无线紫外光MIMO通信中采用注水算法的功率分配方法组成比例

本发明专利技术公开了无线紫外光MIMO通信中采用注水算法的功率分配方法，具体按照以下步骤进行实施：步骤1，与信号接收端之间建立通信信道，并获取各个子信道的信道状态信息；步骤2，获取当前新到的恶劣程度，并利用线性注水算法计算信道中功率分配的注水线高度；步骤3，判断信道恶劣程度与注水线之间的差值，若注水线高度高于信道恶劣程度，则按两者之间的差值对子信道分配相应的功率，若注水线高度低于信道恶劣程度，则该信道不分配功率；步骤4：获得当前信道中总的信道容量。利用无线紫外光MIMO通信系统建立通信，并在总的发射功率不变的情况下实现信道容量和频谱利用率的提高，提高了无线紫外光通信的稳定性和通信的性能。紫外光通信的稳定性和通信的性能。紫外光通信的稳定性和通信的性能。

【技术实现步骤摘要】
无线紫外光MIMO通信中采用注水算法的功率分配方法


[0001]本专利技术涉及光电信息
，具体为无线紫外光M I MO通信中采用注水算法的功率分配方法。

技术介绍

[0002]紫外光通信采用200nm
‑
280nm波段“日盲”紫外光进行通信，利用该波段紫外光进行通信几乎没有周围环境中背景噪声的干扰，同时紫外光通信不受到周围环境中无线电干扰，具有全天候工作、全方位工作、保密性强等优点。但同时由于无线紫外光需要实现全方位全天候通信，在发射端需要实现发射功率分配。目前主要采用的是等功率分配，将发射端的功率平均分配到每个子信道中，该方法的缺点在于在一些通信效率较低的信道中仍然分配相等的功率，而在通信效率较高的信道中由于分配功率受限，无法实现较高的信息传输速率。
[0003]上述方法在发送功率受限的情况主要通过提高带宽和提高发射功率等方法实现通信效率的提升，降低了带宽利用率，提高了通信成本。

技术实现思路

[0004]为了解决上述在发送功率受限的情况下，不增加频谱带宽，进而提高无线紫外光非直视MIMO通信系统的信道容量，提高通信系统的信息传输速率和频谱利用率。本专利技术提供了如下的技术方案：
[0005]本专利技术的无线紫外光MIMO通信中采用注水算法的功率分配方法，具体按照以下步骤进行实施：
[0006]步骤1，在信号发送端利用等功率分配方法在每个发送天线上分配相等的功率，与信号接收端之间建立通信信道，并获取各个子信道的信道状态信息；
[0007]步骤2，根据各个子信道的信息状态，获取当前新到的恶劣程度，并利用线性注水算法计算信道中功率分配的注水线高度；
[0008]步骤3，判断信道恶劣程度与注水线之间的差值，若注水线高度高于信道恶劣程度，则按两者之间的差值对子信道分配相应的功率，若注水线高度低于信道恶劣程度，则该信道不分配功率；
[0009]步骤4：将各子信道分配的功率代入公式中进行计算，即可获得当前信道中总的信道容量。
[0010]优选的如下：
[0011]步骤1中采用半球形MIMO通信结构构建紫外光MIMO通信信道。
[0012]步骤2中首先利用等功率分配算法获取MIMO通信系统中的信道容量表达式为：
[0013][0014]上式利用拉格朗日模型求解可得拉格朗日函数表达式为：
[0015][0016]对上式求偏导可得利用注水算法在每个信道中分配的功率表达式为：
[0017][0018]其中μ＝λln2，为线性注水算法中从池底到注水线的高度，为子信道中信噪比的倒数，的值越小，表示信道中信噪比越大，信道质量越高，因此在非直视MIMO通信系统中，利用线性注水算法分配给该子信道中的功率就相应的越大。
[0019]步骤4中计算得整个通信系统采用注水算法获得的系统信道容量表达式为：
[0020][0021]其中σ2表示系统中背景噪声方差。
[0022]本专利技术的有益效果是：
[0023]MIMO通信技术通过集成大规模天线来实现多通道并行独立通信，使用天线选择技术可以通过选择部分通信质量高的天线进行数据传输，在总的发射功率不变的情况下，显著降低大规模MIMO通信射频链路的复杂度，并且提高了通信系统的稳定性和可靠性。
[0024]注水算法是依据MIMO通信中总的发射功率不变的情况下，将信号发射端的信道进行分解，可以得到n个独立并行的子信道，依据子信道中的信道质量来分配功率。首先确定信道中每个子信道中等信噪比，然后根据子信道的信道恶劣程度和信号发射端总的发射功率进行计算，获得功率分配的注水线。每个信道质量到注水线的高度就是分配在该信道的功率，分配在信道中功率不同，使得该信道可以传输的通信距离也得到提高，同时可以分配更高的带宽，在此基础上传输更多的信息，使得信道中频谱利用率相比于等功率分配功率得到大幅度提高。
[0025]本专利技术基于注水算法的无线紫外光MIMO通信功率分配系统，利用无线紫外光MIMO通信系统建立通信，并在总的发射功率不变的情况下实现信道容量和频谱利用率的提高，
提高了无线紫外光通信的稳定性和通信的性能。
附图说明
[0026]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0027]图1是本专利技术基于注水算法的无线紫外光MIMO通信功率分配系统示意图；
[0028]图2是本专利技术中无线紫外光MIMO通信系统采用注水算法进行功率分配流程图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。
[0030]在实际应用中，在MIMO通信信道中建立通信信道时，每个通信信道的信道状态不一致，连接不同用户时，也会导致信道中通信质量不相同。采用等功率分配信道中的功率，在信道质量较差的信道中能够传输的信息较少，而信道质量较高的信道中分配的功率因为较少，所以可以传输的信息也相应减少，在MIMO通信系统中信息传输速率较低，整个MIMO通信系统中频谱利用率不高，MIMO通信系统的信道容量较低。
[0031]采用线性注水算法实现功率分配，是在无线紫外光非直视MIMO通信系统中，当信号发射端发射总功率保持不变的情况下，利用线性注水算法，按照信道中的通信质量确定出注水线，并按照注水线和信道质量分配功率，在子信道通信质量高的子信道中分配较高的功率，而在子信道通信质量差一些的子信道中会分配较少功率，子信道通信质量未达到注水线的不分配功率。利用注水算法使得信道中信道质量较高的信道可以分配更多的功率，可以传输更多的信息，传输距离得到提高，而信道质量较差的信道分配功率较少，因此可以传输信息量少，整个通信系统中信息传输的速率得到提升，进而提高了MIMO通信系统的信道容量。
[0032]如图1
‑
2所示，本专利技术无线紫外光MIMO通信中采用注水算法的功率分配方法，包括如下步骤：
[0033]步骤1，在信号发送端利用等功率分配方法在每个发送天线上分配相等的功率，利用收发天线建立M
×
N个通信信道，信道矩阵表示为：
[0034][0035]公式(1)中H表示信道矩阵，h
ij
表示由第i个发射天线和第j个接收天线构成的通信信道，并获取各个子信道的信道状态信息；
[0036]步骤2，根据各个子信道的信息状态，获取当前新到的恶劣程度。首先获得，采用等功率分配方式时，整个通信系统的信道容量C表示为：
[0037][0038]公式(2)中B表示通信系统的带宽大小，I
N
表示单位时间通过信息量，P表示信道发射端的发射功率，σ
n2
表示为噪声功率信道矩阵H的埃尔米特矩阵矩阵表示为HH
H
；
[0039]并利用拉格朗日模型求解可得拉格朗日函数表达式为：
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.无线紫外光MIMO通信中采用注水算法的功率分配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，在信号发送端利用等功率分配方法在每个发送天线上分配相等的功率，利用收发天线建立M
×
N个通信信道，信道矩阵表示为：公式(1)中用H表示信道矩阵，h
ij
表示由第i个发射天线和第j个接收天线构成的通信信道，并获取各个子信道的信道状态信息；步骤2，根据各个子信道的信息状态，获取当前新到的恶劣程度；首先获得，采用等功率分配方式时，整个通信系统的信道容量C表示为：公式(2)中B表示通信系统的带宽大小，I
N
表示单位时间通过信息量，P表示信道发射端的发射功率，σ
n2
表示为噪声功率信道矩阵H的埃尔米特矩阵矩阵表示为HH
H
；并利用拉格朗日模型求解可得拉格朗日函数表达式为：公式(3)中埃尔米特矩阵矩阵的转置矩阵表示为HH
T

【专利技术属性】
技术研发人员：赵太飞，史海泉，孙玉歆，艾晨宇，张雯，苏芊芊，王玮，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：