[发明专利]无线紫外光MIMO通信中采用注水算法的功率分配方法

说明书

本发明公开了无线紫外光MIMO通信中采用注水算法的功率分配方法，具体按照以下步骤进行实施：步骤1，与信号接收端之间建立通信信道，并获取各个子信道的信道状态信息；步骤2，获取当前新到的恶劣程度，并利用线性注水算法计算信道中功率分配的注水线高度；步骤3，判断信道恶劣程度与注水线之间的差值，若注水线高度高于信道恶劣程度，则按两者之间的差值对子信道分配相应的功率，若注水线高度低于信道恶劣程度，则该信道不分配功率；步骤4：获得当前信道中总的信道容量。利用无线紫外光MIMO通信系统建立通信，并在总的发射功率不变的情况下实现信道容量和频谱利用率的提高，提高了无线紫外光通信的稳定性和通信的性能。

技术领域

本发明涉及光电信息技术领域，具体为无线紫外光M I MO通信中采用注水算法的功率分配方法。

背景技术

紫外光通信采用200nm-280nm波段“日盲”紫外光进行通信，利用该波段紫外光进行通信几乎没有周围环境中背景噪声的干扰，同时紫外光通信不受到周围环境中无线电干扰，具有全天候工作、全方位工作、保密性强等优点。但同时由于无线紫外光需要实现全方位全天候通信，在发射端需要实现发射功率分配。目前主要采用的是等功率分配，将发射端的功率平均分配到每个子信道中，该方法的缺点在于在一些通信效率较低的信道中仍然分配相等的功率，而在通信效率较高的信道中由于分配功率受限，无法实现较高的信息传输速率。

上述方法在发送功率受限的情况主要通过提高带宽和提高发射功率等方法实现通信效率的提升，降低了带宽利用率，提高了通信成本。

发明内容

为了解决上述在发送功率受限的情况下，不增加频谱带宽，进而提高无线紫外光非直视MIMO通信系统的信道容量，提高通信系统的信息传输速率和频谱利用率。本发明提供了如下的技术方案：

本发明的无线紫外光MIMO通信中采用注水算法的功率分配方法，具体按照以下步骤进行实施：

步骤1，在信号发送端利用等功率分配方法在每个发送天线上分配相等的功率，与信号接收端之间建立通信信道，并获取各个子信道的信道状态信息；

步骤2，根据各个子信道的信息状态，获取当前新到的恶劣程度，并利用线性注水算法计算信道中功率分配的注水线高度；

步骤3，判断信道恶劣程度与注水线之间的差值，若注水线高度高于信道恶劣程度，则按两者之间的差值对子信道分配相应的功率，若注水线高度低于信道恶劣程度，则该信道不分配功率；

步骤4：将各子信道分配的功率代入公式中进行计算，即可获得当前信道中总的信道容量。

优选的如下：

步骤1中采用半球形MIMO通信结构构建紫外光MIMO通信信道。

步骤2中首先利用等功率分配算法获取MIMO通信系统中的信道容量表达式为：

上式利用拉格朗日模型求解可得拉格朗日函数表达式为：

对上式求偏导可得利用注水算法在每个信道中分配的功率表达式为：

其中μ＝λln2，为线性注水算法中从池底到注水线的高度，为子信道中信噪比的倒数，的值越小，表示信道中信噪比越大，信道质量越高，因此在非直视MIMO通信系统中，利用线性注水算法分配给该子信道中的功率就相应的越大。

步骤4中计算得整个通信系统采用注水算法获得的系统信道容量表达式为：

其中σ²表示系统中背景噪声方差。

本发明的有益效果是：