jù)傳輸速率。
[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點與不足，本實用新型的另一目的在于提供基于神經(jīng) 元網(wǎng)絡(luò)的可見光通信接收方法的可見光通信接收系統(tǒng)，該可見光通信接收系統(tǒng)基于簡單的 基帶調(diào)制技術(shù)，通過運用角度分集接收技術(shù)來減弱碼間干擾對系統(tǒng)的影響，并使用人工神 經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)來對分集接收所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并以及優(yōu)化以降低系統(tǒng)的誤碼率。克服了傳統(tǒng) 的分集接收技術(shù)在不同環(huán)境下合并方式的多樣性。
[0006] 本實用新型的首要目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的可見光通 信接收方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1、第一可編程門陣列將信源發(fā)出的視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0008] 步驟2、所述數(shù)字信號通過LED驅(qū)動電路驅(qū)動LED燈具發(fā)射光信號；
[0009] 步驟3、所述光信號經(jīng)過η個光電檢測器件進(jìn)入接收子系統(tǒng)，其中，η為正整數(shù)；所 述η個光電檢測器對應(yīng)傳輸子系統(tǒng)的η個子信道；所述η個子信道對應(yīng)接收子系統(tǒng)的η個 數(shù)據(jù)流；
[0010] 步驟4、所述的η個數(shù)據(jù)流經(jīng)過放大處理、濾波處理后，輸?shù)浇?jīng)過訓(xùn)練后的神經(jīng)元 合并申吳塊中；
[0011] 步驟5、所述神經(jīng)元合并模塊將所述η個數(shù)據(jù)流作均衡處理并輸出合并數(shù)據(jù)流；所 述合并數(shù)據(jù)流經(jīng)第二可編程門陣列解調(diào)處理轉(zhuǎn)化為視頻信號。
[0012] 所述步驟5中的經(jīng)過訓(xùn)練后的神經(jīng)元合并模塊包括以下步驟：
[0013] 步驟41、訓(xùn)練時，把一組輸入值和與之相匹配的期望值給予所述的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，按 這組訓(xùn)練數(shù)據(jù)來調(diào)整連接加權(quán)值，通過所述的期望值與正向傳播的實際輸出值對比得到誤 差?目號；
[0016] 步驟42、利用梯度下降法進(jìn)行誤差反向傳播和權(quán)值校正，通過反復(fù)學(xué)習(xí)使所述的 誤差信號達(dá)到或低于設(shè)定值；
[0018] 步驟43、通過上述方程的訓(xùn)練可以使所述的連接加權(quán)值調(diào)整到使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實際 輸出與所述的期望輸出間的均方誤差最小；經(jīng)過ΒΡ算法訓(xùn)練后，對于任意輸入值，神經(jīng)元 均衡器均能給出相對較為合適的輸出，以完成對信道的均衡處理。
[0019] 本實用新型的另一目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種實現(xiàn)所述的基于神經(jīng)元 網(wǎng)絡(luò)的可見光通信接收方法的可見光通信接收系統(tǒng)，包括：發(fā)射子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)和接收 子系統(tǒng)，所述發(fā)射子系統(tǒng)具有：第一可編程門陣列、LED驅(qū)動電路和LED燈具，所述接收子系 統(tǒng)具有：n個光電檢測器件、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器、神經(jīng)元合并模塊和第二可編程門陣列；所述傳 輸子系統(tǒng)用于把LED燈具發(fā)出的可見光信號傳輸給η個光電檢測器件；所述η個光電檢測 器件對應(yīng)傳輸子系統(tǒng)的η個子信道；所述第一可編程門陣列、LED驅(qū)動電路、LED燈具、光電 檢測器件、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器、神經(jīng)元合并模塊和第二可編程門陣列依次連接；所述第一可編 程門陣列將視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并把所述數(shù)字信號傳輸給LED驅(qū)動電路；所述LED驅(qū) 動電路驅(qū)動LED燈具發(fā)射光信號；所述光信號經(jīng)過自由空間進(jìn)入光電檢測器件；所述η個 光電檢測器件把光信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，形成η路數(shù)據(jù)流；所述ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器把光電檢測 器件輸出的模擬信號取樣成η路數(shù)字信號；所述的η路數(shù)字信號經(jīng)神經(jīng)元合并模塊進(jìn)行合 并以及均衡處理后，輸?shù)降诙删幊涕T陣列；所述第二可編程門陣列把信號經(jīng)過解調(diào)還原 為視頻信號。
[0020] 所述LED驅(qū)動電路包括：信源、可變電阻、高速緩沖器、Bias Tee模塊、直流電流源 和限流電阻，所述的信源、可變電阻、高速緩沖器、Bias Tee模塊和限流電阻依次連接；所述 直流電流源的正極和信源連接，所述直流電流源的負(fù)極和Bias Tee模塊連接；所述的Bias Tee模塊包括電容和電感；所述電感的一端與直流電流源的負(fù)極連接，所述電感的另一端 與電容的負(fù)極連接，所述電容的正極與高速緩沖器連接；所述信源輸出的電信號經(jīng)過高速 緩沖器傳輸?shù)紹ias Tee模塊，所述直流電流源所輸出的直流電信號與高速緩沖器所傳輸?shù)?信號在Bias Tee模塊中進(jìn)行耦合，生成耦合電信號；所述耦合電信號通過限流電阻輸出到 LH)燈具。
[0021] 所述神經(jīng)元合并模塊其合并處理通過可編程門陣列信號處理芯片或數(shù)字信號處 理芯片中完成。
[0022] 所述發(fā)射子系統(tǒng)還包括：第一液晶顯示器和攝影機(jī)，所述接收子系統(tǒng)還包括放大 電路、濾波電路和第二液晶顯示器；所述的第一液晶顯示器和攝影機(jī)均與第一可編程門陣 列連接，光電檢測器件通過前置放大電路和后置放大電路與ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接，第二可 編程門陣列和第二液晶顯示器連接；所述的攝影機(jī)將視頻信號傳輸給第一可編程門陣列； 所述第一可編程門陣列把視頻信號傳輸給第一液晶顯示器；所述光電檢測器件把模擬信號 通過放大電路進(jìn)行放大處理；放大后的所述模擬信號經(jīng)過濾波電路進(jìn)行濾波處理再傳輸給 ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述第二可編程門陣列把視頻信號傳輸給第二液晶顯示器。
[0023] 本實用新型的另一目的也可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的可 見光通信接收方法的可見光通信接收系統(tǒng)，包括：發(fā)射子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)和接收子系統(tǒng)， 所述發(fā)射子系統(tǒng)通過LED驅(qū)動電路將數(shù)據(jù)輸入LED燈具中，發(fā)出可見光，通過傳輸子系統(tǒng)將 光信號進(jìn)行有效地傳輸，最后通過接收子系統(tǒng)把感應(yīng)光強(qiáng)的變化與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)通信。
[0024] 所述發(fā)射子系統(tǒng)由攝影機(jī)、第一可編程門陣列、第一液晶顯示器、LED驅(qū)動電路、 LED燈具組成，進(jìn)一步地，所述LED驅(qū)動電路由電容與電感等電學(xué)元件組成。
[0025] 所述傳輸子系統(tǒng)為自由空間，具有η條子信道，其中，η為正整數(shù)。
[0026] 所述接收子系統(tǒng)由η個光電檢測器、放大電路、濾波電路、神經(jīng)元合并模塊、第二 可編程門陣列、第二液晶顯示器組成。
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