[發明專利]一種可見光通信非正交多址系統預編碼矩陣優化方法

有效

• 申請號: 201710240072.7
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN107070517B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 沈弘;吳艷飛;趙春明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0426
• 分類號: H04B7/0426;H04B7/0456;H04B10/116
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

1.一種可見光通信非正交多址系統預編碼矩陣優化方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)針對多用戶MISO可見光通信系統的下行鏈路，求解出其和速率如下式：

其中，R_nk(W)為第n個用戶檢測第k個傳輸信息的速率，W為M×N預編碼矩陣且為待優化變量，w_n為W的第n個列向量；M為LED燈組數；N為用戶數；h_n為發射端LED到第n個用戶的信道響應向量；a^T表示向量a的轉置；為噪聲方差；

(2)使得系統通信的和速率最大，建立優化模型如下式：

(3)可見光通信的發射信號滿足正實數約束且系統需滿足服務質量約束，變量W需滿足下列約束條件：

|w₁|+|w₂|+…+|w_N|≤I_DC1_M

R_nk(W)≥R_th，1≤k≤n≤N

I_DC為發射端LED的直流偏置；1_M為全一的M維列向量；R_th為各用戶保證系統正常工作的最小速率；

(4)求解出優化模型的最優解；求解優化模型的最優解，具體包括如下步驟：

(41)令t＝1，并選取任一滿足約束條件的可行解，作為初始值W⁽⁰⁾、U⁽⁰⁾；

(42)求解下列凸優化問題，記該優化問題的解為U^(t)、r^(t)、W^(t)；

|w₁|+|w₂|+…+|w_N|≤I_DC1_M

其中，表示U^(t)的第n行第k列元素，表示W^(t)的第k個列向量，U、r為輔助變量，u_nk表示矩陣U的第n行第k列的元素，r_k表示向量r的第k個元素；

(43)若|R_sum(W^(t))-R_sum(W^(t-1))|≤ε成立，則輸出U^(t)、r^(t)、W^(t)，最優預編碼矩陣為W^*＝W^(t)，其中ε為收斂精度；否則，更新t＝t+1，并重復步驟(42)～(43)。

2.如權利要求1所述的可見光通信非正交多址系統預編碼矩陣優化方法，其特征在于，步驟(1)中，求解和速率具體為：天花板固定有M個LED作為發射端，下方隨機分布N個用戶，LED服從近朗伯輻射模型，VLC系統的視距信號能量遠遠大于反射信號，考慮信道模型時，只考慮視距信息即可；第j個LED燈到第n個用戶的直流信道增益即所述信道響應h_jn由下式確定：

其中，π為圓周率，m為朗伯階數，θ_1/2為LED半角，d_jn為第j個LED燈與第n個用戶的直達距離，φ_jn為入射角，為輻照角，A為光電二極管PD的接收面積，R_P為PD的響應度，T(φ_jn)為光濾波器的增益，g(φ_jn)為聚光透鏡的增益，β為聚光透鏡的折射率，Ψ_FOV為PD的視場；

非正交多址技術的原理是發射端LED將各用戶的信號s_n疊加發射，發射信號記為x＝w₁s₁+w₂s₂+…w_Ns_N，其中列向量w_n為第n個用戶的預編碼向量，也是W的第n個列向量，x需滿足正實數約束

|w₁|+|w₂|+…+|w_N|≤I_DC1_M

其中，I_DC為發射端LED的直流偏置；1_M為全一的M維列向量；用戶在利用干擾抵消(SIC)技術對各自的信號進行檢測，本例中第n個用戶的接收信號為其中z_n為噪聲，方差為

其中，q為一個電子所帶的電荷量，取常數q＝1.6×10^-19庫侖；B為系統帶寬；χ_amb為背景光電流；i_amp為前置放大器的噪聲電流密度；在該模型下，第n個用戶檢測第k個信息s_k的速率為

和速率為