一种多输入多输出的可见光与编码方法与流程

文档序号:22923179发布日期:2020-11-13 16:15阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种多输入多输出可见光通讯预编码方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1,通过可见光的发送端获取信道矩阵;

步骤2:在发送端,结合步骤1得到的信道矩阵,根据直流偏置的大小限制和对总发送光功率的约束,对预编码矩阵进行初始化,得到第一预编码矩阵;

步骤3:改变对直流偏置大小的严格限制,引入乘性放大因子,允许预编码后的信号加上直流偏置后小于零;

引入乘性放大因子后的直流偏置约束条件为:abs(f)δ=rd,其中,r为乘性放大因子,其值大于1,f是第一预编码矩阵,abs(·)代表求矩阵所有元素的绝对值,δ是元素值均为δ的列向量,δ为原始信号的最大值,d是直流偏置列向量;

步骤4:根据第一预编码矩阵,针对引入放大因子后的预编码信号可能小于零而引入零值削波操作导致非线性变换的情况,对此操作进行线性拟合,由拟合后的表达式得到削波操作后预编码信号的方差信息和削波噪声功率;

对削波操作进行线性拟合,拟合的结果表达式为g(fs)=cfs+ng,其中,s为原始信号向量,fs为经过预编码后的信号向量,g(·)代表零值削波变换,c是对角系数矩阵,其元素值与fs的方差和g(·)函数有关,ng是削波噪声,与fs线性无关;

步骤5:由步骤4削波操作后预编码信号的方差信息和削波噪声功率建立新的信号模型,根据对光功率的约束和直流偏置的大小限制,对信道矩阵的特征子信道进行功率分配,得到第二预编码矩阵;

功率分配关于光功率的约束条件为是,1te(g(fs))+1td=pt,e(·)代表求数学期望,1t是元素都为1的行向量,pt代表总发送光功率限制,d是直流偏置列向量;

步骤6:用第二预编码矩阵代替步骤4中的放大后的第一预编码矩阵,并重复步骤4、5,得到更新后的第二预编码矩阵,直至达到预定的迭代次数,或者直至相邻两次预编码矩阵对应的可达传输速率下界的差值小于预定的阈值;

步骤7:改变步骤3中的乘性放大因子的大小,重复步骤3、4、5、6,得到对于不同乘性放大因子对应的第二预编码矩阵;比较得到的第二预编码矩阵对应的可达传输速率下界,得到使其最大的最优的乘性放大因子及其对应的第二预编码矩阵、以及相应直流偏置;

步骤8:使用步骤7得到的最优的乘性放大因子和其对应的预编码矩阵,对信号进行预编码和放大,然后附加直流偏置,并进行零值削波,即若此时的信号出现小于零的样值,则置为零,至此完成信号的预编码过程;最后用预编码后的信号驱动对应的led进行信息发送。

2.根据权利要求1所述多输入多输出可见光通讯预编码方法,其特征在于:步骤1中,获取信道矩阵的方法有两种,第一种是发射端发送导频,接收端通过接收到的信号和导频计算出信道矩阵,并通过控制链路反馈给发送端;第二种是根据测量具体的led、pd的空间分布、数量和辐射特性情况来计算信道矩阵。

3.根据权利要求2所述多输入多输出可见光通讯预编码方法,其特征在于:根据测量具体的led、pd的空间分布、数量和辐射特性情况来计算信道矩阵的公式为:

其中,hij代表信道矩阵第i行第j列的元素值,物理意义是第j个led和第i个pd之间的直流增益,ρ是pd的响应能力,m是衡量led辐射定向性的常数,是第j个led向第i个pd发出光照的入射角,dij是第j个led与第i个pd之间的距离,ae是pd的有效光接收面积。

4.根据权利要求3所述多输入多输出可见光通讯预编码方法,其特征在于:步骤2中对第一预编码矩阵的求解过程中关于直流偏置约束条件为abs(f)δ=d,其中,f是第一预编码矩阵,abs(·)代表求矩阵所有元素的绝对值,δ是元素值均为δ的列向量,δ为原始信号的最大值,d是直流偏置列向量。

5.根据权利要求4所述多输入多输出可见光通讯预编码方法,其特征在于:步骤2中对第一预编码矩阵的求解过程中关于光功率的约束条件为,1td=pt,1t是元素都为1的行向量,pt代表总发送光功率限制,d是直流偏置列向量。

6.根据权利要求5所述多输入多输出可见光通讯预编码方法,其特征在于:步骤2中对预编码矩阵进行初始化方法为:用拉格朗日法求可达传输速率下界的最大值,对特征子信道进行功率分配,求出对应的第一预编码矩阵;每个信道矩阵的特征子信道可达传输速率下界的计算公式为总可达传输速率下界为每个特征子信道的可达传输速率之和。

7.根据权利要求6所述多输入多输出可见光通讯预编码方法,其特征在于:步骤5中得到第二预编码矩阵的方法为:用拉格朗日法求可达传输速率下界的最大值,对特征子信道进行功率分配,以此求出对应的初始化预编码矩阵,每个信道矩阵的特征子信道达传输速率下界的计算公式中的噪声要在原始的信道噪声基础上加上步骤4中零值削波操作产生的削波噪声。

8.根据权利要求7所述多输入多输出可见光通讯预编码方法,其特征在于:步骤7中可达传输速率下界随着乘性放大因子r的增大满足先增大后减小的趋势,存在极大值,且极大值的点通常分布于1到某个大于1的数值之间,采用梯度下降法,计算并比较不同乘性放大因子r对应的可达传输速率下界,即可获取乘性放大因子r的最优值,从而得到最佳的预编码方法。


技术总结
本发明公开了一种多输入多输出可见光通讯预编码方法,结合可见光通讯的特殊性,针对现有的预编码方法对直流偏置大小的限制严重影响预编码方法性能的问题,本方法对预编码后的信号引入零值削波变换,并对此操作进行线性拟合,最后通过多次迭代求得最优的预编码矩阵。本发明既保留了现有预编码方法对于功率分配的优越性,又尽可能地解放了可见光通讯的物理限制对预编码方法的不利影响,获得了较好的可见光通讯系统性能。

技术研发人员:党建;刘天辰;张在琛;吴亮
受保护的技术使用者:东南大学
技术研发日:2020.08.14
技术公布日:2020.11.13
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