[發(fā)明專利]一種VLC網(wǎng)絡(luò)中MAC容量區(qū)域的新內(nèi)外邊界計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010243564.3
• 申請(qǐng)日: 2020-03-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111431598A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬帥;張?zhí)N琪;李世銀;杜淳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/116
• 分類號(hào): H04B10/116;H04B10/50;H04B10/079
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 于瀚文;胡建華

本發(fā)明提供了一種VLC網(wǎng)絡(luò)中MAC容量區(qū)域的新內(nèi)外邊界計(jì)算方法，本發(fā)明通過(guò)采用單用戶能力來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)用戶的輸入分配來(lái)建立建議的內(nèi)部界限，通過(guò)確定每個(gè)用戶的單用戶容量，并通過(guò)放寬輸入約束條件來(lái)計(jì)算總?cè)萘可舷蓿梢缘贸鼋ㄗh的外部界限。數(shù)值結(jié)果表明，所提出的新邊界非常嚴(yán)格，并且在很大的信噪比范圍內(nèi)勝過(guò)現(xiàn)有界限。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可見(jiàn)光通信領(lǐng)域，尤其涉及一種VLC網(wǎng)絡(luò)中MAC容量區(qū)域的新內(nèi)外邊界計(jì)算方法。

背景技術(shù)

可見(jiàn)光通信(VLC，Visible Light Communication)擁有廣泛的免許可證帶寬，因此受到了日益增長(zhǎng)的關(guān)注，作為對(duì)遭受頻譜危機(jī)的常規(guī)射頻頻率通信的補(bǔ)充技術(shù)。通過(guò)利用現(xiàn)有的發(fā)光二極管(LED)作為發(fā)射器，VLC系統(tǒng)不僅可以同時(shí)提供照明和通信，而且還具有其他幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，例如超低電磁輻射，強(qiáng)大的傳輸安全性和高能源效率。作為無(wú)線寬帶技術(shù)，VLC網(wǎng)絡(luò)同時(shí)支持多個(gè)用戶至關(guān)重要。

可以通過(guò)信息論中的多址訪問(wèn)信道(MAC，Multiple Access Channel)模型在數(shù)學(xué)上描述這種情況，其中多個(gè)發(fā)送器同時(shí)將單個(gè)信息發(fā)送到一個(gè)公共接收器。MAC的容量區(qū)域可以表征可達(dá)到速率的基本限制，因此它可作為其他實(shí)際VLC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)在于VLC MAC的確切容量區(qū)域和最佳輸入分布仍然是未知的，沒(méi)有閉式表達(dá)式，復(fù)雜度相對(duì)來(lái)說(shuō)較高。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種VLC(可見(jiàn)光通信，visible light communication)網(wǎng)絡(luò)中MAC(多個(gè)訪問(wèn)通道，multiple access channels)容量區(qū)域的新內(nèi)外邊界計(jì)算方法，包括如下步驟：

步驟1：建立一個(gè)VLC系統(tǒng)，所述VLC系統(tǒng)包括兩個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)，兩個(gè)發(fā)射機(jī)分別記為第一發(fā)射機(jī)和第二發(fā)射機(jī)，每個(gè)發(fā)射機(jī)安裝一個(gè)發(fā)光二極管(LED，light-emitting diode)，接收機(jī)安裝一個(gè)單光子探測(cè)器(PD，photon detector)；

步驟2，限制VLC系統(tǒng)的峰值光功率和平均光功率；

步驟3，求解VLC系統(tǒng)的信道容量和內(nèi)外邊界。

步驟1中，設(shè)X₁和X₂分別表示第一發(fā)射機(jī)和第二發(fā)射機(jī)的發(fā)射信號(hào)。由于信息被嵌入到光信號(hào)的強(qiáng)度中，X₁和X₂應(yīng)該是實(shí)的、非負(fù)的。

步驟2中，根據(jù)眼睛安全標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際照明要求，限制峰值光功率和平均光功率：0≤X₁≤A₁，E{X₁}≤μ₁，0≤X₂≤A₂，E{X₂}≤μ₂，其中A₁和A₂分別表示第一發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)的最大值和第二發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)的最大值；E{X₁}和E{X₂}分別為第一、二發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)的數(shù)學(xué)期望；而μ₁和μ₂分別是第一、二發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)期望值的最大值。在MAC信道中，接收信號(hào)Y表示為：

Y＝X₁+X₂+Z (1)

其中Z是獨(dú)立高斯噪聲，其均值為0，方差為σ²。

步驟3包括：

步驟3-1，VLC系統(tǒng)中MAC的容量域?yàn)橥拱渲蠷(X₁,X₂)表示，對(duì)于一個(gè)滿足所給輸入約束的固定乘積分布這組速率對(duì)(R₁,R₂)滿足以下條件：