[發明專利]可見光信息與能量同步傳輸網絡和速率最大化方法及裝置

在審

• 申請號: 202210230820.4
• 申請日: 2022-03-09
• 公開（公告）號: CN114598389A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 張煜;熊軻;郭楊波;皇甫昱慧;鄭海峰;吳鵬;譚顯東;霍沫霖;單葆國;王成潔;唐偉;譚清坤;吳姍姍;李江濤;張成龍;冀星沛;姚力
• 申請（專利權）人: 國網能源研究院有限公司;北京交通大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04L1/00;H04L41/14
• 代理公司: 北京八月瓜知識產權代理有限公司 11543
• 代理人: 秦瑩

本說明書實施例提供了一種可見光信息與能量同步傳輸網絡和速率最大化方法及裝置，用于有N個LED和K個用戶設備的多輸入單輸出可見光信息和能量同步傳輸網絡，其中，n和k分別用來表示第n個LED和第k個用戶設備，該方法包括：計算可見光通信VLC系統的平均功率；計算所述用戶設備的數據傳輸速率；計算所述用戶設備的收集電量；計算VLC系統的發射光功率；根據所述平均功率、所述數據傳輸速率、所述收集電量、以及所述發射光功率構建用戶設備總和數據傳輸速率最大化優化模型并求解。本發明能夠提高可見光通信網絡的頻譜效率。

技術領域

本文件涉及可見光網絡優化設計技術領域，尤其涉及一種可見光信息與能量同步傳輸網絡和速率最大化方法及裝置。

背景技術

由于物聯網(the Internet of Things，IoT)的出現，部署的無線用戶設備的數量急劇增加，導致數據流量指數增加。為了應對爆發式增長的無線通信流量要求和高速度、超可靠、低延遲的海量連接，超第五代(the beyond fifth generation，B5G)無線網絡越來越受到業界和學術界的關注。然而，這不可避免地對射頻(radio frequency，RF)頻譜產生巨大的壓力，亟需頻譜擴展滿足上述要求。為解決射頻頻譜短缺問題并提供高數據速率無線通信服務，可見光通信(visible light Communication，VLC)已被認為是一種有前途的射頻通信的補充。相比射頻通信，可見光通信的主要優點在于基于二極管(light emittingdiode，LED)的VLC包括寬光譜可用性(約400THz)，免頻譜執照，對人類健康無負面影響。此外，由于現有廣泛部署的LED照明設施，基于LED的VLC能夠同時提供無線網絡訪問服務以及照明服務，這降低了網絡成本。另一方面，由于無線物聯網設備通常能量有限，由小容量電池供電，需要手動更換電池或充電，對于海量設備來說這是不切實際的，尤其是在有毒或無法接近的環境下。

為了延長無線物聯網設備的使用壽命，避免手動更換電池的高成本，能量收集(energy harvesting，EH)技術被用于解決物聯網設備供電，其中光波信息和能量同時傳輸技術(simultaneous lightwave information and power transfer，SLIPT)被認為是作為室內低功耗物聯網系統供電最有前途的解決方案之一。使用SLIPT，可以從接收到的可見光中提取信息信號和能量，同時還可以照明。支持SLIPT的VLC具有巨大的潛力應用于各種場景，如機艙、辦公室和購物中心，同時提供低功耗物聯網通信、充電服務和照明服務。

迄今為止，很少有人研究具有獨立光電檢測器(photo detector，PD) 接收信息和太陽能電池板(solar panel，SP)接收能量的多輸入單輸出可見光信息和能量同步傳輸網絡可達到的總和速率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可見光信息與能量同步傳輸網絡和速率最大化方法及裝置，旨在解決現有技術中的上述問題。

本發明提供一種支持多輸入單輸出的可見光信息與能量同步傳輸網絡和速率最大化方法，用于有N個LED和K個用戶設備的多輸入單輸出可見光信息和能量同步傳輸網絡，其中，n和k分別用來表示第n個LED和第 k個用戶設備，所述方法包括：

計算可見光通信VLC系統的平均功率；

計算所述用戶設備的數據傳輸速率；

計算所述用戶設備的收集電量；

計算VLC系統的發射光功率；

根據所述平均功率、所述數據傳輸速率、所述收集電量、以及所述發射光功率構建用戶設備總和數據傳輸速率最大化優化模型并求解。

本發明提供一種支持多輸入單輸出的可見光信息與能量同步傳輸網絡和速率最大化裝置，用于有N個LED和K個用戶設備的多輸入單輸出可見光信息和能量同步傳輸網絡，其中，n和k分別用來表示第n個LED和第 k個用戶設備，所述裝置包括：