[发明专利]一种可见光通信多输入多输出系统信道容量可达方法

说明书

本发明提供了一种可见光通信多输入多输出系统信道容量可达方法，包括如下步骤：步骤1，设定MIMO VLC系统的参数；步骤2，计算得到最优的输入分布；步骤3，求解离散分布输入的上界和下界；步骤4，求解使可达速率最大化的最佳功率分配。仿真结果表明，随着信噪比的增加，需要更多的离散点来获得精确的信道容量。在低信噪比区域，精确的信道容量的上界和下界与紧密相关。此外，在高信噪比区域，信道容量的下界也很紧密。基于最优输入的功率分配方案比等概率输入具有更好的性能。

技术领域

本发明涉及一种可见光通信多输入多输出系统信道容量可达方法。

背景技术

随着物联网设备和应用的指数增长，传统的基于射频(RF)的室内物联网网络正面临频谱稀缺的问题，但其无法满足大规模接入和日益增长的对高无线数据速率的需求，而拥有广泛的免许可证带宽的可见光通信(VLC)是射频通信的一种很有潜力的互补选择。此外，VLC利用广泛部署的LED，具有数据速率高、无电磁干扰、成本低、能源效率高、固有安全性高等优点，引起了工业界和学术界的广泛关注。

VLC多输入多输出(MIMO)系统利用发射机上的多个发光二极管(LED)和接收机上的多个光电二极管(PDs)，可以利用空间分集提高数据速率。到目前为止，MIMO VLC的信道容量是一个开放的问题，由于有限的振幅限制，已证明信道容量可达分布是有限数量的质量点。

发明内容

发明目的：为解决背景技术中存在的技术问题，包括如下步骤：

步骤1，设定MIMO VLC系统的参数；

步骤2，计算得到最优的输入分布；

步骤3，求解离散分布输入的上界和下界；

步骤4，求解使可达速率最大化的最佳功率分配。

步骤1包括：

步骤1-1，MIMO VLC系统发射端有N_T个发光二极管LED，接收端有N_R个单光子探测器PD，其中N_T1且N_R1；

步骤1-2，设表示MIMO VLC系统的发送信号向量，发送信号x的元素是实数且非负；

其中，表示第N_T个LED发送的信号；表示N_T维的实向量；

步骤1-3，为了保护人类的眼睛以及出于实际电路考虑，x的峰值和平均光功率以及电功率都是受限的，因此

其中，A是单个LED的峰值光功率；x_j表示第j个LED发送的信号；μ是平均光功率；ε表示电功率约束；表示整数1到N_T的集合；是对x的1范数求均值；是对x的2范数的平方求均值。

在MIMO VLC系统信道中，接收信号表示为：

y＝Hx+z (1)

其中，表示MIMO VLC系统信道矩阵；是独立高斯噪声，其均值为0，方差为σ²；是第N_R个PD接收到的信号，表示N_R维的实向量；

步骤1-4，应用奇异值分解SVD将MIMO VLC系统信道分解为并行子信道；

步骤1-5，对发送信号向量x的元素进行表示。

步骤1-4包括：信道矩阵H被分解成H＝UΛV^T，其中和为酉矩阵，Λ＝diag{λ₁,...,λ_N}是奇异矩阵，

λ_N是第N个并行子信道的等效信道增益，第i个并行子信道表示为：