[发明专利]一种可见光通信系统的迫整预编码方法

说明书

本发明公开了一种可见光通信系统的迫整预编码方法。首先建立均方误差最小化模型，然后将均方误差最小化模型转化为对非凸问题的迭代求解，在一次迭代中，先将均方误差最小化模型拆分，分别得到优化发射预编码矩阵的模型和优化迫整整数矩阵的模型，再分别用凸近似迭代方法求解发射预编码矩阵，用贪婪方法求解迫整整数矩阵，当满足收敛条件时，迭代终止，所求预编码矩阵和迫整整数矩阵即为最终的结果，否则继续下一次迭代。本发明在相同的光功率约束条件下，得到更小的均方误差。

技术领域

本发明涉及一种可见光通信系统的迫整预编码方法，属于可见光通信技术领域。

背景技术

目前关于可见光通信系统中迫整预编码的应用中，已有用于单用户多输入多输出系统的迫整预编码设计，和以信干噪比为研究方向的迫整预编码设计，而关于多用户多输入单输出系统和以均方误差为优化目标的研究和应用较少。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可见光通信系统的迫整预编码方法，首先建立均方误差最小化模型，然后将均方误差最小化模型转化为对非凸问题的迭代求解，该均方误差最小化模型和所实现的最小均方误差适合多用户多输入单输出系统的应用。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可见光通信系统的迫整预编码方法，包括以下步骤：

步骤A：建立均方误差最小化模型：

其中，W是发射端的预编码矩阵。A是迫整整数矩阵。是K个接收机的均衡系数，η_k是第k个接收机的均衡系数。K是系统的用户数。L是发射端LED灯的数量。MSE_k是第k个用户信号的均方误差，表达式为g_k是第k个用户的信道增益向量，a_k是矩阵A的第k列，上角标T表示对矩阵或向量进行转置，是第k个接收机端的均值为0的加性高斯白噪声的方差。w_l,k是矩阵W第l行第k列的元素。b_l表示第l个LED灯的直流偏置信号，b_max表示LED的峰值光功率。M是符号映射星座图的调制阶数，且是一个素数，Δ表示星座图中相邻两个符号之间的距离。表示A是一个K行K列的整数方阵，det(A)表示求矩阵A的行列式。

步骤B：将步骤A中得到的均方误差最小化模型转化为对非凸问题的迭代求解，在第i+1次迭代中，求解过程如下：

步骤B-1：将均方误差最小化模型拆分，分别得到优化发射预编码矩阵W的模型和优化迫整整数矩阵A的模型，其中，关于优化发射预编码矩阵W的模型被表述为：

其中，操作符vec(·)表示将一个矩阵转换为列向量，表示克罗内科积。

关于优化迫整整数矩阵A的模型被表述为：

其中，

步骤B-2：将优化迫整整数矩阵A的模型的第i次迭代获得的解带入优化发射预编码矩阵W的模型，转化为关于的最大化问题，采用凸近似迭代方法进行求解，得到发射预编码矩阵W。

步骤B-3：将步骤B-2获得的发射预编码矩阵W代入优化迫整整数矩阵A的模型，转化为关于的最小化问题，采用贪婪方法进行求解，得到迫整整数矩阵A。

步骤B-4：将步骤B-2得到发射预编码矩阵W和步骤B-3获得的迫整整数矩阵A带入均方误差最小化模型并计算均方误差的值，当均方误差的值不再变化或者变化量的绝对值小于给定门限值二时，迭代方法终止，输出此时的发射预编码矩阵W和迫整整数矩阵A。否则进行下一轮迭代。

优选的：步骤B-2中采用凸近似迭代方法求解发射预编码矩阵W的过程如下：