027] 本實用新型的原理：本實用新型利用率分集接收技術與神經(jīng)元合并網(wǎng)絡，所述分 集接收技術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，在接收端由多 個光電檢測器件獲得多組獨立信號，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。同時由于分集接收技術有多個光電 檢測器，相當于增大了接收器光接收的有效面積，故在信源的信噪比不變的情況下增大了 接收信噪比，從而使到系統(tǒng)誤碼率更低、容錯性更強。所述神經(jīng)元合并模塊是對所獲得的多 組數(shù)據(jù)進行合并優(yōu)化構成總的輸出信號。通過使用非線性的傳遞函數(shù)來實現(xiàn)輸入輸出的非 線性映射關系。進而對受到干擾的信號進行濾波處理、對信道進行相移的估計與補償?shù)纫?實現(xiàn)均衡處理。由于碼間干擾的影響，導致可見光通信系統(tǒng)的誤碼率提升，為此，通過運用 分集接收技術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)絡來對分集接收所獲得 的數(shù)據(jù)進行合并以及優(yōu)化以降低系統(tǒng)的誤碼率。該接收系統(tǒng)可以有效地降低碼間干擾對系 統(tǒng)的影響，提高接收信號的信噪比，降低系統(tǒng)的誤碼率。在不增加器件帶寬前提下，成倍提 高無線通信的質量與數(shù)據(jù)傳輸速率；具有廣闊的應用前景。
[0028] 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點和有益效果：
[0029] 1、本實用新型基于簡單的基帶調制技術，比起傳統(tǒng)的使用正交分頻復用調制、離 散多音調制技術等，大大簡化了系統(tǒng)的復雜程度，且可以不增加 LED器件帶寬的前提下，成 倍地提高了無線通信的質量及信道的容量。
[0030] 2、本實用新型運用了人工神經(jīng)元網(wǎng)絡對分集接收技術所獲得的多組數(shù)據(jù)進行合 并優(yōu)化，在實現(xiàn)了消除碼間干擾的影響的同時，降低了誤碼率，起到了后均衡的作用。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本實用新型實現(xiàn)基于神經(jīng)元網(wǎng)絡的可見光通信接收系統(tǒng)的示意圖。
[0032] 圖2為本實用新型LED驅動電路的示意圖。
[0033] 圖3為本實用新型MLP神經(jīng)元網(wǎng)絡示意圖。
[0034] 圖4位本實用新型使用BP訓練算法的示意圖。
[0035] 圖5為本實用新型神經(jīng)元合并模塊的工作示意圖。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實 施方式不限于此。
[0037] 實施例
[0038] 如圖1所示，一種基于神經(jīng)元網(wǎng)絡的可見光通信系統(tǒng)。包括：發(fā)射子系統(tǒng)、傳輸子 系統(tǒng)、接收子系統(tǒng)。所述的發(fā)射子系統(tǒng)，攝影機接收實時視頻信號通過第一可編程門陣列傳 輸?shù)降谝灰壕э@示器；所述第一液晶顯示器顯示出原始視頻信號；所述第一可編程門陣列 對所述實時視頻信號進行調制和相應視頻信號處理技術后，傳輸?shù)絃ED驅動電路中；所述 LED驅動電路驅動LED燈具發(fā)射可見光信號。如圖2所示，為LED驅動電路的示意圖，通過 Bias Tee結構的電容與電感T型結合，實現(xiàn)直流信號與交流信號的耦合從而保證了信號在 LED中不會丟失。
[0039] 進一步地，光信號通過傳輸子系統(tǒng)到達接收子系統(tǒng)；所述傳輸子系統(tǒng)在本實施方 式中為4條不同的信道。所述光信號分別經(jīng)4個光電檢測器轉換為電信號，形式4路數(shù)據(jù) 流；所述的4路數(shù)據(jù)流由放大電路與濾波電路進行濾波放大處理，再由ADC模數(shù)轉換器對電 信號進行量化轉換為數(shù)字信號。然后通過神經(jīng)元合并模塊對4路數(shù)據(jù)流進行合并處理獲得 最終數(shù)據(jù)流。
[0040] 進一步地，所述神經(jīng)元合并模塊使用三層的MLP神經(jīng)元網(wǎng)絡，并使用BP算法對神 經(jīng)元網(wǎng)絡進行學習訓練。如圖3所示，為三層MLP神經(jīng)元網(wǎng)絡的結構示意圖；如圖4所示， 為BP訓練算法。對于第i個神經(jīng)元的輸出狀態(tài)1為：
[0042] 式中，是第i個神經(jīng)元與第j個神經(jīng)元的連接加權取值；Vj是第j個神經(jīng)元的輸 出；Qi是第i個神經(jīng)元的閾值；為激活函數(shù)。
[0043] 訓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，按這組訓練 數(shù)據(jù)來調整連接加權值。通過所述的期望值與正向傳播的輸出值對比可得到誤差信號。
[0044] E(x) = [y(x)_F(x)]2，
[0045] 其中，x和y(x)分別代表輸入信號以及與之相對應的實際輸出信號；F(x)為期望 輸出信號。利用梯度下降法進行誤差反向傳播和權值校正，通過反復學習使所述的誤差信 號達到或低于設定值。
[0047] 其中，ωι]代表連接加權值，γ表示學習速率。通過上述方程的訓練可以使所述 的連接加權值調整到使神經(jīng)網(wǎng)絡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。進而實現(xiàn)了對 信道的均衡處理。如圖5所示，訓練后的神經(jīng)元網(wǎng)絡將η路數(shù)據(jù)合并為一路數(shù)據(jù)流，并在神 經(jīng)元的輸出端設置一個閾值為〇. 5以產生二進制代碼。其中，在本實例中，η = 4。
[0048] 所述最終數(shù)據(jù)流再由第二可編程門陣列將信號轉換為視頻信號，再傳到第二液晶 顯示器中。通過第一液晶顯示器與第二液晶顯示器中信號比較，可測試出系統(tǒng)的誤碼率，用 于驗證系統(tǒng)的操作。
[0049] 上述實施例僅為本實用新型的一種實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上 述實施例的限制，其他任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種基于神經(jīng)元網(wǎng)絡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)，其特征在于，所述發(fā)射子系統(tǒng)具有：第一可編程門陣列、LED驅動電路和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)轉換器、神經(jīng)元合并模塊和第二可編 程門陣列；所述第一可編程門陣列、LED驅動電路、LED燈具、光電檢測器件、ADC模數(shù)轉換 器、神經(jīng)元合并模塊和第二可編程門陣列依次連接。2. 根據(jù)權利要求1所述的基于神經(jīng)元網(wǎng)絡的可見光通信接收系統(tǒng)，其特征在于，所述 LED驅動電路包括：信源、可變電阻、高速緩沖器、BiasTee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、BiasTee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極和BiasTee模塊連接；所述的BiasTee模塊包 括電容和電感；所述電感的一端與直流電流源的負極連接，所述電感的另一端與電容的負 極連接，所述電容的正極與高速緩沖器連接。3. 根據(jù)權利要求1所述的基于神經(jīng)元網(wǎng)絡的可見光通信接收系統(tǒng)，其特征在于，所述 發(fā)射子系統(tǒng)還包括：第一液晶顯示器和攝影機，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)模轉換器連接，第二可編程門陣列和第 二液晶顯示器連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于神經(jīng)元網(wǎng)絡的可見光通信接收方法，包括以下步驟：1、第一可編程門陣列將信源發(fā)出的視頻信號轉換為數(shù)字信號；2、所述數(shù)字信號通過LED驅動電路驅動LED燈具發(fā)射光信號；3、所述光信號經(jīng)過n個光電檢測器件進入接收子系統(tǒng)；4、所述的n個數(shù)據(jù)流輸?shù)浇?jīng)過訓練后的神經(jīng)元合并模塊中；5、所述神經(jīng)元合并模塊將所述n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處理轉化為視頻信號。本實用新型還公開了一種實現(xiàn)所述的基于神經(jīng)元網(wǎng)絡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)。本實用新型具有廣闊的應用前景等優(yōu)點。
【IPC分類】H04B10/116
【公開號】CN204948075
【申請?zhí)枴緾N201520674558
【發(fā)明人】文尚勝, 關偉鵬, 張恒, 張廣慧
【申請人】華南理工大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年8月31日