[发明专利]一种聚合型VLC-RF系统

说明书

本发明提供了一种聚合型VLC‑RF系统，包括发射机和接收机；所述发射机包括N个发光二极管LED和M个RF发射天线；所述接收机包括一个光电二极管PD和一个RF接收天线；所述系统通过VLC链路和RF链路同时传输信息。本发明在峰值光功率、平均光功率和电力功率的约束下，建立了可达速率表达式。在此基础上，提出了同时满足调光控制和功率约束的最优功率分配方案。给出了单LED和多LED在非活动调光控制下的最优解。当调光控制处于活动状态时，进一步采用SDR技术将最佳波束成形向量的设计问题松弛为凸SDP，利用内点法可以有效地解决该问题。

技术领域

本发明涉及一种聚合型VLC-RF系统。

背景技术

当前，高清流媒体视频、云服务等无线设备和物联网应用的迅猛发展，无线网络在第五代(5G)及以后将面临射频频谱稀缺危机。因此，学术界和工业界都在寻找替代方案以减少来自射频(RF)无线网络的沉重流量负载。

可见光通信VLC(Visible Light Communication)以其巨大的未授权带宽实现了高数据率和高能效的数据传输，而不会对现有的射频通信系统造成干扰；另一方面，可见光通信容易被阻塞，而射频(RF)提供了更多的覆盖和可靠的通信。为了充分利用可见光通信和射频通信的优点，目前已经有了一些研究VLC和RF共存系统的工作，大致有两种方法：混合型VLC-RF(可见光通信和射频)系统和聚合型VLC-RF系统。在混合型VLC-RF系统中，信号是通过切换方案，由可见光通信或射频通信进行传输，而在聚合型VLC-RF系统中，信号同时由可见光通信和射频通信进行传输。

研究表明，可见光通信信道的可达容量分布在有限的点集上是离散的，而准确的容量不是一个封闭的表达式。因此，经典的香农(Shannon)容量不能准确地表述VLC系统的性能。然而，现有的研究认为经典的香农(Shannon)容量是VLC系统的可达速率表达。此外，这些工作都没有考虑到调光控制，这是可见光通信的基本功能之一。考虑可见光通信和射频通信的优点，与混合型VLC-RF系统相比，聚合型VLC-RF系统可以提供更高的数据速率和更可靠的通信。然而，由于可见光通信的独特特性，聚合型VLC-RF系统的可达速率仍然未知。研究者目前致力于研究聚合型VLC-RF系统的基本原理：最优功率分配方案和能效问题。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种聚合型VLC-RF(可见光通信和射频)系统，包括发射机和接收机；

所述发射机包括N个发光二极管LED和M个RF射频发射天线；

所述接收机包括一个光电二极管PD和一个RF射频接收天线；

所述系统通过VLC可见光通信链路和RF射频链路同时传输信息。

令A表示系统传输的消息集，所述消息集分别编码为VLC可见光通信链路和RF射频链路的两个符号流s₁和s₂，其中|s₁|≤A，s₂～CN(0,1)，即s₁的均值为0，s₁的平均电功率为ε，ε是平均电功率约束，为求均值，s₂服从标准复高斯分布。

令x₁和x₂分别表示VLC可见光通信链路和RF射频链路的传输信号，发射端的发射信号写成如下的矢量形式：

其中和分别是VLC可见光通信链路的发射波束成形矢量和RF射频链路的发射波束成形矢量，和分别是第N个VLC可见光通信链路的发射波束成形标量和第M个RF射频链路的发射波束成形标量；I_DC＝I_DC1_N是直流偏置矢量，且I_DC是标量，表示的是每个发光二极管LED的直流偏置，1_N是元素都为1的N×1的矩阵。