[发明专利]一种基于凸优化框架的调光控制可见光通信系统及方法

权利要求书

1.一种基于凸优化框架的调光控制可见光通信系统，包括发射机，其特征在于：所述发射机上设置有基于凸优化的调光控制框架，所述调光控制框架包括光-正交频分复用O-OFDM子系统、音调预留TR子系统和信号失真约束模块；其中：

所述O-OFDM子系统用于产生正交频分复用OFDM符号；所述TR子系统用于将相应的优化后的子载波信号插入所述OFDM符号中预留的子载波的相应位置；所述信号失真约束模块用于对其他携带信息的OFDM符号进行信号失真约束，得到电O-OFDM信号；最后由发射机将电O-OFDM信号转换为光信号在对应VLC通道中传输；

所述调光控制可见光通信系统还包括接收机，所述接收机上设置有幅度盲估计BAE模块；其中：

所述接收机经过光-电转化后得到一系列子载波并将子载波传输至所述BAE模块中，由BAE模块盲估计出有用信号的真正放大倍数，从而最后解调出相应的信号；

所述凸优化处理的表达式具体为：

定义抽取矩阵和其分别抽取信号X中的真实信号部分和TR信号部分；定义p为有用信号的放大倍数，则凸优化处理的表达式为：

s.t.X＝W_Ds

maxs≤I_h

mins≥I_l

式中，参数s表示有效信号，X表示发射信号相应的频域FD信号，R₊表示正实数，I_l和I_h表示发射机中通过的光电流范围，I_av表示光电流均值；变量ξ₁量化信号失真的程度，变量ξ₂量化TR子载波信号的能量；N_i表示一个OFDM符号所承载TR子载波的总数；N_s表示一个OFDM符号所发送有用信息的子载波总数；N表示OFDM中所有子载波的数量；W_D表示在信号的时频变换中对应的傅里叶变换矩阵。

2.一种基于凸优化框架的调光控制可见光通信方法，应用于权利要求1所述的调光控制可见光通信系统，其特征在于：包括发射机的载波调制过程，包括：

在发射机执行载波调制过程，具体为：

光-正交频分复用O-OFDM子系统产生正交频分复用OFDM符号；

音调预留TR子系统将TR子载波插入OFDM符号中；

信号失真约束模块对其他携带信息的OFDM子载波进行信号失真约束，得到电O-OFDM信号；

最后在发射机上将电O-OFDM信号转换为光信号发射到对应VLC通道中传输；

所述发射机的载波调制过程具体为：

在O-OFDM子系统定义每一个OFDM符号中需要传递的频域FD信号子载波索引为一个集合I_s＝{P_s,s＝1,2,...,N_s}，且P_s≤N_s/2-1，N_s表示一个OFDM符号所发送有用信息的子载波总数；其中，需要发射的原始信号的数值频域FD信号X_s表示为：

用I_l和I_h表示发射机中通过的光电流范围，其中，调光水平η表示为：

其中，调光水平η由实际情况进行设置，因此得到对应的光电流均值I_av；至此，得到了OFDM符号中所需要的参数I_s、X_s、I_av、I_l和I_h；

在音调预留TR子系统中，定义TR子载波的索引为集合I_i＝{P_i,i＝1,2,...,N_i}，P_i≤N_i/2-1，N_i表示一个OFDM符号所承载TR子载波的总数；由此，将TR子载波插入OFDM符号中，有：

I_s∪I_i＝{1,2,...,N/2-1}

其中，N_i+N_s＝(N/2)-1，N表示OFDM中所有子载波的数量；此外，采用X_i表示频域FD中使用的TR子载波变量；在信号失真约束模块，用变量ξ₁量化信号失真的程度，用变量ξ₂量化TR子载波信号的能量，因此在信号的时频变换中，对应的傅里叶变换矩阵为：

其中，W_N＝e^-j2π/N，因此发射信号相应的频域FD信号X为：

X＝W_Ds

其中，参数S表示有效信号，N是逆快速傅里叶变换总数，R₊表示正实数，其由参数I_s、X_s、I_av、I_l和I_h所决定；再对得到的信号X进行凸优化处理，得到电O-OFDM信号，最后由发射机进行传输；

所述凸优化处理的表达式具体为：

定义抽取矩阵和其分别抽取信号X中的真实信号部分和TR信号部分；定义p为有用信号的放大倍数，则凸优化处理的表达式为：

s.t.X＝W_Ds

max s≤I_h

mins≥I_l