[发明专利]一种基于GMD-BD预编码的可见光通信系统及方法

权利要求书

1.一种多用户MIMO室内可见光通信系统，包括发射端、信道和接收端，发射端发出的信号经过信道传输，由接收端接收，其特征在于，所述可见光通信系统的发射端对待发送信息进行GMD-BD预编码处理；

所述接收端采用GMD-BD解码矩阵和决策反馈均衡DFE非线性接收机联合解码；

所述发射端传输信息的过程包括：

首先通过串并转换将信息由串流信号转化成并流信号，然后对并流信号进行双极性开关键控OOK调制，为用户信息经过OOK调制后的信号，K为接收端用户终端的个数；表示第k个用户终端的信息经过调制后的信号，第k个用户终端有N_Rk个光接收机，1≤k≤K；

对调制后的信号进行GMD-BD预编码处理，GMD-BD预编码矩阵为：

其中，为第k个用户终端对应的预编码矩阵；为接收端总的光接收机的个数；N_T为发射端LED阵列的个数，每个LED阵列配备N个LED；

对预编码处理后的信号加上直流偏置驱动发光二极管LED阵列发射可见光信号，最终LED阵列发射的可见光信号x为：

其中，P_LED为单个LED的功率，m_I为调制指数，是一个全为1的N_T维列向量；

所述信道采用直射链路模型，所述可见光通信系统的信道矩阵为：

其中表示LED阵列与第k个用户终端之间的信道矩阵；

所述接收端将接收到的可见光信号转化为电信号，滤除直流分量后，第k个用户终端接收到的信号为：

其中，γ为接收机光电转换因子，表示第j个用户终端对应的预编码矩阵，d_j表示第j个用户终端的信息经过调制后的信号，1≤j≤K，表示第k个用户终端的光接收机接收信号的噪声组成的N_Rk维向量；

所述发射端中，第k个用户终端对应的预编码矩阵求解步骤包括：

步骤一：在所述可见光通信系统中，假设第k个用户终端对应的预编码矩阵由两部分构成

记第k个用户终端的信道补矩阵为其秩为对进行SVD分解，可得：

其中，由的左奇异向量构成，是的奇异值构成的对角矩阵，为补矩阵的前个右奇异向量，为剩下的个右奇异向量，构成的零空间的一组标准正交基，记

步骤二：对第k个用户终端的等效信道矩阵进行GMD分解得到：

其中，如果的秩则和是半正交矩阵，是对角线元素相等的上三角矩阵，记

步骤三：最终第k个用户终端的GMD-BD预编码矩阵为：

第k个用户终端的解码矩阵为：

W_k＝Q_k

在接收端中，第k个用户终端的解码步骤如下：

步骤一：F_k由H_k补矩阵的零空间向量组成，因此编码矩阵满足：

表明接收信号中的干扰项可以被消除，即可以完全消除多用户干扰，因此，接收到的信号y_k为：

y_k＝γP_LEDm_IH_kF_kd_k+n_k；

步骤二：采用DFE非线性接收机和解码矩阵联合从y_k中恢复出用户所需数据d_k；

首先接收到第k个用户终端的L_k个数据流，对每一个数据流用一个线性解码向量进行解码，第L_k个数据流率先解码判决恢复出用户信息然后依次从解码后的符号中消除已恢复出来的用户信息d_k,v来减少码间串扰，恢复的用户信息为：

式中，b_k(u,v)＝γP_LEDm_IR_k(u,v)，其中R_k(u,v)表示R_k的第(u,v)项，Q[]表示信号的判决。

2.一种基于GMD-BD预编码的可见光通信方法，其特征在于，所述方法包括：

发射端发送的信息经过调制后再进行GMD-BD预编码处理，然后加入直流偏置驱动发光二极管LED发射可见光信号；

所述可见光信号通过信道传输至接收端；

在接收端，光接收机将接收到的所述可见光信号转换为电信号，然后通过GMD-BD解码矩阵与决策反馈均衡DFE非线性接收机联合解码消除ISI，最后经过判决恢复出用户需要的信息；

发射端传输用户信息时，首先通过串并转换将信息由串流信号转化成并流信号，然后对并流信号进行双极性开关键控OOK调制，为用户信息经过OOK调制后的信号，K为接收端用户终端的个数；表示第k个用户终端的信息经过调制后的信号，第k个用户终端有N_Rk个光接收机，1≤k≤K；

对调制后的信号进行GMD-BD预编码处理，GMD-BD预编码矩阵为：

其中，为第k个用户终端对应的预编码矩阵；为接收端总的

光接收机的个数；N_T为发射端LED阵列的个数，每个LED阵列配备N个LED；

对预编码处理后的信号加上直流偏置驱动发光二极管LED阵列发射可见光信号，最终LED阵列发射的可见光信号x为：

其中，P_LED为单个LED的功率，m_I为调制指数，是一个全为1的N_T维列向量；

所述可见光通信方法的传输信道采用直射链路模型，信道矩阵为：

其中，表示LED阵列与第k个用户终端之间的信道矩阵；

接收端将接收到的可见光信号转化为电信号，滤除直流分量后，第k个用户终端接收到的信号为：

其中，γ为接收机光电转换因子，表示第j个用户终端对应的预编码矩阵，d_j表示第j个用户终端的信息经过调制后的信号，1≤j≤K，表示第k个用户终端的光接收机接收信号的噪声组成的N_Rk维向量；

所述发射端中，第k个用户终端对应的预编码矩阵求解过程包括：

步骤一：假设第k个用户终端对应的预编码矩阵由两部分构成

记第k个用户终端的信道补矩阵为其秩为对进行SVD分解，可得：

其中，由的左奇异向量构成，是的奇异值构成的对角矩阵，为补矩阵的前个右奇异向量，为剩下的个右奇异向量，构成的零空间的一组标准正交基，记

步骤二：对第k个用户终端的等效信道矩阵进行GMD分解可得：

其中，如果的秩则和是半正交矩阵，是对角线元素相等的上三角矩阵，记

步骤三：最终第k个用户终端对应的GMD-BD预编码矩阵为：

第k个用户终端的解码矩阵为：

W_k＝Q_k

所述方法接收端接收信号时，第k个用户终端的解码步骤包括：

步骤一：F_k由H_k补矩阵的零空间向量组成，因此编码矩阵满足：

表明接收信号中的干扰项可以被消除，即可以完全消除多用户干扰，因此，接收到的信号y_k为：

y_k＝γP_LEDm_IH_kF_kd_k+n_k；

步骤二：采用DFE非线性接收机和解码矩阵联合从y_k中恢复出用户所需数据d_k；

首先接收到第k个用户的L_k个数据流，对每一个数据流用一个线性解码向量进行解码，第L_k个数据流率先解码判决恢复出用户信息d_k,Lk，然后依次从解码后的符号中消除已恢复出来的用户信息d_k,v来减少码间串扰，恢复的用户信息为：

其中，b_k(u,v)＝γP_LEDm_IR_k(u,v)，其中R_k(u,v)表示R_k的第(u,v)项，Q[]表示信号的判决。