[发明专利]一种可见光通信非正交多址系统预编码矩阵优化方法

权利要求书

1.一种可见光通信非正交多址系统预编码矩阵优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)针对多用户MISO可见光通信系统的下行链路，求解出其和速率如下式：

其中，R_nk(W)为第n个用户检测第k个传输信息的速率，W为M×N预编码矩阵且为待优化变量，w_n为W的第n个列向量；M为LED灯组数；N为用户数；h_n为发射端LED到第n个用户的信道响应向量；a^T表示向量a的转置；为噪声方差；

(2)使得系统通信的和速率最大，建立优化模型如下式：

(3)可见光通信的发射信号满足正实数约束且系统需满足服务质量约束，变量W需满足下列约束条件：

|w₁|+|w₂|+…+|w_N|≤I_DC1_M

R_nk(W)≥R_th，1≤k≤n≤N

I_DC为发射端LED的直流偏置；1_M为全一的M维列向量；R_th为各用户保证系统正常工作的最小速率；

(4)求解出优化模型的最优解；求解优化模型的最优解，具体包括如下步骤：

(41)令t＝1，并选取任一满足约束条件的可行解，作为初始值W⁽⁰⁾、U⁽⁰⁾；

(42)求解下列凸优化问题，记该优化问题的解为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个列向量，U、r为辅助变量，u_nk表示矩阵U的第n行第k列的元素，r_k表示向量r的第k个元素；

(43)若|R_sum(W^(t))-R_sum(W^(t-1))|≤ε成立，则输出U^(t)、r^(t)、W^(t)，最优预编码矩阵为W^*＝W^(t)，其中ε为收敛精度；否则，更新t＝t+1，并重复步骤(42)～(43)。

2.如权利要求1所述的可见光通信非正交多址系统预编码矩阵优化方法，其特征在于，步骤(1)中，求解和速率具体为：天花板固定有M个LED作为发射端，下方随机分布N个用户，LED服从近朗伯辐射模型，VLC系统的视距信号能量远远大于反射信号，考虑信道模型时，只考虑视距信息即可；第j个LED灯到第n个用户的直流信道增益即所述信道响应h_jn由下式确定：

其中，π为圆周率，m为朗伯阶数，θ_1/2为LED半角，d_jn为第j个LED灯与第n个用户的直达距离，φ_jn为入射角，为辐照角，A为光电二极管PD的接收面积，R_P为PD的响应度，T(φ_jn)为光滤波器的增益，g(φ_jn)为聚光透镜的增益，β为聚光透镜的折射率，Ψ_FOV为PD的视场；

非正交多址技术的原理是发射端LED将各用户的信号s_n叠加发射，发射信号记为x＝w₁s₁+w₂s₂+…w_Ns_N，其中列向量w_n为第n个用户的预编码向量，也是W的第n个列向量，x需满足正实数约束

|w₁|+|w₂|+…+|w_N|≤I_DC1_M

其中，I_DC为发射端LED的直流偏置；1_M为全一的M维列向量；用户在利用干扰抵消(SIC)技术对各自的信号进行检测，本例中第n个用户的接收信号为其中z_n为噪声，方差为

其中，q为一个电子所带的电荷量，取常数q＝1.6×10^-19库仑；B为系统带宽；χ_amb为背景光电流；i_amp为前置放大器的噪声电流密度；在该模型下，第n个用户检测第k个信息s_k的速率为

和速率为