基于光学智能反射表面的无线光通信方法及装置制造方法及图纸

本申请涉及一种基于光学智能反射表面的无线光通信方法及装置，其中，方法包括：针对预设目标，优化光学智能反射表面参数、发射机预编码参数和接收机信号检测参数；通过设置预编码矩阵进行发射机预编码，以改变发射端信号分布；通过设置调控光学智能反射表面参数，改变无线光通信的非视距路径信号；通过设置信号检测矩阵进行接收机信号检测。本申请有效提升了无线光通信的空间复用增益，降低了无线光通信系统的均方误差和误码率，缓解了因障碍物遮挡而造成无线光通信系统通信性能较差等问题。而造成无线光通信系统通信性能较差等问题。而造成无线光通信系统通信性能较差等问题。

【技术实现步骤摘要】
基于光学智能反射表面的无线光通信方法及装置


[0001]本申请涉及智能反射通信
，特别涉及一种基于光学智能反射表面的无线光通信方法及装置。

技术介绍

[0002]为了应对第五代(5G)移动通信系统及之后每月产生的大约50艾字节数据流量，在多方面取得显著进步的无线通信技术可以提供更高的频谱和能量效率、更可靠的信号传输以及更低的传输延时等。
[0003]与毫米波通信和太赫兹通信等其他无线通信技术不同，可见光通信(Visible Light Communication，VLC)可通过强度调制/直接检测的非相干调制方式，将信号调制在波长为480纳米到750纳米范围内的电磁波幅度上。由于工作频段的免许可优点，VLC可以免费利用约400太赫兹的丰富频谱资源，大幅提升系统容量。同时，VLC使用包括发光二极管(Light Emitting Diode，LED)和光电探测器(Photo Detector，PD)在内的低功率收发器，在能量效率方面远远优于其他射频(Radio Frequency，RF)通信，由此，VLC也是一种绿色技术；此外，VLC在超密集频率复用、泛在性和物理层安全性方面具有天然优势，因此VLC技术的开发引起了学术界和工业界的极大关注，包括VLC联盟、IEEE 802.15.7组和家庭千兆接入(OMEGA，Home Gigabit Access)。
[0004]但是，VLC技术的发展也面临着严峻的挑战，尤其是在多输入多输出(Multiple
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Input Multiple
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Output，MIMO)VLC系统中。具体来说，强度调制/直接检测方案对信号幅度施加了非负实值约束；信道响应通常遵循朗伯模型模型，即接收光信号强度高度依赖于收发器所处的几何位置以及具有的集合参数。考虑到PD彼此靠近的典型场景，各LED在多天线接收机处的空间特征向量几乎是同方向的，导致了MIMO VLC的复用增益和分集增益相比于射频MIMO较差。
[0005]目前，相关技术可以通过设计接收器的形状来提高MIMO VLC性能，例如，角度分集接收器、具有窄视场(Field of View，FoV)的PD、成像接收器等；另一方面也可以通过功率分配和发射机预编码等信号处理技术来实现。
[0006]近年来，一些相关技术还可借助智能超表面对非视距路径信号进行人为干预。智能超表面是一种由周期性人造原子组成的二维平面，电磁波在其上撞击可以产生可控的感应电流模式，并实现信号定向、极化和吸收。光学频段的智能超表面可以由微机电系统操纵的镜面阵列或者光学反射材料实现，已有相关研究涉及光学智能反射表面的反射信道响应特性，以及光学智能反射表面在无线光通信的接收机、发射机、无线环境中的部署，实验结果显示了光学智能反射表面在提升系统性能上的重要作用。考虑到智能超表面所具有的改变无线信道能力，将光学智能反射表面应用在VLC中改善信道的强相关性，提升空间复用增益，同时降低无线光通信的均方误差(Mean Square Error，MSE)和误码率(Bit Error Ratio，BER)，是一种有潜力的技术。

技术实现思路

[0007]本申请提供一种基于光学智能反射表面的无线光通信方法及装置，有效降低了无线光通信系统的均方误差和误码率，缓解了因障碍物遮挡而造成无线光通信系统通信性能较差等问题。
[0008]本申请第一方面实施例提供一种基于光学智能反射表面的无线光通信方法，包括以下步骤：针对预设目标，优化光学智能反射表面参数、发射机预编码参数和接收机信号检测参数；通过设置预编码矩阵进行发射机预编码，以改变发射端信号分布；通过设置调控所述光学智能反射表面参数，改变无线光通信的非视距路径信号；以及通过设置信号检测矩阵进行接收机信号检测。
[0009]可选地，在本申请的一个实施例中，所述针对预设目标，优化光学智能反射表面参数、发射机预编码参数和接收机信号的检测参数，包括：优化目标包括但不限于无线光通信系统的均方误差最小化、误码率最小化、接收机信噪比最大化、接收机能量最大化、信道容量最大化；优化约束包括但不限于光信号的非负实数约束、发射总功率约束、单根发射天线的功率约束；优化方法包括但不限于交替优化算法、联合优化算法。
[0010]可选地，在本申请的一个实施例中，所述针对预设目标，优化光学智能反射表面参数、发射机预编码参数和接收机信号的检测参数，还包括：基于视距路径和非视距路径的信道状态信息与发射机、光学智能反射表面和接收机的位置信息，对所述光学智能反射表面参数、所述发射机预编码参数和所述接收机信号检测参数进行优化。
[0011]可选地，在本申请的一个实施例中，所述通过设置预编码矩阵进行发射机预编码，以改变发射端信号分布，包括：经过调制后的符号序列添加预设、直流偏置后，利用预设的预编码矩阵对发射信号进行基带数字预编码。
[0012]可选地，在本申请的一个实施例中，通过设置光学智能反射表面参数，改变无线光通信的非视距路径信号，包括：所述光学智能反射表面参数指反射表面单元和收发机天线之间的对准关系；基于优化后的所述光学智能反射表面参数，通过调整反射单元的朝向角度或者控制电压的方式，将反射单元和相应的收发机天线对准。
[0013]可选地，在本申请的一个实施例中，所述反射单元和相应的收发机天线对准，包括：基于优化后的所述光学智能反射表面参数，利用码本查找法或者几何计算法将所述反射单元和所述相应的收发机天线对准。
[0014]可选地，在本申请的一个实施例中，所述通过设置信号检测矩阵，进行接收机信号检测，包括：基于优化后的所述接收机信号检测参数对接收信号进行基带数字解调。
[0015]本申请第二方面实施例提供一种基于光学智能反射表面的无线光通信装置，包括：中心控制模块，用于针对预设目标，优化光学智能反射表面参数、发射机预编码参数和接收机信号检测参数；发射机预编码模块，用于设置预编码矩阵进行发射机预编码，以改变发射端信号分布；光学智能反射表面控制模块，用于设置所述光学智能反射表面参数，改变无线光通信的非视距路径信号；以及接收机解调模块，用于设置信号检测矩阵进行接收机信号检测。
[0016]可选地，在本申请的一个实施例中，所述中心控制模块包括：优化目标包括但不限于无线光通信系统的均方误差最小化、误码率最小化、接收机信噪比最大化、接收机能量最大化、信道容量最大化；优化约束包括但不限于光信号的非负实数约束、发射总功率约束、
单根发射天线的功率约束；优化方法包括但不限于交替优化算法、联合优化算法。
[0017]可选地，在本申请的一个实施例中，所述中心控制模块还包括：优化单元，用于基于视距路径和非视距路径的信道状态信息与发射机、光学智能反射表面和接收机的位置信息，对所述光学智能反射表面参数、所述发射机预编码参数和所述接收机信号检测参数进行优化。
[0018]可选地，在本申请的一个实施例中，所述发射机预编码模块包括：预编码单元，用于经过调制后的符号序列添加预设、直流偏置后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光学智能反射表面的无线光通信方法，其特征在于，包括以下步骤：针对预设目标，优化光学智能反射表面参数、发射机预编码参数和接收机信号检测参数；通过设置预编码矩阵进行发射机预编码，以改变发射端信号分布；通过设置调控所述光学智能反射表面参数，改变无线光通信的非视距路径信号；以及通过设置信号检测矩阵进行接收机信号检测。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对预设目标，优化光学智能反射表面参数、发射机预编码参数和接收机信号的检测参数，包括：优化目标包括但不限于无线光通信系统的均方误差最小化、误码率最小化、接收机信噪比最大化、接收机能量最大化、信道容量最大化；优化约束包括但不限于光信号的非负实数约束、发射总功率约束、单根发射天线的功率约束；优化方法包括但不限于交替优化算法、联合优化算法。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对预设目标，优化光学智能反射表面参数、发射机预编码参数和接收机信号的检测参数，还包括：基于视距路径和非视距路径的信道状态信息与发射机、光学智能反射表面和接收机的位置信息，对所述光学智能反射表面参数、所述发射机预编码参数和所述接收机信号检测参数进行优化。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过设置预编码矩阵进行发射机预编码，以改变发射端信号分布，包括：经过调制后的符号序列添加预设、直流偏置后，利用预设的预编码矩阵对发射信号进行基带数字预编码。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过设置光学智能反射表面参数，改变无线光通信的非视距路径信号，包括：所述光学智能反射表面参...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨昉，孙士渊，宋健，王军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：