[发明专利]平坦信道下多光源多载波可见光通信系统的优化方法

说明书

本发明公开了一种平坦信道下多光源多载波可见光通信系统的优化方法，包括如下步骤：(1)设置多光源多载波可见光通信系统的参数，包括信道参数、噪声大小和最大光功率，以最大化数据速率R为目标优化；(2)引入一个中间变量x，求解出最优解x^*；(3)根据最优中间变量x^*，对直流偏置b和波束成形向量ω进行联合优化。本发明的优化方法不需要额外改变系统硬件等外部条件，仅通过简单的计算，就能大大提升系统性能，采用本优化方法得到的直流偏置和波束成形向量能够最大化系统的数据速率；当系统的最大光功率受限时，优化后的系统光强能够保持恒定，可以兼顾照明；本发明优化方法收敛速度快，易于实现，结果精度高，鲁棒性高。

技术领域

本发明涉及可见光通信领域，尤其是一种平坦信道下多光源多载波可见光通信系统的优化方法。

背景技术

可见光通信(VLC)是一种新兴的接入技术，兼顾了照明和通信，能满足高速数据业务，拥有包括成本低廉、绿色安全、保密性好、易于实现、电磁兼容性好在内的众多优势。

大量宽带可见光通信系统采用多载波技术，多载波技术易于实现，可以获得更高的频谱效率和功率效率。将多载波技术和可见光通信技术相结合，使其兼备了可见光通信和多载波技术的优势，是一种具有较高研究意义和实用价值的技术。

与传统射频无线通信不同的是，可见光通信使用强度调制直接检测(IM/DD)，即发射端用光强表示信号幅度，接收端检测光强来收取信号。发射端通过LED将电信号转变为光信号，通过信道传播后，在接收端通过光电二极管将光信号转换为电信号，用于解调电路处理。由于发送信号载体为光强，因而要求发送信号必须是非负实数。

由于发送信号必须为非负实数，传统射频中的多载波技术需要改进才能应用到可见光通信领域。直流偏置正交频分复用多载波技术(Direct-Current-Biased OpticalOFDM，简称DCO-OFDM)作为诸多改良方案中的一种，相比于其他方案具有频谱效率高的优势。DCO-OFDM在发送信号上叠加了直流分量，将叠加后仍小于零的部分削去，从而使得双极性信号变成了单极性信号，以满足可见光通信中信号非负性的条件。

在DCO-OFDM系统中，直流偏置可以调节，但并不传输信号。信号的有效信息是由传输有效功率驱动的波形携带，有效功率由波束成形向量决定。过大的直流偏置会浪费能量，而过小会导致信号严重畸变；过大的有效功率可以加强信号但会加重削波。直流偏置和有效功率同时受到光功率限制，需要提供一个想要的照明水平，因而需要设计一个最合适的直流偏置和有效功率的折衷方案。

可见光信道在自然界中一般是直视径，在复杂的室内环境下对于照明和通信而言都存在不同程度的遮挡影响。一般情况下，照明系统是由多路光源构成，因此可见光通信系统中可以利用多光源增加系统鲁棒性，消除复杂的室内环境对照明和通信的不利影响。多光源可以提供更高的传输速率和更好的通信质量，为满足用眼安全准则所需的照明强度控制提供了灵活度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种平坦信道下多光源多载波可见光通信系统的优化方法，能够给出最大化系统速率的直流偏置和波束成形向量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种平坦信道下多光源多载波可见光通信系统的优化方法，包括如下步骤：

(1)设置多光源多载波可见光通信系统的参数，包括信道参数、噪声大小和最大光功率，以最大化数据速率R为目标优化；

(2)引入一个中间变量x，求解出最优中间变量x^*；

(3)根据最优中间变量x^*，对直流偏置b和波束成形向量ω进行联合优化。

优选的，步骤(3)中，联合优化具体包括如下步骤：