[发明专利]一种基于失真策略的优化调光控制可见光通信系统及方法

权利要求书

1.一种基于失真策略的优化调光控制可见光通信系统，包括发射机，其特征在于：所述发射机上设置有增强型凸优化调光控制框架，所述增强型凸优化调光控制框架包括光-正交频分复用O-OFDM子系统、音调预留TR子系统、信号失真约束模块和带外失真优化模块；所述O-OFDM子系统用于产生正交频分复用OFDM符号；所述TR子系统用于将相应的优化后的子载波信号插入所述OFDM符号中预留的子载波的相应位置；所述信号失真约束模块对其他携带信息的OFDM符号进行信号失真约束，由所述带外失真优化模块进行优化并转换为电O-OFDM信号；最后由发射机将电O-OFDM信号转换为光信号在对应VLC通道中传输；

还包括接收机，所述接收机上设置有失真信号求解模块，进行有效信号失真求解以及带外失真求解；所述接收机经过光-电转化后得到一系列子载波并将子载波传输至所述失真信号求解模块中，由失真信号求解模块计算出有用信号的真正放大倍数，从而解调出相应的信号；

其中，在所述发射机上执行载波调制过程，具体为：

在O-OFDM子系统定义每一个OFDM符号中需要传递的频域FD信号子载波索引为一个集合I_s＝{P_s,s＝1,2,...,N_s}，且P_s≤N_s/2-1，N_s表示一个OFDM符号所发送有用信息的子载波总数；其中，需要发射的原始信号的数值频域FD信号X_s表示为：

用I_l和I_h表示发射机中通过的光电流范围，其中，调光水平η表示为：

其中，调光水平η由实际情况进行设置，因此得到对应的光电流均值I_av；至此，得到了OFDM符号中所需要的参数I_s、X_s、I_av、I_l和I_h；

在音调预留TR子系统中，定义TR子载波的索引为集合I_i＝{P_i,s＝1,2,...,N_i}，P_i≤N_i/2-1，N_i表示一个OFDM符号所承载TR子载波的总数；由此，将TR子载波插入OFDM符号中，有：

I_s∪I_i＝{1,2,...,N/2-1}

其中，N_i+N_s＝(N/2)-1，此外，采用X_i表示频域FD中使用的TR子载波变量；在信号失真约束模块中，用变量ξ₁量化信号失真的程度，用变量ξ₂量化TR子载波信号的能量，因此在信号的时频变换中，对应的傅里叶变换矩阵为：

其中，W_N＝e^-j2π/N，因此发射信号相应的频域FD信号X为：

X＝W_Ds

其中，参数s表示有效信号，N是逆快速傅里叶变换总数，R₊表示正实数，其由参数I_s、X_s、I_av、I_l和I_h所决定；再对得到的信号X进行信号失真约束，再由带外失真优化模块对信号失真约束后的信号进行优化并转换为电O-OFDM信号，最后由发射机进行传输；

其中，所述的信号失真约束表达式具体为：

定义抽取矩阵和其分别抽取信号X中的真实信号部分和TR信号部分；定义p为有用信号的放大倍数，d为所有真正发射的信号点到对应星座图的判决距离的数值的最小值，令这个最小值最大化便能获得最佳的通信性能，对应的总的优化则表达式为：

s.t.X＝W_Ds

maxs≤I_h

mins≥I_l

0≤d≤d_i,j,i∈I_s,x_j∈Y_i

其中，设该过程的星座图集合为A，A中所有的星座点的能量均归一化为1；设参数x_i取自于集合A，x_i的近邻集合为Y_i，其中有x_j∈Y_i；当星座图放大p倍的情况下，设对应点为px_i，发射机发射的点为x^*，那么其近邻点x_j，x_j∈K_i所形成的判决曲线的距离具体表示为：

即转化表示为：

其中，

其中，所述带外失真优化模块对信号失真约束后的信号进行优化的具体过程为：

设发射机发射的信号为其中L是过采样率，假设期望接收机收到的降采样信号为其中用于获得接收机降采样信号，定义过采样傅里叶变换矩阵：

其中，W_NL＝e^-j2π/NL，再定义变量ξ₃量化带外失真的程度，则将信号失真约束优化为：

s.t.X_L＝W_Ls_L

X＝W_DDs_L

maxs_L≤I_h

mins_L≥I_l

其中，E_L3表示抽取X_L的宽带外信号的矩阵。