[发明专利]一种可见光通信多址接入信道容量区域的新边界计算方法

权利要求书

1.一种可见光通信多址接入信道容量区域的新边界计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，进行典型的可见光通信多址接入信道系统设定；

步骤2，计算信道容量和其内外边界；

步骤1包括：进行典型的可见光通信多址接入信道系统设定：所述系统包含两个发射机和一个接收机，两个发射机分别为第一发射机和第二发射机，每个发射机安装一个光源LED，接收机安装一个单光子探测器PD，设X₁和X₂分别表示第一发射机和第二发射机的发射信号；

步骤1中，对峰值光功率P_p和平均光功率P_o进行如下限制：0≤X₁≤A₁，0≤X₂≤A₂，其中，A₁和A₂分别为第一发射机的发射信号X₁的幅度范围和第二发射机的发射信号X₂的幅度范围，μ₁和μ₂分别为第一发射机的发射信号均值和第二发射机的发射信号均值，为求均值；

步骤1中，在可见光通信多址接入信道MAC系统中，接收信号Y表示为：

Y＝X₁+X₂+Z (1)

其中Z是独立高斯噪声，其均值为0，方差为σ²；

步骤1中，可见光通信多址接入信道的容量域为凸包其中，这组速率对(R₁,R₂)满足以下条件：

其中R₁、R₂分别为第1、2个用户的最大可达速率，I(X₁；Y|X₂)为已知输入信号X₂的条件下X₁和Y的互信息，I(X₂；Y|X₁)为已知输入信号X₁的条件下X₂和Y的互信息，I(X₁,X₂；Y)为X₁和X₂共同提供的关于Y的互信息；

步骤2包括：计算信道容量和它的内外边界，其中i＝1,2，具体包括如下步骤：

步骤2-1，设定输入信号X_i取K_i个非负的实值并服从离散分布，如下所示：

其中x_i,j是X_i的第j个离散点，p_i,j表示x_i,j相应的概率，

Pr{.}为求概率，为求均值，∑(.)为求和；因此，有：

其中输出信号i＝1,2；C_i为以概率P(X_i)发送输入信号X_i的信道容量，h(.)为求微分熵，max(.)为求最大值，log₂(·)为求以2为底的对数函数，e、π为自然常数，σ²为方差；为输出信号Y_i的概率密度，y_i为输出信号Y_i取得的点，i＝1,2；

由于噪声Z服从高斯分布，输出信号Y_i的概率密度被写为：

最终得到可见光通信多址接入信道的容量表达成如下所示的一个服从最优化的数学问题：

s.t.(3a),(3b),(3c)

其中，K_i,{p_i,j},{x_i,j}表示概率为{p_i,j}的K_i个非负实数{x_i,j}，在上述数学问题中为变量；min(.)为求最小值，log₂(·)为求以2为底的对数函数；

通过不精确梯度下降法求解问题(6)，得到该问题的解即最优输入分布以及信道容量C_i；

步骤2-2，计算和信道容量I(X₁,X₂；Y)的内边界；

步骤2-3，计算和信道容量I(X₁,X₂；Y)的外边界。