一种动态调整室内无线通信系统功率因子的方法与流程

本发明涉及无线通信技术领域，具体来说，涉及一种动态调整室内无线通信系统功率因子的实现方法。

背景技术：

在室内无线通信系统中，对于已确定的通信接入点ap布局方案，选择合理的通信接入点ap匹配参数将使得通信服务更加公平和高效。室内无线通信系统中各通信接入点ap若存在不匹配的发射功率因子，将使移动终端ms所在水平面的接收功率覆盖变差，进而无法保证移动终端ms与通信接入点ap的高速率数据传输。

尤其在室内可见光通信系统中，接收功率覆盖不均匀将导致系统有效性和可靠性的急剧下降，同时通信接入点led在通信的过程中需要保持日常的照明需求，这将对室内可见光通信系统的接收功率覆盖均匀性提出了极大的挑战。同时，移动终端的不断移动，也可能导致原本匹配的发射功率因子变得不匹配，进而导致系统性能的下降。

因此，需要一种动态调整室内无线通信系统功率因子的方法，以保证通信服务的公平性并提高室内无线通信系统的有效性和可靠性。

技术实现要素：

针对相关技术中的问题，本发明提出一种动态调整室内无线通信系统功率因子的实现方法，应用于室内无线通信系统，包含至少两个通信接入点ap和至少两个移动终端ms，通过本发明的实现方法，可以高效地实现移动终端移动过程中室内无线通信系统功率因子序列的动态调整，从而实现室内无线通信系统有效性和可靠性的显著增强，进而克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种动态调整室内无线通信系统功率因子的实现方法，包括以下步骤：

s1，预定义房间的长宽r1，通信接入点ap的个数numap，通信接入点位置布局序列posap，通信接入点发射功率pt，系统的信道矩阵η，移动终端个数numms，大小为1×numms的初始移动终端位置序列pos，移动终端的高度h，终端移动速度v，单位移动时间tv，移动更新间隔时间t0，外层循环的循环次数numgmob，内层循环迭代过程中所需的迭代次数nummax，群体规模nump，群体更新参数c，惯性参数w(0＜w＜1)，最大速率参数vm。

s2，计算移动更新间隔数nummob＝t0/tv；随机生成功率因子序列k，该序列的大小为1×numap，元素取值范围为[0,1]；记录更优功率因子kbetter＝k。

进一步的，功率因子序列的实际意义是，功率因子决定通信接入点ap的实际发射功率，对于第i个通信接入点ap的实际发射功率的计算公式为：preal＝pt·kbetter(i),i＝1,2,…,numap。

s3，开始外层循环，直至外层循环的循环次数numgmob。该循环将模拟移动终端的移动过程。

s4，更新终端移动后的终端位置序列pos，并将每次的移动位置记录在大小为nummob×numms的坐标位置矩阵pos2。

进一步的，包括以下步骤：

s401，开始终端移动循环，直至终端移动循环的循环次数nummob，每一次循环完成终端的一次移动，且当前循环次数为gnow1。

s402，随机生成大小为1×numms移动角度序列θ，更新终端位置序列，更新公式为：pos(i)＝pos(i)+v·tv·e^jθ(i),i＝1,2,…,numms；将当前循环生成的终端位置序列记录在坐标位置矩阵pos2中，公式为：其中指坐标位置矩阵pos2的第gnow1行序列。

s403，判断终端移动循环是否结束，若未结束，返回s401继续完成循环；否则，执行s5。

s5，执行内层循环，该循环迭代过程中将根据坐标位置矩阵pos2搜索出当前最佳功率因子序列。

进一步的，包括以下步骤：

s501，随机生成速率矩阵v，其大小为nump×numap，元素取值范围为[0,vm]；随机生成功率因子矩阵k，其大小为nump×numap，元素取值范围为[0,1]；生成功率因子复制矩阵k2，其大小为nump×numap，且矩阵每一行序列等于kbetter。

s502，执行内层循环，直至迭代次数nummax，且当前循环次数为gnow2。

s503，生成随机数n，取值范围为[0,1]；更新速率矩阵v：v＝w·v+c·n·(k2-k)；对速率矩阵中超过范围[-vm,vm]的元素进行修正：v(v＜-vm)＝-vm，v(v＞vm)＝vm。

s504，k＝k+v，更新功率因子矩阵；对功率因子矩阵中超过范围[0,1]，的元素进行修正：k(k＜0)＝0，k(k＞1)＝1；此后，将功率因子矩阵每一行序列归一化处理。

s505，利用坐标位置矩阵pos计算接收功率矩阵pr，矩阵大小为nump×nummob×numms，其中坐标为(x,y)处的接收功率公式为：

其中，hi(0,x,y)指(x,y)处的直流增益，并且，hi(0,x,y)受到坐标点与通信接入点ap的距离大小影响。

s506，计算接收功率矩阵pr的每一行序列的归一化方差，进而形成归一化方差序列获取该序列的最小值：其中，varnow为最小归一化方差，m为varnow对应归一化方差序列的序号。

进一步的，归一化方差反映了接收功率在移动终端高度h水平面的波动程度；方差越大，说明接收功率在该水平面的波动程度大，因此该平面的功率覆盖不均匀；方差越小，说明接收功率在该水平面的波动程度小，因此该平面的功率覆盖均匀。

s507，若当前是内层循环的第一次循环过程，即当前循环次数gnow2等于1，则执行s508；否则，执行s509。

s508，记录更优归一化方差varbetter＝varnow和更优功率因子序列kbetter＝km，其中km指功率因子矩阵的第m行序列。此后，执行s510。

s509，若varnow＜varbetter，说明获得了性能更优异的功率因子序列，记录更优归一化方差varbetter＝varnow和更优功率因子序列kbetter＝km，其中km指功率因子矩阵的第m行序列；否则，不作处理。此后，执行s510。

s510，判断内层循环是否结束。若gnow2＜nummax，说明还未完成内层循环，则跳至s502完成循环；否则，说明已完成内层循环，即获得了当前的最佳功率因子序列kbetter，此后执行s6。

s6，判断外层循环是否结束。若未达到循环次数numgmob，则继续完成循环，即跳至s2；否则，完成外层循环，本发明算法结束。

进一步的，移动终端的移动位置受到房间的长宽r1约束；信道矩阵η由具体的室内无线通信系统信道模型确定。

进一步的，在s503中矩阵k2与矩阵k相减指出，矩阵k2影响速率矩阵v的更新。因此，速率矩阵的更新不是随意的，而是逐渐向更优功率因子序列kbetter靠近的更新。

进一步的，通过s2的外层循环模拟移动终端的移动过程，进而实现本发明算法的动态调整功率因子的过程。

进一步的，该室内无线通信系统包含至少两个的通信接入点ap和至少两个的移动终端ms。

本发明的有益效果：

本发明提出一种动态调整室内无线通信系统功率因子的实现方法，应用于室内无线通信系统，包含至少两个的通信接入点ap和至少两个的移动终端ms，通过本发明的实现方法，可以高效地实现移动终端移动过程中室内无线通信系统功率因子序列的动态调整，从而实现室内无线通信系统有效性和可靠性的显著增强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种动态调整室内可见光通信系统功率因子的实现方法的实施算法流程示意图。

图2是根据本发明实施例的一种动态调整室内可见光通信系统功率因子的实现方法的功率因子动态调整过程。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种动态调整室内可见光通信系统功率因子的实现方法，在本实施例中，通信接入点ap为leds阵列。

如图1所示，根据本发明实施例的一种动态调整室内可见光通信系统功率因子的实现方法的实施算法流程示意图，包括以下步骤：

s1，预定义房间的长宽r1，通信接入点leds阵列的个数numled，通信接入点位置布局序列posled，通信接入点发射功率pt，系统的信道矩阵η，移动终端个数numms，大小为1×numms的初始移动终端位置序列pos，移动终端的高度h，终端移动速度v，单位移动时间tv，移动更新间隔时间t0，外层循环的循环次数numgmob，内层循环迭代过程中所需的迭代次数nummax，群体规模nump，群体更新参数c，惯性参数w(0＜w＜1)，最大速率参数vm。

s2，计算移动更新间隔数nummob＝t0/tv；随机生成功率因子序列k，该序列的大小为1×numled，元素取值范围为[0,1]；记录更优功率因子kbetter＝k。

进一步的，功率因子序列的实际意义是，功率因子决定通信接入点leds阵列的实际发射功率，对于第i个通信接入点leds阵列的实际发射功率的计算公式为：preal＝pt·kbetter(i),i＝1,2,…,numled。

s3，开始外层循环，直至外层循环的循环次数numgmob。该循环将模拟移动终端的移动过程。

s4，更新终端移动后的终端位置序列pos，并将每次的移动位置记录在大小为nummob×numms的坐标位置矩阵pos2。

进一步的，包括以下步骤：

s401，开始终端移动循环，直至终端移动循环的循环次数nummob，每一次循环完成终端的一次移动，且当前循环次数为gnow1。

s402，随机生成大小为1×numms移动角度序列θ，更新终端位置序列，更新公式为：pos(i)＝pos(i)+v·tv·e^jθ(i),i＝1,2,…,numms；将当前循环生成的终端位置序列记录在坐标位置矩阵pos2中，公式为：其中指坐标位置矩阵pos2的第gnow1行序列。

s403，判断终端移动循环是否结束，若未结束，返回s401继续完成循环；否则，执行s5。

s5，执行内层循环，该循环迭代过程中将根据坐标位置矩阵pos2搜索出当前最佳功率因子序列。

进一步的，包括以下步骤：

s501，随机生成速率矩阵v，其大小为nump×numled，元素取值范围为[0,vm]；随机生成功率因子矩阵k，其大小为nump×numled，元素取值范围为[0,1]；生成功率因子复制矩阵k2，其大小为nump×numled，且矩阵每一行序列等于kbetter。

s502，执行内层循环，直至迭代次数nummax，且当前循环次数为gnow2。

s503，生成随机数n，取值范围为[0,1]；更新速率矩阵v：v＝w·v+c·n·(k2-k)；对速率矩阵中超过范围[-vm,vm]的元素进行修正：v(v＜-vm)＝-vm，v(v＞vm)＝vm。

s504，k＝k+v，更新功率因子矩阵；对功率因子矩阵中超过范围[0,1]，的元素进行修正：k(k＜0)＝0，k(k＞1)＝1；此后，将功率因子矩阵每一行序列归一化处理。

s505，利用坐标位置矩阵pos计算接收功率矩阵pr，矩阵大小为nump×nummob×numms，其中坐标为(x,y)处的接收功率公式为：

其中，hi(0,x,y)指(x,y)处的直流增益，并且，hi(0,x,y)受到坐标点与通信接入点ap的距离大小影响。

s506，计算接收功率矩阵pr的每一行序列的归一化方差，进而形成归一化方差序列获取该序列的最小值：其中，varnow为最小归一化方差，m为varnow对应归一化方差序列的序号。

进一步的，归一化方差反映了接收功率在移动终端高度h水平面的波动程度；方差越大，说明接收功率在该水平面的波动程度大，因此该平面的功率覆盖不均匀；方差越小，说明接收功率在该水平面的波动程度小，因此该平面的功率覆盖均匀。

s507，若当前是内层循环的第一次循环过程，即当前循环次数gnow2等于1，则执行s508；否则，执行s509。

s508，记录更优归一化方差varbetter＝varnow和更优功率因子序列kbetter＝km，其中km指功率因子矩阵的第m行序列。此后，执行s510。

s509，若varnow＜varbetter，说明获得了性能更优异的功率因子序列，记录更优归一化方差varbetter＝varnow和更优功率因子序列kbetter＝km，其中km指功率因子矩阵的第m行序列；否则，不作处理。此后，执行s510。

s510，判断内层循环是否结束。若gnow2＜nummax，说明还未完成内层循环，则跳至s502完成循环；否则，说明已完成内层循环，即获得了当前的最佳功率因子序列kbetter，此后执行s6。

s6，判断外层循环是否结束。若未达到循环次数numgmob，则继续完成循环，即跳至s2；否则，完成外层循环，本发明算法结束。

进一步的，移动终端的移动位置受到房间的长宽r1约束；信道矩阵η由室内可见光通信系统的朗伯模型确定。

进一步的，在s503中矩阵k2与矩阵k相减指出，矩阵k2影响速率矩阵v的更新。因此，速率矩阵的更新不是随意的，而是逐渐向更优功率因子序列kbetter靠近的更新。

进一步的，通过s2的外层循环模拟移动终端的移动过程，进而实现本发明算法的动态调整功率因子的过程。

进一步的，该室内无线通信系统包含至少两个的通信接入点leds阵列和至少两个的移动终端ms。

借助于上述技术方案，应用于本实施例的室内可见光通信系统，设置七个的通信接入点leds阵列和至少两个的移动终端ms，通过本发明的实现方法，可以高效地实现移动终端移动过程中室内无线通信系统功率因子序列的动态调整，从而实现室内无线通信系统有效性和可靠性的显著增强。

此外，在具体实施例中，以室内可见光通信系统为实施例具体说明本发明的计算方法，详细如下：

室内可见光通信系统以leds阵列作为ap，设置环境参数为：预定义房间的长宽r1，通信接入点leds阵列的个数numled，通信接入点位置布局序列posled，通信接入点发射功率pt，系统的信道矩阵η，移动终端个数numms，大小为1×numms的初始移动终端位置序列pos，移动终端的高度h，终端移动速度v，单位移动时间tv，移动更新间隔时间t0，外层循环的循环次数numgmob，内层循环迭代过程中所需的迭代次数nummax，群体规模nump，群体更新参数c，惯性参数w(0＜w＜1)，最大速率参数vm。如下为算法伪代码设计：

step1:nummob＝t0/tv，k＝rand(1,numap)，kbetter＝k。计算移动更新间隔数nummob，随机生成功率因子序列k，记录更优功率因子kbetter。

step2:for1i＝1:numgmob。开始外层循环，该循环将模拟移动终端的移动过程。

step3:for2i＝1:nummob。开始终端移动循环。

step4:pos＝mobile(pos)，pos2(i,:)＝pos。更新终端移动后的终端位置序列pos，并将每次的移动位置记录在大坐标位置矩阵pos2。

step5:endfor2。

step6:v＝vm·rand(nump,numled)，k＝rand(nump,numled)，k2＝copy(kbetter,nump,numled)。随机生成速率矩阵v，随机生成功率因子矩阵k，生成功率因子复制矩阵k2。

step7:for2gnow＝1:nummax。执行内层循环。

step8:n＝rand，生成随机数；v＝w·v+c·n·(k2-k)，v＝revise(v)，速率矩阵更新并修订。k＝k+v，k＝revise(k)，功率因子矩阵更新并修订。

step9:pr＝prcal(pt,h,pos,posled,k)，计算接收功率矩阵pr。var＝e{(pr-e(pr))²}/e²(pr)，计算接收功率矩阵的归一化方差序列。[varnow,m]＝min(var)，其中，varnow为最小归一化方差，m为varnow对应归一化方差序列var的序号。

step10:if1gnow＝＝1，varbetter＝varnow，kbetter＝k(m,:)。记录更优归一化方差varbetter和更优功率因子序列kbetter。

step11:else1。

step12:if2varnow＜varbetter，varbetter＝varnow，kbetter＝k(m,:)。获得了性能更优异的功率因子序列，记录更优归一化方差varbetter和更优功率因子序列kbetter。

step13:endif2。

step14:endif1。

step15:endfor1。判断外层循环是否结束。若未达到循环次数numgmob，则继续完成循环，即跳至step2；否则，完成外层循环，本发明算法结束。

通过以上参数设定及算法流程，在matlab中建模计算了本实施例的功率因子动态调整仿真图，如图2所示。从结果可以得出，本发明的实现方法，可以高效地实现移动终端移动过程中室内无线通信系统功率因子序列的动态调整。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，应用于室内无线通信系统，设置七个的通信接入点ap(即七个leds)和至少两个的移动终端ms，通过本发明的实现方法，可以高效地实现移动终端移动过程中室内无线通信系统功率因子序列的动态调整，从而实现室内无线通信系统有效性和可靠性的显著增强，并验证了本发明的可行性和有效性。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明的接入点ap(leds阵列)个数，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。