[go: up one dir, main page]

CN112804001B - 孔径阵列接收机及其设计方法、装置、电子设备和介质 - Google Patents

孔径阵列接收机及其设计方法、装置、电子设备和介质 Download PDF

Info

Publication number
CN112804001B
CN112804001B CN202110023956.3A CN202110023956A CN112804001B CN 112804001 B CN112804001 B CN 112804001B CN 202110023956 A CN202110023956 A CN 202110023956A CN 112804001 B CN112804001 B CN 112804001B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aperture
photodiode
array receiver
receiving unit
aperture array
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110023956.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112804001A (zh
Inventor
王超
亢令川
朱义君
汪涛
任嘉伟
张艳语
薛婧姝
杜笑笑
穆昱
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Information Engineering University Of Chinese People's Liberation Army Cyberspace Force
Original Assignee
PLA Information Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PLA Information Engineering University filed Critical PLA Information Engineering University
Priority to CN202110023956.3A priority Critical patent/CN112804001B/zh
Publication of CN112804001A publication Critical patent/CN112804001A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112804001B publication Critical patent/CN112804001B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/116—Visible light communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
    • H04B10/075—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal
    • H04B10/079—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal using measurements of the data signal
    • H04B10/0795—Performance monitoring; Measurement of transmission parameters
    • H04B10/07953—Monitoring or measuring OSNR, BER or Q

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本申请实施例公开了一种孔径阵列接收机及其设计方法、装置、电子设备和介质，孔径阵列接收机包括若干个接收单元，该若干个接收单元呈中心对称排布，每个接收单元包括一个光电二极管和一个用于传输光线的孔径；设计方法包括：获取孔径阵列接收机在室内K个随机位置处的信号与干扰加噪声比SINR函数，每个随机位置处的SINR函数表征该随机位置处的SINR与接收单元上的孔径，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离的关联关系；获取K个随机位置处的SINR函数的方差和均值；以方差与所述均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离。达到了对小区间干扰进行抑制的目的。

Description

孔径阵列接收机及其设计方法、装置、电子设备和介质
技术领域
本申请涉及通信技术领域，更具体地说，涉及一种孔径阵列接收机及其设计方法、装置、电子设备和介质。
背景技术
可见光通信(Visible Light Communication，VLC)也称为光保真技术(LightFidelity，Li-Fi)，是利用发光二极管LED的闪烁实现照明和通信的需求，具有高速、绿色、安全、无需许可证以及适应在强电磁干扰环境工作等特点，是现有射频(Radio Frequency,RF)系统的有力补充。
在多小区VLC系统中，存在多个发光二极管，每个发光二极管的辐射波束覆盖的区域为一个小区，通信终端位于任意一个小区内时，通信终端内的接收机可以接收到光信号以实现光通信。目前，对于VLC的研究大多集中在如何提高单个小区的容量，而对于小区间的干扰抑制的研究却很少。
发明内容
本申请的目的是提供一种孔径阵列接收机及其设计方法、装置、电子设备和介质，以实现对小区间干扰的抑制，具体包括如下技术方案：
一种孔径阵列接收机设计方法，所述孔径阵列接收机包括若干个接收单元，所述若干个接收单元呈中心对称排布，每个接收单元包括一个光电二极管和一个用于传输光线的孔径；所述方法包括：
获取所述孔径阵列接收机在室内K个随机位置处的信号与干扰加噪声比SINR函数，每个随机位置处的SINR函数表征该随机位置处的SINR与接收单元上的孔径，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离的关联关系；
获取所述K个随机位置处的SINR函数的方差和均值；
以所述方差与所述均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离。
上述方法，优选的，所述获取所述孔径阵列接收机在室内K个随机位置处的信号与干扰加噪声比SINR函数，包括：
对应每一个随机位置，获取所述孔径阵列接收机中的每一个光电二极管在该随机位置处的SINR函数；
对该随机位置处所述孔径阵列接收机中的所有光电二极管在该随机位置处的SINR函数的取最大值，得到所述孔径阵列接收机在该随机位置处的SINR函数。
上述方法，优选的，所述以所述方差与所述均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离，包括：
利用MATLAB优化工具箱中的最小化函数fmincon，以所述方差与所述均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离。
上述方法，优选的，所述若干个接收单元采用蜂窝排列方式排布。
上述方法，优选的，每个接收单元上孔径与光电二极管在水平方向上的偏移方向平行于该接收单元上的孔径的中心与对称中心的连线。
上述方法，优选的，每个接收单元包括的光电二极管为雪崩光电二极管。
一种孔径阵列接收机，所述孔径阵列接收机包括若干个接收单元，所述若干个接收单元呈中心对称排布，每个接收单元包括一个光电二极管和一个用于传输光线的孔径；
每个接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离通过如上任意一项所述的孔径阵列接收机设计方法设计得到。
一种孔径阵列接收机设计装置，所述孔径阵列接收机包括若干个接收单元，所述若干个接收单元呈中心对称排布，每个接收单元包括一个光电二极管和一个用于传输光线的孔径；所述装置包括：
第一获取模块，用于获取所述孔径阵列接收机在室内K个随机位置处的信号与干扰加噪声比SINR函数，每个随机位置处的SINR函数表征该随机位置处的SINR与接收单元上的孔径，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离的关联关系；
第二获取模块，用于获取所述K个随机位置处的SINR函数的方差和均值；
确定模块，用于以所述方差与所述均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离。
一种电子设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，实现如上任一项所述的孔径阵列接收机设计方法的各个步骤。
一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上任一项所述的孔径阵列接收机设计方法的各个步骤。
通过以上方案可知，本申请提供的一种孔径阵列接收机及其设计方法、装置、电子设备和介质，孔径阵列接收机包括若干个接收单元，该若干个接收单元呈中心对称排布，每个接收单元包括一个光电二极管和一个用于传输光线的孔径；设计方法包括：获取孔径阵列接收机在室内K个随机位置处的信号与干扰加噪声比SINR函数，每个随机位置处的SINR函数表征该随机位置处的SINR与接收单元上的孔径，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离的关联关系；获取K个随机位置处的SINR函数的方差和均值；以方差与所述均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离。本申请实施例提供的设计方法在设计孔径阵列接收机时，以K个随机位置处的SINR的方差和均值作为衡量小区间干扰情况和SINR波动情况的指标，以该指标最小化为目标确定的接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离，使得设计得到的孔径阵列接收机移动到室内的各个地方孔径阵列接收机的SINR都是稳定的，不会出现较大的波动，达到了对小区间干扰进行抑制的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的典型的室内多小区VLC系统的示意图；
图2为本申请实施例提供的接收单元中孔径与光电二极管的相对位置关系示意图；
图3a为本申请实施例提供的孔径阵列接收机的一种结构示意图；
图3b为本申请实施例提供的孔径阵列接收机的另一种结构示意图；
图3c为本申请实施例提供的孔径阵列接收机的又一种结构示意图；
图4为本申请实施例提供的孔径阵列接收机的设计方法的一种实现流程图；
图5为本申请实施例提供的孔径阵列接收机设计装置的一种结构示意图；
图6为本申请实施例提供的设备的硬件结构框图。
说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，能够以除了在这里图示的以外的顺序实施。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，为本申请实施例提供的典型的室内多小区VLC系统的示意图。在多小区VLC系统中，每个发光二极管LED发射的光覆盖的区域为一个小区，通信终端(比如，手机，平板电脑等)位于任意一个小区内时，通信终端内的接收机可以接收到光信号以实现光通信。为了保证VLC通信的连续性，相邻小区之间会存在重叠区域，但重叠区域会造成小区间干扰，降低通信质量，这就会出现信号不稳定的情况，主要表现就是通信终端在一个位置(通常是小区的无重叠区域)时，通信质量比较好，而在另一个位置(通常是小区重叠区域)时，通信质量比较差。而目前，对于VLC的研究大多集中在如何提高单个小区的容量，而对于小区间的干扰抑制的研究却很少。
目前通过设计接收机降低室内多小区VLC系统的小区间干扰的方案是角分集接收机(Angle Diversity Receiver,ADR)，所谓分集接收，是指接收端对它收到的多个互相独立(携带同一信息)的衰落特性信号进行特定的合并处理，以降低信号电平起伏的办法。已有的角分集接收机包括：采用在半球形底座排列不同视场角的光电二极管实现接收端的分集接收；在半球面排列不同倾斜方向的光电二极管实现分集接收；以金字塔形状为底座，在侧面排列倾斜光电二极管实现分集接收。但角分集接收机仍然存在一些不足，比如，一般的角分集接收机具有立体结构，使得角分集接收机在小型设备的集成和维护更为复杂，而且，立体结构的角分集接收机难以实现大阵列排布；另外，针对小区间干扰的抑制，目前主要解决定向通信中的干扰问题，对于更接近于实际应用的室内多小区VLC移动场景，缺少明确的解决方案。
本申请的目的在于设计一种适用于室内多小区VLC移动场景的，能够抑制小区间干扰的孔径阵列接收机。
本申请实施例提供的接收机为孔径阵列接收机，该孔径阵列接收机包括若干个接收单元，该若干个接收单元呈中心对称排布。其中，接收单元可以包括一个孔径，以及一个光电二极管(Photo-Diode，PD)。可选的，光电二极管可以为雪崩光电二极管(AvalanchePhoto Diode，APD)。
其中，孔径可以是一个通孔，该通孔处可以设置透镜，也可以不设置透镜。如图2所示，为本申请实施例提供的接收单元中孔径与光电二极管的相对位置关系示意图。本申请实施例中，孔径与光电二极管位于不同的平面，发光二极管发射的光信号通过孔径后在光电二极管所在的平面形成光斑，光斑与光电二极管的重合面积是光电二极管的有效探测面积，孔径阵列接收机通过有效探测面积实现角分集接收。具体实现角分集接收的具体实现方式可以使用已有的实现方式，已有的孔径阵列接收机是用于对室内的MIMIO-VLC进行信道解相关，还没有方案提出通过对孔径阵列接收机进行优化以实现较好的小区间干扰抑制或消除。
如图3a所示，为本申请实施例提供的孔径阵列接收机的一种结构示意图，该示例中，若干个接收单元呈n×n的矩阵形排布。n为奇数。
如图3b所示，为本申请实施例提供的孔径阵列接收机的另一种结构示意图，该示例中，若干个接收单元呈环形排布。
如图3c所示，为本申请实施例提供的孔径阵列接收机的又一种结构示意图，该示例中，若干个接收单元呈蜂窝状排布，也就是说，若干个接收单元采用蜂窝排列方式排布。通过将若干个接收单元呈蜂窝状排布，使得孔径阵列接收机的小区间干扰的抑制效果更好。
从图3a-3c中可以看出，本申请中，不管孔径阵列接收机中的若干个接收单元以哪种方式排布，中心位置处的接收单元上，孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离为零，即中心位置处孔径与光电二极管在水平方向上无偏移。而其它位置处的接收单元，孔径与光电二极管在水平方向上具有一定的偏移，且呈中心对称的接收单元上的孔径与光电二极管也呈中心对称。可选的，每个接收单元上孔径与光电二极管在水平方向上的偏移方向平行于该接收单元上的孔径的中心与对称中心的连线。
本申请的发明人研究发现，接收单元的孔径大小和孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离决定了接收单元的视场角和接收方向，优化这两个参数(即孔径大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离)可以降低接收机在室内VLC中的小区间干扰和实现最小的信号与干扰加噪声比(Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR)波动。基于此，本申请实施例提供的孔径阵列接收机的设计方法的主要目标就是确定最优的孔径大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离，从而实现室内多小区VLC移动场景下对小区间干扰的抑制。
孔径大小一般指孔径的半径的大小。
如图4所示，为本申请实施例提供的孔径阵列接收机的设计方法的一种实现流程图，可以包括：
步骤S401：获取孔径阵列接收机在室内K个随机位置处的信号与干扰加噪声比SINR函数，每个随机位置处的SINR函数表征该随机位置处的SINR与接收单元上的孔径，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离的关联关系。
本申请实施例中，在室内随机选取K个位置，比如，K＝100，将这K个位置中的每个位置称为一个随机位置。可选的，以光电二极管为雪崩光电二极管为例，可以通过如下方式获取孔径阵列接收机在室内每随机位置处的信号与干扰加噪声比SINR函数：
在第k(k＝1，2，3，……，K)个随机位置处，可以获取孔径阵列接收机中的每一个雪崩光电二极管在该随机位置处接收到的信号的SINR；对于第j个接收单元上的雪崩光电二极管(简称第j个雪崩光电二极管)，其在该第k个随机位置处的SINR函数εkj可以为：
Figure BDA0002889533260000071
Figure BDA0002889533260000072
Figure BDA0002889533260000073
Figure BDA0002889533260000074
其中，i表示该第k个随机位置处于第i个VLC小区，也就是位于第i个LED灯下，hij表示VLC的视距朗伯增益，μ表示雪崩光电二极管的响应度，γ表示LED调制指数，Γ表示雪崩增益，P0表示LED的平均输出光功率，
Figure BDA0002889533260000075
表示雪崩光电二极管的散粒噪声，
Figure BDA0002889533260000076
表示雪崩光电二极管的热噪声方差，D表示第i个LED灯与孔径阵列接收机之间的距离，
Figure BDA0002889533260000077
表示发射角，θ表示入射角，且
Figure BDA0002889533260000078
m＝ln 2/ln(cosΦ1/2)表示朗伯体阶数，Φ1/2表示LED半功率辐射角。Aij表示第j个接收单元上的雪崩光电二极管接收第i个LED发射光信号的有效探测面积。lij表示光斑圆心到雪崩光电二极管圆心的距离，ω表示第j个接收单元的方位角，其表征第j个接收单元与中心位置的接收单元间的相对位置关系，dEA表示孔径大小，rE表示孔径与光电二极管在水平方向的偏移距离，rA表示雪崩光电二极管的半径。r表示孔径与光电二极管在垂直方向的距离。
对该第k个随机位置处孔径阵列接收机中的所有光电二极管在该第k个随机位置处的SINR函数的取最大值，得到孔径阵列接收机在该随机位置处的SINR函数。
也就是说孔径阵列接收机在第k个随机位置处的信号与干扰加噪声比SINR函数εk为：
Figure BDA0002889533260000081
步骤S402：获取K个随机位置处的SINR函数的方差和均值。
假设K个随机位置处的SINR函数依次为ε1，ε2，ε3，……，εK，则本申请实施例中，计算K个随机位置处的ε1，ε2，ε3，……，εK的方差，以及该K个随机位置处的ε1，ε2，ε3，……，εK的均值。
步骤S403：以方差与均值之比(记为VMR)最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离。
本申请实施例中，将室内K个随机位置处孔径阵列接收机的SINR的方差和均值的比值VMR表征小区间干扰情况和SINR波动情况，其中，VMR的值越大，表征小区间干扰越大，孔径阵列接收机接收的信号的SINR波动越大，VMR的值越小，表征小区间干扰越小，孔径阵列接收机接收的信号的SINR波动越大。
由于K个随机位置处的SINR函数的方差和均值均与孔径大小，以及孔径与光电二极管在水平方向的偏移距离相关，因此，以方差与均值之比(记为VMR)最小化为目标，确定的接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离，能够有效抑制小区间干扰，使得SINR波动稳定。
在一可选的实施例中，上述以方差与均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离的一种实现方式可以为：
利用MATLAB优化工具箱中的最小化函数fmincon，以方差与均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离。
在一可选的实施例中，上述以方差与均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离的一种实现方式可以为：
以方差与均值之比最小化为目标，在第一预置范围内确定接收单元上的孔径的大小，以及在第二预置范围内确定接收单元上的孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离。
也就是说，本申请实施例中，接收单元上的孔径的大小的取值范围为第一预置范围，接收单元上的孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离的取值范围为第二预置范围。
本申请的发明人研究发现，如果不限定孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离的取值范围，以方差与均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离有可能使得孔径阵列接收机的视场内没有LED，这就会导致孔径阵列接收机无法接收到光信号，为了避免这种情况的发生，假设场景为无障碍物的房间，为了保证在室内任何位置的孔径阵列接收机的视场内至少有一个LED，必须保证孔径阵列接收机位于室内中心位置时存在i，j，使得Aij≠0，即存在i，j，使得rE+lij＜rA；其中，计算lij涉及的参数
Figure BDA0002889533260000091
θ由房间的尺寸、LED的位置和房间中心位置决定，ω与接收机的接收单元的数量有关，基于此可以确定第一预置范围和第二预置范围。具体实现时，可以通仿真实现，也可以通过实际计算得到，还可以通过多次实验统计得到，具体实现方式这里不做具体限定。
可选的，为了降低有效探测面积减小造成有用信号的衰减，雪崩光电二极管可以选用百光子级响应的雪崩光电二极管。
本申请实施例还提供一种孔径阵列接收机，该孔径阵列接收机通过如上所述的孔径阵列接收机设计方法设计得到。
与方法实施例相对应，本申请实施例还提供一种孔径阵列接收机设计装置，本申请实施例提供的孔径阵列接收机设计装置的一种结构示意图如图5所示，可以包括：
第一获取模块501，第二获取模块502和确定模块503；其中，
第一获取模块501用于获取所述孔径阵列接收机在室内K个随机位置处的信号与干扰加噪声比SINR函数，每个随机位置处的SINR函数表征该随机位置处的SINR与接收单元上的孔径，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离的关联关系；
第二获取模块502用于获取所述K个随机位置处的SINR函数的方差和均值；
确定模块503用于以所述方差与所述均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离。
本申请实施例提供的孔径阵列接收机设计装置，在设计孔径阵列接收机时，以K个随机位置处的SINR的方差和均值作为衡量小区间干扰情况和SINR波动情况的指标，以该指标最小化为目标确定的接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离，使得设计得到的孔径阵列接收机移动到室内的各个地方孔径阵列接收机的SINR都是稳定的，不会出现较大的波动，达到了对小区间干扰进行抑制的目的。
在一可选的实施例中，所述第一获取模块501具体用于：
对应每一个随机位置，获取所述孔径阵列接收机中的每一个光电二极管在该随机位置处的SINR函数；
对该随机位置处所述孔径阵列接收机中的所有光电二极管在该随机位置处的SINR函数的取最大值，得到所述孔径阵列接收机在该随机位置处的SINR函数。
在一可选的实施例中，所述确定模块503具体用于：
利用MATLAB优化工具箱中的最小化函数fmincon，以所述方差与所述均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离。
在一可选的实施例中，所述若干个接收单元采用蜂窝排列方式排布。
在一可选的实施例中，每个接收单元上孔径与光电二极管在水平方向上的偏移方向平行于该接收单元上的孔径的中心与对称中心的连线。
在一可选的实施例中，每个接收单元包括的光电二极管为雪崩光电二极管。
本申请实施例提供的孔径阵列接收机设计装置可应用于设备中，如PC终端、云平台、服务器或服务器集群等。可选的，图6示出了本申请实施例提供的设备的硬件结构框图，参照图6，该设备的硬件结构可以包括：至少一个处理器1，至少一个通信接口2，至少一个存储器3和至少一个通信总线4；
在本申请实施例中，处理器1、通信接口2、存储器3、通信总线4的数量为至少一个，且处理器1、通信接口2、存储器3通过通信总线4完成相互间的通信；
处理器1可能是一个中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等；
存储器3可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)等，例如至少一个磁盘存储器；
其中，存储器存储有程序，处理器可调用存储器存储的程序，所述程序用于：
获取所述孔径阵列接收机在室内K个随机位置处的信号与干扰加噪声比SINR函数，每个随机位置处的SINR函数表征该随机位置处的SINR与接收单元上的孔径，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离的关联关系；
获取所述K个随机位置处的SINR函数的方差和均值；
以所述方差与所述均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离。
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
本发明实施例还提供一种存储介质，该存储介质可存储有适于处理器执行的程序，所述程序用于：
获取所述孔径阵列接收机在室内K个随机位置处的信号与干扰加噪声比SINR函数，每个随机位置处的SINR函数表征该随机位置处的SINR与接收单元上的孔径，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离的关联关系；
获取所述K个随机位置处的SINR函数的方差和均值；
以所述方差与所述均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离。
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
应当理解，本申请实施例中，从权、各个实施例、特征可以互相组合结合，都能实现解决前述技术问题。
所述功能如果以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，本申请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)执行本申请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。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种孔径阵列接收机设计方法，其特征在于，所述孔径阵列接收机包括若干个接收单元，所述若干个接收单元呈中心对称排布，每个接收单元包括一个光电二极管和一个用于传输光线的孔径；所述方法包括：
获取所述孔径阵列接收机在室内K个随机位置处的信号与干扰加噪声比SINR函数，每个随机位置处的SINR函数表征该随机位置处的SINR与接收单元上的孔径，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离的关联关系；
获取所述K个随机位置处的SINR函数的方差和均值；
以所述方差与所述均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离；
所述获取所述孔径阵列接收机在室内K个随机位置处的信号与干扰加噪声比SINR函数，包括：
在第k个随机位置处，k＝1，2，3，……，K，获取孔径阵列接收机中的每一个雪崩光电二极管在该随机位置处接收到的信号的SINR；对于第j个接收单元上的雪崩光电二极管，在该第k个随机位置处的SINR函数εkj为：
Figure FDA0003579831910000011
Figure FDA0003579831910000012
Figure FDA0003579831910000013
Figure FDA0003579831910000014
其中，i表示该第k个随机位置处于第i个VLC小区，hij表示VLC的视距朗伯增益，μ表示雪崩光电二极管的响应度，γ表示LED调制指数，Γ表示雪崩增益，P0表示LED的平均输出光功率，
Figure FDA0003579831910000021
表示雪崩光电二极管的散粒噪声，
Figure FDA0003579831910000022
表示雪崩光电二极管的热噪声方差，D表示第i个LED灯与孔径阵列接收机之间的距离，
Figure FDA0003579831910000023
表示发射角，θ表示入射角，m＝ln 2/ln(cosΦ1/2)表示朗伯体阶数，Φ12表示LED半功率辐射角；Aij表示第j个接收单元上的雪崩光电二极管接收第i个LED发射光信号的有效探测面积；lij表示光斑圆心到雪崩光电二极管圆心的距离，ω表示第j个接收单元的方位角，dEA表示孔径大小，rE表示孔径与光电二极管在水平方向的偏移距离，rA表示雪崩光电二极管的半径；r表示孔径与光电二极管在垂直方向的距离；
对该第k个随机位置处孔径阵列接收机中的所有光电二极管在该第k个随机位置处的SINR函数取最大值，得到孔径阵列接收机在该随机位置处的SINR函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以所述方差与所述均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离，包括：
利用MATLAB优化工具箱中的最小化函数fmincon，以所述方差与所述均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若干个接收单元采用蜂窝排列方式排布。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个接收单元上孔径与光电二极管在水平方向上的偏移方向平行于该接收单元上的孔径的中心与对称中心的连线。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个接收单元包括的光电二极管为雪崩光电二极管。
6.一种孔径阵列接收机，其特征在于，所述孔径阵列接收机包括若干个接收单元，所述若干个接收单元呈中心对称排布，每个接收单元包括一个光电二极管和一个用于传输光线的孔径；
每个接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离通过如权利要求1-5任意一项所述的孔径阵列接收机设计方法设计得到。
7.一种孔径阵列接收机设计装置，其特征在于，所述孔径阵列接收机包括若干个接收单元，所述若干个接收单元呈中心对称排布，每个接收单元包括一个光电二极管和一个用于传输光线的孔径；所述装置包括：
第一获取模块，用于获取所述孔径阵列接收机在室内K个随机位置处的信号与干扰加噪声比SINR函数，每个随机位置处的SINR函数表征该随机位置处的SINR与接收单元上的孔径，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离的关联关系；
第二获取模块，用于获取所述K个随机位置处的SINR函数的方差和均值；
确定模块，用于以所述方差与所述均值之比最小化为目标，确定接收单元上的孔径的大小，以及孔径与光电二极管在水平方向上的偏移距离；
所述第一获取模块，具体用于：
在第k个随机位置处，k＝1，2，3，……，K，获取孔径阵列接收机中的每一个雪崩光电二极管在该随机位置处接收到的信号的SINR；对于第j个接收单元上的雪崩光电二极管，在该第k个随机位置处的SINR函数εkj为：
Figure FDA0003579831910000031
Figure FDA0003579831910000032
Figure FDA0003579831910000033
Figure FDA0003579831910000041
其中，i表示该第k个随机位置处于第i个VLC小区，hij表示VLC的视距朗伯增益，μ表示雪崩光电二极管的响应度，γ表示LED调制指数，Γ表示雪崩增益，P0表示LED的平均输出光功率，
Figure FDA0003579831910000042
表示雪崩光电二极管的散粒噪声，
Figure FDA0003579831910000043
表示雪崩光电二极管的热噪声方差，D表示第i个LED灯与孔径阵列接收机之间的距离，
Figure FDA0003579831910000044
表示发射角，θ表示入射角，m＝ln 2/ln(cosΦ1/2)表示朗伯体阶数，Φ12表示LED半功率辐射角；Aij表示第j个接收单元上的雪崩光电二极管接收第i个LED发射光信号的有效探测面积；lij表示光斑圆心到雪崩光电二极管圆心的距离，ω表示第j个接收单元的方位角，dEA表示孔径大小，rE表示孔径与光电二极管在水平方向的偏移距离，rA表示雪崩光电二极管的半径；r表示孔径与光电二极管在垂直方向的距离；
对该第k个随机位置处孔径阵列接收机中的所有光电二极管在该第k个随机位置处的SINR函数取最大值，得到孔径阵列接收机在该随机位置处的SINR函数。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，实现如权利要求1-5中任一项所述的孔径阵列接收机设计方法的各个步骤。
9.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-5中任一项所述的孔径阵列接收机设计方法的各个步骤。
CN202110023956.3A 2021-01-08 2021-01-08 孔径阵列接收机及其设计方法、装置、电子设备和介质 Active CN112804001B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110023956.3A CN112804001B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 孔径阵列接收机及其设计方法、装置、电子设备和介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110023956.3A CN112804001B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 孔径阵列接收机及其设计方法、装置、电子设备和介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112804001A CN112804001A (zh) 2021-05-14
CN112804001B true CN112804001B (zh) 2022-05-27

Family

ID=75809442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110023956.3A Active CN112804001B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 孔径阵列接收机及其设计方法、装置、电子设备和介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112804001B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101052910A (zh) * 2004-09-14 2007-10-10 Cdm光学有限公司 低高度成像系统及相关方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009049387B4 (de) * 2009-10-14 2016-05-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung, Bildverarbeitungsvorrichtung und Verfahren zur optischen Abbildung
CN103428500B (zh) * 2013-08-31 2016-08-10 西安电子科技大学 一种超分辨率大视场红外成像方法
US10419260B2 (en) * 2017-10-02 2019-09-17 Hughes Network Systems, Llc System and method for robust OFDM synchronization
CN109489559B (zh) * 2018-10-08 2020-07-03 北京理工大学 基于时频分析和光场成像技术的点光源空间定位方法
CN110086546A (zh) * 2019-04-12 2019-08-02 东莞信大融合创新研究院 一种基于apd阵列的宽视角接收系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101052910A (zh) * 2004-09-14 2007-10-10 Cdm光学有限公司 低高度成像系统及相关方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112804001A (zh) 2021-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Wide-FOV and high-gain imaging angle diversity receiver for indoor SDM-VLC systems
CZ292638B6 (cs) Optický vysílací modul a kombinovaný vysílací a přijímací modul pro bezdrátový přenos dat
US20240235680A1 (en) Visible light positioning-assisted multi-user optical communication system and method therefor
CN112911505A (zh) 一种频率自适应的轮椅室内定位方法
GB2499789A (en) An optical freespace communication system which selects emitters from an array to provide beam steering
Al-Ghamdi et al. Characterization of mobile spot diffusing optical wireless systems with diversity receiver
Eroglu et al. Multi-element transmitter design and performance evaluation for visible light communication
JP2005510892A (ja) 多方向性高帯域幅通信用無線光学システム
Sarbazi et al. Design tradeoffs of non-imaging angle diversity receivers for 6G optical wireless access networks
CN112804001B (zh) 孔径阵列接收机及其设计方法、装置、电子设备和介质
CN106130631B (zh) 一种可见光通信装置
JP2012522460A5 (zh)
US11171725B2 (en) Mobile terminal
Plets et al. Monte-Carlo simulation of the impact of LED power uncertainty on visible light positioning accuracy
CN112118530B (zh) 基于wifi信道状态信息的定位系统及方法
WO2018220388A1 (en) Optical detector
Fahmi et al. Performance analysis of indoor visible light communication system with multiple LED-sources
Park et al. Optimization of an angle-aided mirror diversity receiver for indoor MIMO-VLC systems
CN105656553B (zh) 一种可见光通信中的发光二极管调整方法和装置
Alqudah et al. Optical wireless multispot diffusing: a MIMO configuration
Park et al. Improved angle diversity non-imaging receiver with a help of mirror in indoor MIMO-VLC systems
GB2385198A (en) Infrared photodetector with sensing array and hot-spot monitoring array
Masroor et al. Analyzing the effects of LED lamp arrangements on performance of an indoor visible light communication system
Harada et al. Performance analysis of angular diversity receivers in multi-cell VLC systems
CN214473900U (zh) 基于异构波束协作无线光指纹定位装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP03 Change of name, title or address
CP03 Change of name, title or address

Address after: 450000 Science Avenue 62, Zhengzhou High-tech Zone, Henan Province

Patentee after: Information Engineering University of the Chinese People's Liberation Army Cyberspace Force

Country or region after: China

Address before: No. 62 Science Avenue, High tech Zone, Zhengzhou City, Henan Province

Patentee before: Information Engineering University of Strategic Support Force,PLA

Country or region before: China