[发明专利]一种多用户MIMO可见光通信系统的预编码与解码方法

权利要求书

1.一种多用户MIMO可见光通信系统的预编码与解码方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A：建立多用户MIMO可见光通信系统下的最小用户信干噪比最大化模型，该最小用户信干噪比最大化模型A1表述为：

受限于：C1:abs{W}b_m-Wc_m≤I_dc-I_L

C2:abs{W}b_m+Wc_m≤I_H-I_dc

C3:Wa_m+I_dc＝I_T

其中，是发射端预编码矩阵，第u列w_u是用户u的预编码向量，是接收机解码矩阵，第u行r_u是用户u的解码向量，是发射端直流偏置向量，I_dc,i是第i个LED阵列上的直流偏置；N_u是用户数量，N_t是发射端使用的LED阵列数量，N_r是接收机配备的光电检测器数量；是发射端到用户u的实际信道增益矩阵，是发射端通过信道估计获得的用户u的信道估计信息矩阵，Δ_u是用户u的信道估计误差矩阵，满足||Δ_u||_F≤ε_u，||·||_F表示F-范数运算，ε_u是用户u的信道估计误差矩阵F-范数的上界，由进行信道估计的初始位置和最大移动距离L决定，用户u进行通信时的实际信道增益位于不确定区域是原始数据向量，d_u是发送给用户u的数据符号，满足min_u≤d_u≤max_u和E[d_u]＝a_u，min_u和max_u分别表示用户u使用的调制方式的最小可能值和最大可能值，a_u是用户u使用的调制方式的均值；和是与调制方式有关的中间向量，其中是由用户u使用的调制方式决定的值；Γ_d＝E[dd^T]，L_d是对角元素为正的下三角矩阵，由正定阵Γ_d通过Cholesky分解得到，Cholesky分解是把一个对称正定的矩阵表示成一个下三角矩阵和其转置的乘积的分解；是对应于用户u的常数列向量，0_1×(u-1)和都是元素全为0的行向量，是单位矩阵，和对应于用户u的两个常数矩阵；是用户u的加性高斯白噪声的方差，是LED阵列线性工作范围下界组成的向量，是LED阵列线性工作范围上界组成的向量，是平均驱动电流向量，其中I_L,i和I_H,i是第i个LED阵列线性工作区域的下界和上界，I_T,i＝I_L,i+(I_H,i-I_L,i)η_t是第i个LED阵列的平均驱动电流值，η_t是预期的调光目标，η_t∈[0,1]；E[·]表示求均值操作，(·)^T表示转置，abs{·}表示对向量或矩阵中的每一个元素作绝对值操作，约束条件中的≤表示向量中相同位置处的元素之间的比较；

步骤B：求解所述最小用户信干噪比最大化模型A1，获得发射端预编码矩阵W和接收机解码矩阵R，

具体包括：

步骤B-1：简化模型A1的目标函数和约束条件，引入非负辅助变量γ，将模型A1中的第三个等式约束条件C3代入模型A1中前两个不等式约束条件C1和C2中，从而将模型A1转化为预编码与解码矩阵的联合优化模型B1：

受限于：abs{W}b_m+Wa′_m≤I′_L

abs{W}b_m-Wa′_m≤I′_H

SINR_u≥γ,

其中是用户u的接收信干噪比，I′_L＝I_T-I_L，I′_H＝I_H-I_T，a′_m＝a_m-c_m，直流偏置分量I_dc最后通过I_dc＝I_T-Wa_m获得；

步骤B-2：将预编码与解码矩阵的联合优化模型B1拆分，分别得到预编码矩阵的优化模型和解码矩阵的优化模型；所述预编码矩阵的优化模型B2表述为：

受限于：C1:abs{W}b_m+Wa′_m≤I′_L

C2:abs{W}b_m-Wa′_m≤I′_H

C3:SINR_u≥γ,

所述解码矩阵的优化模型B3表述为：

受限于：SINR_u≥γ,

步骤B-3：求解预编码与解码矩阵的联合优化模型B1，在第j次迭代中，求解输出预编码矩阵W和解码矩阵R；

步骤B-4：将步骤B-3中获得的预编码矩阵W代入I_dc＝I_T-Wa_m，输出直流偏置分量I_dc；

在发射端信号与预编码矩阵相乘实现预编码，在接收端接收信号与解码矩阵相乘实现解码。