可见光点对点及广播通信系统信号产生与容量计算方法与流程

技术特征：

1.可见光点对点及广播通信系统信号产生与容量计算方法，其特征在于：其中，可见光SISO点对点通信系统发射信号产生方法及其信道容量估计方法，包括如下步骤，

步骤1：设置未加入直流偏置的发射信号为X，信源电信号幅度范围、均值和平均电功率为：

-A≤X≤A

设置加入直流偏置的发射信号为X^LED，其平均光功率为Po，平均电功率为Pe，直流偏置为A，则

X^LED＝X+A

步骤2：设置未加入直流偏置的发射信号服从连续概率分布pX，其概率密度函数fX(x)为如下凸优化问题的最优解：

步骤3：上述凸优化问题经过求解，可以得到如下结果：

解得最优解为

其中参数α，β和γ为如下方程组的解：

该方程组可以根据步骤1给定的参数值，通过数值计算的方法得到满足条件的解，得出未加入直流偏置的发射信号概率密度函数的闭式表达式，并将该分布命名为ABG分布；

步骤4：根据步骤3计算得到ABG分布，产生未加直流偏置的X；

步骤5：加入直流偏置，得到发射信号X^LED＝X+A；

步骤6：根据信息论相关理论，可以得到可见光SISO点对点通信系统信道容量C^SISO的上界与下界；

信道容量上界为其中σ²为服从零均值高斯分布的信道噪声功率；

信道容量下界为其中h(X)为未加入直流偏置的发射信号的所采用的概率分布对应信源熵，此处发射信号必须为连续函数；

易证为h(X)的增函数，因此根据步骤2所建立凸优化模型，在步骤3所求出的未加入直流偏置的发射信号模型，即ABG分布，可以得到最紧的下界；可求得ABG分布的信源熵为将根据ABG分布得出的可见光SISO点对点通信系统信道容量的下界命名为ABG下界，即

2.根据权利要求1所述的可见光点对点及广播通信系统信号产生与容量计算方法，其特征在于：其中，可见光SISO广播通信系统可达速率以及可达速率域内界计算方法，包括如下步骤：

步骤1：设置用户数量为N，第i个用户的未加入直流偏置的发射信号为Xi，其中i＝1，2，...，N，则未加入直流偏置的总体发射信号总直流偏置为A，则未加入直流偏置的总体发射信号峰值、均值和均方值为

-A≤X≤A

设置加入直流偏置的发射信号的平均光功率与平均电功率为

步骤2：设置第i个用户的平均光功率分配比例为μi，平均电功率分配比例为vi，并且μi，vi∈[0，1]，因此，第i个用户未加入直流偏置的原始信号的峰值、均值和均方值为：

-Ai≤Xi≤Ai

Ai＝μiA

步骤3：根据步骤1和步骤2得到的参数，求解第i个用户的ABG分布，对应的概率密度函数为：

其中参数αi，βi和γi为如下方程组的解：

步骤4：根据步骤3计算得到每一个用户对应ABG分布，产生各自对应的未加直流偏置的Xi，相加计算未加入直流偏置的总体发射信号

步骤5：加入直流偏置，得到发射信号X^LED＝X+A；

步骤6：设置SISO多用户广播通信系统信道噪声服从方差为σ²的零均值高斯分布，可达速率域为其中为第i个用户为最大可达速率，则的一个下界为

因此，一个可达速率域为

将各自用户对应得ABG分布信源熵代入，得

这一可达速率域为可见光SISO广播通信系统的一个内界，将其命名为ABG可达速率域。

3.根据权利要求1或2所述的可见光点对点及广播通信系统信号产生与容量计算方法，其特征在于：其中，ABG分布的计算方法，包括如下步骤：

S1，已知可见光通信系统对于经过基带调制后电信号参数要求：

-A≤X≤A

则满足要求且具有最大信源熵的信号的概率分布pX，其概率密度函数fX(x)为如下凸优化问题的最优解：

S2，经过求解，可以解得最优解为

其中参数α，β和γ为如下方程组的解：

4.根据权利要求3所述的可见光点对点及广播通信系统信号产生与容量计算方法，其特征在于：其中，可见光SISO点对点通信系统信道容量的上界与下界的计算方法，其步骤包括：

已知系统噪声功率为σ²，发射信号平均电功率为ε以及信源熵h(X)，则信道容量的上界与下界为

5.根据权利要求3所述的可见光点对点及广播通信系统信号产生与容量计算方法，其特征在于：其中，可见光SISO广播通信系统可达速率以及可达速率域内界计算方法，其步骤包括：已知系统噪声功率为σ²，发射信号总体平均电功率为ε，第i个用户的平均电功率分配比例vi，信源熵h(Xi)，则：

第i个用户的最大可达速率为

系统的可达速率域内界为