[发明专利]VLC MU-MISO系统下行波束成型方法、装置及VLC MU-MISO系统

说明书

本发明公开了一种VLC MU‑MISO系统下行波束成型方法，属于可见光通信技术领域。本发明首先通过一种双层迭代方法对波束成型矩阵优化模型进行优化求解，得到最优的波束成型矩阵；然后按照所述波束成型矩阵进行下行波束成型。本发明进一步提出了一种以可达速率最大化为优化目标的波束成型矩阵优化模型。本发明还公开了一种VLC MU‑MISO系统下行波束成型装置以及一种VLC MU‑MISO系统。相比现有技术，本发明对系统硬件要求较低；本发明还可进一步提高系统可达速率。

技术领域

本发明涉及可见光通信(Visible Light Communication，VLC)技术领域，尤其涉及一种VLC MU-MISO(Multiple Users-Multiple Input-Single Output，多用户的多输入单输出)系统下行波束成型方法、装置。

背景技术

可见光通信(VLC)是一种不需要使用有线信道为传输媒介的新型通信方式，其结合了光纤通信与微波通信的优点，既具有高速传输和大可达速率的优点，又不需要铺设光纤，因此各国在可见光通信领域投入大量人力和物力，并取得了阶段性的成果。

多输入多输出(MIMO)技术是现代无线射频通信系统中的一项核心传输技术。MIMO技术在发射机和接收机上配置多根天线，利用散射与干扰造成的信道间不相关，在相同的发射功率下，取得远高于单入单出(SISO)系统的可达速率。虽然MIMO技术已经得到了广泛的研究，但是由于用户终端的物理尺寸限制使得MIMO的应用范围受到了较大限制。因此，多输入单输出(MISO)技术更适用于移动通信。在单用户MISO技术的基础上，多用户MISO(MU-MISO)技术由于能够在相同的时间和频率上实现多数据流和多用户的空间复用并提供丰富的空间分集增益和多用户分集增益，有望成为未来无线通信系统的核心技术。

目前，MU-MISO技术已经被引入可见光通信系统，以提高系统的带宽利用率与可靠性。在MU-MISO系统中，下行波束成型矩阵的设计是一个重要课题，在发射端对发射信号进行波束成型处理可以有效提高系统的可达速率。现有下行波束成型矩阵通常是通过对波束成型矩阵优化模型进行优化求解得到，一方面，波束成型矩阵优化模型设计的合理与否直接决定了可达速率、功耗、Qos等下行信号传输参数；另一方面，随着波束成型矩阵优化模型设计地越来越复杂，涉及参数越来越多，也对优化求解算法提出了更高要求，优化求解算法设计的不足会对下行信号传输的实时性和准确性产生严重影响，并会对系统硬件提出更高的要求。因此，波束成型矩阵优化模型与优化求解算法这两者均是VLC MU-MISO系统中的核心要素，直接决定了系统性能。

发明内容

本发明所要解决的问题在于克服现有技术不足，提供一种VLC MU-MISO系统下行波束成型方法，采用一种双层迭代的优化算法进行波束成型矩阵优化模型的优化求解，对系统硬件要求较低。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种VLC MU-MISO系统下行波束成型方法，首先通过对波束成型矩阵优化模型进行优化求解，得到最优的波束成型矩阵，所述波束成型矩阵优化模型为最大化目标函数的优化模型；然后按照所述波束成型矩阵进行下行波束成型；采用双层迭代方法对波束成型矩阵优化模型进行优化求解，具体包括以下步骤：

步骤1、设置波束成形矩阵初始值W₁、最大外层迭代次数i_max、收敛精度ε、松弛因子σ、外层迭代步长s、内层迭代步长β，并初始化外层迭代次数i＝1；

步骤2、分别计算波束成型矩阵优化模型中的目标函数C(W)在下行波束成型矩阵W＝W_i处的梯度矩阵G_i的各列，i为当前外层迭代次数；

步骤3、计算W_i′＝W_i+sG_i；