一种基于MIMO-VLC系统中的电功率分配与QR-OSIC预编码方法

技术特征：
1.一种基于mimo-vlc系统中的电功率分配与qr-osic预编码方法，其特征在于，具体步骤为：首先、构建包括发射端基站和接收端检测接收机的mimo-vlc系统模型，初始化收发机数目以及布局空间位置；发射端基站发送信号，经过光信道到达接收端的pd，构建不同led和pd之间的直射链路信道增益矩阵h；信道增益矩阵h表示为：其中，h
j,i
表示第i个led到第j个pd视距链路的直射链路增益；然后、采用qr分解法将信道增益矩阵h分解得到预编码矩阵f，消除接收信号的部分干扰；并通过mmse-osic检测接收机，分步消除接收信号中的剩余干扰；接着，对消除了全部干扰的接收信号构建最大化合速率的电功率分配优化模型：s.t.c1:c2:c3:其中，优化目标是系统的可达合速率；p
j
代表第j个数据流分配的电功率；为等效信道增益矩阵h
eff
的第j行第j列的元素；为噪声的功率；约束条件c1表示所有数据流分配的电功率之和不能超过最大值p
max
；约束条件c2表示电功率与信号斜率的等式关系，λ
j
是第j路数据流的发送信号斜率；约束条件c3代表发送信号限定在led线性区间内，f
(i,j)
代表矩阵f的第i行，第j列元素，δi是发送信号的阈值，δi＝min(i
h-b
l
,b
l-i
l
)；最后、将非凸的电功率分配优化模型分为两个子问题，分步迭代求解相关参数，利用梯度下降法循环迭代参数直至收敛，进而得到最大化系统可达合速率下的电功率分配最佳
值。2.如权利要求1所述的一种基于mimo-vlc系统中的电功率分配与qr-osic预编码方法，其特征在于，所述发射端包括n
t
个led，接收端包括n
r
个光探测器pd；n
t
个led均匀分布在室内天花板上，pd与led的相对位置在初始化阶段根据实际需要人为调控。3.如权利要求1所述的一种基于mimo-vlc系统中的电功率分配与qr-osic预编码方法，其特征在于，所述采用qr分解法得到预编码矩阵f的计算公式为：由此得到预编码矩阵f：其中，矩阵均是副对角线全为1的单位矩阵，均是副对角线全为1的单位矩阵，是上三角矩阵，是正交矩阵。4.如权利要求1所述的一种基于mimo-vlc系统中的电功率分配与qr-osic预编码方法，其特征在于，所述mmse-osic检测接收机分步消除接收信号中的剩余干扰，具体步骤为：步骤401、mmse-osic检测接收机由一组并列的接收机组成，第一个接收机利用n
r
×
n
t
的信道增益矩阵h和预编码矩阵f，计算等效信道矩阵h
eff
；步骤402、利用等效信道矩阵h
eff
计算mmse加权矩阵，并给出判决式；w
j,mmse
为mmse加权矩阵的第j行，1≤j≤n
r
，计算公式为：其中，是单位矩阵；判决式表示为：其中，为发送信号的平均电功率，为等效信道增益矩阵h
eff
的第j列向量；步骤403、当所有n
r
个接收信号经过判决式后，选出最大的sinr对应的索引数据进行检测后剔除估计信号；步骤404、将剩余的n
r-1个接收信号传输到第二个接收机，第一次检测的数据流为第k路数据，此时的等效信道增益矩阵大小变为n
r
×
(n
r-1)，更新等效信道矩阵1)，更新等效信道矩阵
步骤405、返回步骤402利用等效信道矩阵计算mmse加权矩阵经判决式选出最大的sinr对应的索引数据进行检测，并剔除这一阶段检测出来的估计信号；步骤405、继续对后续剩余n
r-2个接收信号进行重复检测，直至最后一个接收机完成信号检测。5.如权利要求1所述的一种基于mimo-vlc系统中的电功率分配与qr-osic预编码方法，其特征在于，所述第一个子问题为固定矢量p
*
，引入中间变量γ，将原问题转换为凸优化问题，具体表示为：s.t.c1、c2、c3c4:γ
j
代表中间变量γ的第j个变量，代表已知的固定矢量p
*
的第j个电功率值；利用拉格朗日法求解第一个子问题，得到中间变量γ；拉格朗日表达式：其中，代表已知电功率p
*
的条件下，关于中间变量γ的拉格朗日函数；固定第一个子问题得到的中间变量γ
*
，将第一个子问题转为关于矢量p的表达式：其中，代表已知中间变量γ
*
的条件下，关于电功率p的拉格朗日函数；得到第二个子问题为：s.t.c1、c2、c3进一步优化比率和，得到：
s.t.c1、c2、c3c5:θ
j
≥0θ
j
代表辅助变量θ的第j个中间值；利用拉格朗日法求解第二个子问题，得到：其中，β是约束条件c1的拉格朗日因子，矢量是约束条件c3的拉格朗日因子。

技术总结
本发明公开了一种基于MIMO-VLC系统中的电功率分配与QR-OSIC预编码方法，属于无线通信领域。具体为：首先构建MIMO-VLC系统模型，发射端基站发送信号，经过光信道到达接收端的PD，构建直射链路信道增益矩阵H，并采用QR分解法得到预编码矩阵F，消除接收信号的部分干扰；通过MMSE-OSIC检测接收机，分步消除剩余干扰；然后，对消除干扰的接收信号构建最大化合速率的电功率分配优化模型，并将非凸的电功率分配优化模型分为两个子问题，分步迭代求解相关参数，CVX工具箱利用梯度下降法循环迭代参数直至收敛，进而得到最大化系统可达合速率下的电功率分配最佳值。本发明有效地兼顾了MIMO-VLC通信系统中的通信与照明功能，能够有效地提高系统的复用增益，增强系统的误码率性能。增强系统的误码率性能。增强系统的误码率性能。


技术研发人员：杨洋 刘俊峰 冯春燕 王聪聪 郭彩丽
受保护的技术使用者：北京邮电大学
技术研发日：2022.03.14
技术公布日：2022/6/24