[发明专利]一种联合天线选择和预编码的混合调光方法

权利要求书

1.一种联合天线选择和预编码的混合调光方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤一、构建室内可见光通信MU MC-MISO系统，定义系统中每个小区的LED数和用户数；

该系统的小区总数为N_c，每个小区的LED数为N_c,T，即N_T为发送端包括的LED总数；接收端包括N_r个用户，其中每个小区的用户数为N_c,r，即

步骤二、针对各小区，利用小区的每个用户和各LED的信道直流增益构建信道矩阵，并利用信道矩阵构造对应的预编码矩阵；

第c个小区的预编码矩阵表达为：

其中是第c个小区的信道矩阵的广义逆，q_i为第i个用户对应的信道增益；

步骤三、按照实际需求人为给定各小区归一化的调光等级η值，并分别计算该调光等级下工作的LED个数n_t，根据工作的LED计算直流偏置I_B，实现混合调光；

所有工作的LED混合调光采用的直流偏置I_B表示为：

I₀＝(I_l+I_h)/2为通信性能最优的直流偏置，I_l表示工作LED信号的最低值；I_h表示工作LED信号的最高值；

步骤四、根据各小区工作的LED分别定义各小区对应的天线选择矩阵；

步骤五、利用各小区的天线选择矩阵，建立量化照明均匀性的照明均一比UIR；

UIR的计算公式为：

其中K为接收平面的采样点总数，为全部N_c个小区的工作天线矩阵的集合；为第μ个采样点的亮度向量，其中第j个LED发出，在第μ个采样点接收的水平照度，写作：

其中I(0)为最大照明强度，φ_μ,j为辐照度角，ψ_μ,j为入射角，d_μ,j为发射点和接收点之间的距离；

步骤六、利用各小区的预编码矩阵和天线选择矩阵构建最大化系统速率的优化问题，使其同时满足信道增益，照明均一比和直流偏置的约束；

在给定亮度等级下，构建最大化系统速率的优化问题为：

约束条件为：

C1:H_cA_cW_c＝diag{q_c}；

C2:

C3:

C4:

C5:

目标函数为最大化所有小区中的所有用户的传输速率；

其中，γ表示用户端配备的光电传感器PD的响应率，ζ表示PD的光电转换系数，为第c个小区的第i个用户在信道中的加性高斯白噪声的方差，e为自然对数；H_c,i,:A_cW_c,:,i为第c个小区的第i个用户对应信道矩阵的行向量，与天线选择矩阵以及该用户对应预编码矩阵的列向量的乘积；

约束条件C1中表示：每个小区的各用户信道矩阵的行向量与预编码矩阵列向量乘积，根据迫零预编码原理，与每个小区各用户信道增益的向量形式对应的对角矩阵diag{q_c}相同，

条件C2中A_cW_c表示由被激活的天线组成的预编码矩阵，为满足LED信号的动态幅度限制在[I_l,I_h]范围内，每个行向量的1范数都应小于ΔI，ΔI＝min(I_B-I_l,I_h-I_B)；

条件C3为每个小区的照明均一比都要不低于照明均一比的阈值U_th；

条件C4为归一化调光等级η的满足条件；

条件C5表示每个小区各用户的信道增益q_c,i必须为正数；

步骤七、将优化问题分成两个子问题，迭代求解各小区的预编码矩阵和天线选择矩阵的最优值；

步骤八、按照天线选择矩阵的最优解选择激活的LED，并按照预编码矩阵的最优解，发送端将各小区每个用户将要收到的比特信息输入到预编码矩阵中进行编码，去除信号干扰；

第c个小区的第j个LED实际发送的信号x_c,j表示如下：

x_c,j＝W_c,j,:d_c+I_B

其中为第c个小区预编码矩阵的第j行，为第c个小区所有用户将要收到的信息的向量形式，其中每个元素为范围为[-1,1]的脉冲幅度调制信号；

步骤九、编码后的比特信息经过信道传输给接收端用户，各用户通过各自的解编码矩阵，恢复自身的发送信号向量。