[發明專利]一種單輸入單輸出可見光通信系統的星座設計方法

在審

• 申請號: 202110708788.1
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113452443A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 蔣良成;何玉芝;陳明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04B10/516;H04B10/54
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 秦秋星

1.一種單輸入單輸出可見光通信系統的星座設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟A：建立單輸入單輸出可見光通信系統SISO-VLC模型；

步驟B：根據步驟A中SISO-VLC系統模型建立系統互信息量最大化模型；

步驟C：利用拉格朗日乘子法，求解步驟B中給出的互信息量最大化模型，并給出最優解滿足的充要條件。

2.根據權利要求1所述的一種單輸入單輸出可見光通信系統的星座設計方法，其特征在于，步驟A中單輸入單輸出可見光通信系統SISO-VLC模型表述為：

Y＝X+Z

其中，Z是獨立于輸入信號X的噪聲，服從均值為零、方差為σ²的高斯分布，即X是輸入光強信號，為有限離散調制，概率密度函數為：

其中δ(·)表示狄拉克函數，N表示調制星座點數量，滿足等概取值，x_i表示星座點的位置坐標，i＝1,…,N，滿足非負性約束和峰值有限約束，即：

0≤x₁＜x₂＜…＜x_N≤A

其中，A表示峰值光功率，ξ表示調光系數，滿足ξ∈[0,1]；接收信號Y的概率密度函數為：

其中exp(·)表示指數函數。

3.根據權利要求2所述的一種單輸入單輸出可見光通信系統的星座設計方法，其特征在于，步驟B中系統互信息量最大化模型表述為：

約束條件:

0≤x₁＜x₂＜…＜x_N≤A

其中H(Y)是SISO-VLC系統接收信號Y熵函數，為星座位置x₁,x₂,…,x_N的泛函，其表達式為：

其中log(·)表示對數函數。

4.根據權利要求3所述的一種單輸入單輸出可見光通信系統的星座設計方法，其特征在于，步驟C的求解過程如下：

步驟C-1：步驟B中互信息量最大化模型的拉格朗日函數為：

其中a_i是非負整數，i＝1,…,N+1，v是任意常數，x＝(x₁,x₂,…,x_N)表示星座點位置向量；步驟B中互信息量最大化模型的最優解x_i,i＝1,…,N以及相應的a_i,i＝1,…,N+1，v需要滿足下列等式：

計算得到最優解滿足的充要條件為：

其中

步驟C-2：若光信噪比A/σ和調光系數ξ給定時，最優星座點位置向量為x＝(x₁,x₂,…,x_N)^T，那么調光系數變為1-ξ時，系統信道容量不變且最優星座點位置向量x′變為：

x′＝(x′₁,x′₂,…,x′_N)^T＝(A-x_N,A-x_N-1,…,A-x₁)^T，

步驟C-3：對于固定的星座點個數N和調光系數ξ，隨著光信噪比A/σ增大，步驟B中互信息量最大化模型的熵函數H(Y)是關于d₁,d₂,…d_N-1的增函數，其中d_i＝x_i+1-x_i表示相鄰星座點的距離；極限情況下，最優星座設計為等間隔分布，偏移量為D_shift＝|1-2ξ|A，最優星座點位置為：