[发明专利]一种VLC网络中MAC容量区域的新内外边界计算方法

说明书

本发明提供了一种VLC网络中MAC容量区域的新内外边界计算方法，本发明通过采用单用户能力来实现每个用户的输入分配来建立建议的内部界限，通过确定每个用户的单用户容量，并通过放宽输入约束条件来计算总容量上限，可以得出建议的外部界限。数值结果表明，所提出的新边界非常严格，并且在很大的信噪比范围内胜过现有界限。

技术领域

本发明涉及可见光通信领域，尤其涉及一种VLC网络中MAC容量区域的新内外边界计算方法。

背景技术

可见光通信(VLC，Visible Light Communication)拥有广泛的免许可证带宽，因此受到了日益增长的关注，作为对遭受频谱危机的常规射频频率通信的补充技术。通过利用现有的发光二极管(LED)作为发射器，VLC系统不仅可以同时提供照明和通信，而且还具有其他几个优点，例如超低电磁辐射，强大的传输安全性和高能源效率。作为无线宽带技术，VLC网络同时支持多个用户至关重要。

可以通过信息论中的多址访问信道(MAC，Multiple Access Channel)模型在数学上描述这种情况，其中多个发送器同时将单个信息发送到一个公共接收器。MAC的容量区域可以表征可达到速率的基本限制，因此它可作为其他实际VLC网络设计的理论基础，现有技术的缺点在于VLC MAC的确切容量区域和最佳输入分布仍然是未知的，没有闭式表达式，复杂度相对来说较高。

发明内容

发明目的：为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种VLC(可见光通信，visible light communication)网络中MAC(多个访问通道，multiple access channels)容量区域的新内外边界计算方法，包括如下步骤：

步骤1：建立一个VLC系统，所述VLC系统包括两个发射机和一个接收机，两个发射机分别记为第一发射机和第二发射机，每个发射机安装一个发光二极管(LED，light-emitting diode)，接收机安装一个单光子探测器(PD，photon detector)；

步骤2，限制VLC系统的峰值光功率和平均光功率；

步骤3，求解VLC系统的信道容量和内外边界。

步骤1中，设X₁和X₂分别表示第一发射机和第二发射机的发射信号。由于信息被嵌入到光信号的强度中，X₁和X₂应该是实的、非负的。

步骤2中，根据眼睛安全标准和实际照明要求，限制峰值光功率和平均光功率：0≤X₁≤A₁，E{X₁}≤μ₁，0≤X₂≤A₂，E{X₂}≤μ₂，其中A₁和A₂分别表示第一发射机发射信号的最大值和第二发射机发射信号的最大值；E{X₁}和E{X₂}分别为第一、二发射机发射信号的数学期望；而μ₁和μ₂分别是第一、二发射机发射信号期望值的最大值。在MAC信道中，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3包括：

步骤3-1，VLC系统中MAC的容量域为凸包其中R(X₁,X₂)表示，对于一个满足所给输入约束的固定乘积分布这组速率对(R₁,R₂)满足以下条件：