[發(fā)明專利]基于概率整形提升非正交多址可見光通信傳輸容量的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011164050.5
• 申請(qǐng)日: 2020-10-27
• 公開（公告）號(hào): CN112398535B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王子雄;徐睿辰;徐義桐;韓士瑩;于晉龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/116
• 分類號(hào): H04B10/116;H04B10/50;H04B10/516;H04B10/54;H04B10/60
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發(fā)明公開了一種基于概率整形提升非正交多址可見光通信傳輸容量的方法，涉及上行鏈路與下行鏈路最優(yōu)的概率分布和對(duì)應(yīng)硬判決的判決門限。發(fā)送端先通過映射將二進(jìn)制數(shù)據(jù)映射為麥克斯韋?玻爾茲曼分布的符號(hào)，隨后在發(fā)送端將符號(hào)進(jìn)行調(diào)制并通過發(fā)送調(diào)制信號(hào)；在接收端對(duì)誤符號(hào)率進(jìn)行最近鄰近似然后求出接收到的星座圖符號(hào)的最優(yōu)判決門限，根據(jù)最優(yōu)判決門限進(jìn)行硬判決解出發(fā)射信號(hào)中對(duì)應(yīng)的符號(hào)。由于不同信噪比下對(duì)應(yīng)的麥克斯韋?玻爾茲曼分布的系數(shù)不同，使用梯度下降等優(yōu)化方法尋找調(diào)制信號(hào)的互信息函數(shù)的全局最優(yōu)來實(shí)現(xiàn)對(duì)不同信噪比情況自適應(yīng)。本發(fā)明在非正交多址接入技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整發(fā)送信號(hào)概率分布實(shí)現(xiàn)傳輸速率和用戶公平性的提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于概率整形的提升非正交多址(Non-orthogonal multipleaccess，NOMA)可見光通信傳輸容量的方法。

背景技術(shù)

目前，由于通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)大容量連接的需求，提高傳輸數(shù)據(jù)速率是通信網(wǎng)絡(luò)最重要的。目前有兩種廣泛使用的提高傳輸速率的策略。第一種方法是增加帶寬。可見光通信是一種流行的技術(shù)?？梢姽馔ㄐ趴梢岳脦装偬掌澋牟恍枰S可的帶寬。此外，可見光通信可以在不影響主照明的情況下實(shí)現(xiàn)節(jié)能、高速、低成本和安全通信。

提高傳輸數(shù)據(jù)速率的第二種方法是提高頻譜效率。近年來，NOMA被認(rèn)為是提高系統(tǒng)吞吐量的一種很有前途的5G候選技術(shù)。NOMA最近也被研究作為一種提高可見光通信上行鏈路和下行鏈路系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率性能的解決方案。在上行通信系統(tǒng)中，連續(xù)干擾消除接收機(jī)被應(yīng)用于NOMA中，以實(shí)現(xiàn)多用戶檢測(cè)。在下行鏈路通信系統(tǒng)中，NOMA在每個(gè)發(fā)射機(jī)上應(yīng)用疊加編碼，在每個(gè)接收機(jī)上應(yīng)用連續(xù)干擾消除，以區(qū)分不同的用戶。多用戶的信息在功率域疊加后傳輸，從而可以提高頻譜利用率。

目前在可見光通信中引入NOMA技術(shù)可以提高傳輸速率，改善系統(tǒng)誤碼率性能。此外多種基于NOMA可見光通信技術(shù)的系統(tǒng)性能改進(jìn)研究也大量出現(xiàn)，NOMA技術(shù)的發(fā)展前景良好。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了一種基于概率整形的提升非正交多址可見光通信傳輸容量的方法，本發(fā)明在非正交多址接入技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整發(fā)送信號(hào)概率分布實(shí)現(xiàn)傳輸速率和用戶公平性的提升。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的1.一種基于概率整形提升非正交多址可見光通信傳輸容量的方法，包括發(fā)送端和接收端，根據(jù)發(fā)送端和接收端的個(gè)數(shù)不同有：

1)當(dāng)發(fā)送端為多個(gè)，每個(gè)發(fā)送端對(duì)應(yīng)一個(gè)用戶，同時(shí)接收端為一個(gè)時(shí)：

每個(gè)發(fā)送端要發(fā)送的隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)據(jù)在各自的發(fā)送端進(jìn)行映射，映射為具有麥克斯韋-玻爾茲曼概率分布的符號(hào)，隨后對(duì)映射后的符號(hào)通過厄米特對(duì)稱操作和傅里葉逆變換處理后變?yōu)閷?shí)信號(hào)，發(fā)送端將該實(shí)信號(hào)發(fā)出；接收端的光電探測(cè)器將接收到多個(gè)發(fā)送端的混合信號(hào)，接收端先對(duì)該混合信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，將實(shí)信號(hào)變?yōu)閺?fù)信號(hào)，然后根據(jù)最優(yōu)的判決門限按照功率從大到小依次解調(diào)信號(hào)，其中：解調(diào)信號(hào)判決門限根據(jù)不同信噪比下的信號(hào)，通過最大化互信息來獲得在不同信噪比下的最優(yōu)麥克斯韋玻爾茲曼函數(shù)的系數(shù)，根據(jù)該系數(shù)實(shí)現(xiàn)判決門限概率分布的自適應(yīng)，從而提升非正交多址可見光通信傳輸容量；

2)當(dāng)發(fā)送端為一個(gè)，且該發(fā)送端包含多個(gè)用戶，同時(shí)接收端為多個(gè)時(shí)：

發(fā)送端將要發(fā)送的多個(gè)用戶的隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)據(jù)在功率域進(jìn)行疊加，隨后進(jìn)行映射，映射為具有麥克斯韋-玻爾茲曼概率分布的符號(hào)，隨后對(duì)映射后的符號(hào)通過厄米特對(duì)稱操作和傅里葉逆變換處理后變?yōu)閷?shí)信號(hào)，發(fā)送端將該實(shí)信號(hào)發(fā)出；接收端的光電探測(cè)器將接收到發(fā)送端的實(shí)信號(hào)，接收后先對(duì)該實(shí)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換恢復(fù)出疊加的信號(hào)；然后根據(jù)最優(yōu)的判決門限按照功率從大到小依次解調(diào)信號(hào)，其中：解調(diào)信號(hào)判決門限根據(jù)不同信噪比下的信號(hào)，在接收端通過最大化疊加信號(hào)的互信息來獲得在不同信噪比下的近似最優(yōu)麥克斯韋玻爾茲曼函數(shù)的系數(shù)，根據(jù)該系數(shù)實(shí)現(xiàn)概率分布的自適應(yīng)，從而提升非正交多址可見光通信傳輸容量。