一种室内可见光通信系统的功率分配方法及设备技术方案

本发明专利技术公开了一种室内可见光通信系统的功率分配方法及设备，属于光通信系统技术领域，用于解决在MIMO

【技术实现步骤摘要】
一种室内可见光通信系统的功率分配方法及设备


[0001]本申请涉及光通信系统领域，尤其涉及一种室内可见光通信系统的功率分配方法及设备。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，室内通信的数据流量在不断提升，作为一种绿色通信技术，可见光通信(Visible Light Communications，VLC)系统主要利用可见光照射波段的光源作为信息传播媒体，兼顾照明功能的同时，通过发光二极管(light
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emitting diode，LED)发射出高速改变的人眼难以察觉的光信号进行通信。多个LED阵列可以与接收端设备很自然的构成可见光多输入多输出(Multiple
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Input Multiple
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Outpu，MIMO)系统。MIMO的分集增益和复用增益会使传输的可靠性和传输速率都得到有效的提升，还可以使空分多址得到实现，系统的通信容量得到有效的提升。
[0003]正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是一种可以将子载波之间的正交性充分利用的多载波调制技术，它可以提升传输速度并减少码间串扰(InterSymbol Interference，ISI)，具有极强的抗多径干扰能力。将MIMO与OFDM技术相结合应用于VLC系统，在提高数据速率和抗干扰能力上具有优越性。在MIMO
‑
OFDM VLC系统中，用户不同数据流的增益大不相同，如果在发送阶段仍将相同的功率分配给用户数据流，则毫无疑问将造成功率损耗，并且会限制频谱效率和系统容量的提升，难以根据用户的信道状态分配适当的电信号功率，容易对系统中功率利用率以及频谱利用率造成资源的浪费。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种室内可见光通信系统的功率分配方法及设备，用于解决如下技术问题：在MIMO
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OFDM VLC系统中，难以根据自适应的调制阶数合理分配系统功率，造成了功率损耗，降低了系统的传输速率和信道容量。
[0005]本申请实施例采用下述技术方案：
[0006]一方面，本申请实施例提供了一种室内可见光通信系统的功率分配方法，包括：对预设可见光多输入对输出系统进行正交频分复用的多载波调制，构建自适应可见光通信系统；其中，所述自适应可见光通信系统包括：重复编码自适应可见光通信系统与空分复用自适应可见光通信系统；根据自适应可见光通信系统中的子载波调制阶数，对所述自适应可见光通信系统进行频谱效率计算，分别得到重复编码自适应可见光通信系统的第一频谱效率与所述空分复用自适应可见光通信系统的第二频谱效率；将预设萤火虫算法进行模拟退火操作以及收敛更新，得到混合萤火虫算法；通过所述混合萤火虫算法，对所述第一频谱效率以及所述第二频谱效率进行迭代优化，并进行频谱效率最大化的筛选，得到分配子载波功率；根据所述分配子载波功率以及所述子载波调制阶数，对所述自适应可见光通信系统中的信噪比进行对比计算，得到优化频谱效率，以确定所述自适应可见光通信系统中每个
子信号通道上分配的功率。
[0007]本申请实施例通过室内MIMO
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OFDM VLC自适应系统(自适应可见光通信系统)，该系统自适应的在重复编码(Repeat Coding，RC)和空分复用(Spatial Multiplexing，SMP)两种MIMO模式中进行选择，在满足目标BER的情况下，自适应的选择频谱效率大的MIMO模式，自适应的选择调制阶数，对功率进行分配。有利于根据用户具体的数据流发送不同的通信功率，减少了不必要的功率损耗，提升了频谱效率和MIMO
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OFDM VLC自适应系统的容量，增强了功率资源的利用率以及系统的频谱利用率。
[0008]在一种可行的实施方式中，对预设可见光多输入对输出系统进行正交频分复用的多载波调制，构建自适应可见光通信系统，具体包括：基于所述可见光多输入对输出系统、正交频分复用技术以及可见光通信系统的相互结合，将预设PSK序列产生器产生的序列信号发送到OFDM调制器中；通过预设的低通滤波器，将所述序列信号进行信号滤波，得到滤波后的序列信号；通过预设的高斯滤波器，对所述滤波后的序列信号对应的电信号进行OFDM解调，确定出空分复用的序列信号，并构建出所述空分复用自适应可见光通信系统；所述自适应可见光通信系统由所述空分复用自适应可见光通信系统与所述重复编码自适应可见光通信系统组成。
[0009]在一种可行的实施方式中，在通过预设的低通滤波器，将所述序列信号进行信号滤波，得到滤波后的序列信号之后，所述方法还包括：根据重复编码中天线信息的不同，对所述滤波后的序列信号进行多次比特采样；将多次比特采样后的序列信号进行延迟处理；通过预设的高斯滤波器，对所述延迟处理后的序列信号对应的电信号进行OFDM解调，确定出重复编码的序列信号，并构建出所述重复编码自适应可见光通信系统。
[0010]在一种可行的实施方式中，根据自适应可见光通信系统中的子载波调制阶数，对所述自适应可见光通信系统进行频谱效率计算，分别得到重复编码自适应可见光通信系统的第一频谱效率与所述空分复用自适应可见光通信系统的第二频谱效率，具体包括：根据得到所述第一频谱效率SE
RC
；其中，D
RC,k
为第k个子载波的调制阶数，Hz为赫兹，s为秒，bits为比特，RC为重复编码，N为子载波的个数，N
CP
为子载波的功率谱密度；根据得到所述第二频谱效率SE
SMP
；其中，N
T
为LED灯的个数，n
t
为常数，D
SMP,k
(n
t
)表示应用于第k个子载波和第n
t
个LED上的调制阶数。
[0011]在一种可行的实施方式中，在得到所述第一频谱效率SE
RC
之后，所述方法还包括：根据得到信噪比SNR与误比特率BER的相互关系；其中，M为子载波调制阶数，PSK为序列信号，QAM为正交振幅调制，Q为正交振幅调制运算，γ为子载波在LED灯上的信噪比，γ包括：在第k子载波上的重复编码信噪比γ
RC,k
以及在第k子载波上的空分复用信噪比γ
SMP,k
。
[0012]在一种可行的实施方式中，将预设萤火虫算法进行模拟退火操作以及收敛更新，得到混合萤火虫算法，具体包括：根据所述萤火虫算法中的随机初始值，对所述萤火虫算法进行全局最优搜索，得到若干较优全局值；对所述若干较优全局值进行模拟退火操作，得到最优全局值；将所述最优全局值更新到下一个萤火虫算法群体中，并进行反复迭代更新判断，得到所述混合萤火虫算法。
[0013]本申请实施例通过萤火虫算法(FA)具有更强的全局优化能力的特点，结合模拟退火算法(SA)的局部优化能力较强的特点，进行全局最优搜索的取长补短，大大提高了混合萤火虫算法的效率，能够迅速的找出全局最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种室内可见光通信系统的功率分配方法，其特征在于，所述方法包括：对预设可见光多输入对输出系统进行正交频分复用的多载波调制，构建自适应可见光通信系统；其中，所述自适应可见光通信系统包括：重复编码自适应可见光通信系统与空分复用自适应可见光通信系统；根据自适应可见光通信系统中的子载波调制阶数，对所述自适应可见光通信系统进行频谱效率计算，分别得到重复编码自适应可见光通信系统的第一频谱效率与所述空分复用自适应可见光通信系统的第二频谱效率；将预设萤火虫算法进行模拟退火操作以及收敛更新，得到混合萤火虫算法；通过所述混合萤火虫算法，对所述第一频谱效率以及所述第二频谱效率进行迭代优化，并进行频谱效率最大化的筛选，得到分配子载波功率；根据所述分配子载波功率以及所述子载波调制阶数，对所述自适应可见光通信系统中的信噪比进行对比计算，得到优化频谱效率，以确定所述自适应可见光通信系统中每个子信号通道上分配的功率。2.根据权利要求1所述的一种室内可见光通信系统的功率分配方法，其特征在于，对预设可见光多输入对输出系统进行正交频分复用的多载波调制，构建自适应可见光通信系统，具体包括：基于所述可见光多输入对输出系统、正交频分复用技术以及可见光通信系统的相互结合，将预设PSK序列产生器产生的序列信号发送到OFDM调制器中；通过预设的低通滤波器，将所述序列信号进行信号滤波，得到滤波后的序列信号；通过预设的高斯滤波器，对所述滤波后的序列信号对应的电信号进行OFDM解调，确定出空分复用的序列信号，并构建出所述空分复用自适应可见光通信系统；所述自适应可见光通信系统由所述空分复用自适应可见光通信系统与所述重复编码自适应可见光通信系统组成。3.根据权利要求2所述的一种室内可见光通信系统的功率分配方法，其特征在于，在通过预设的低通滤波器，将所述序列信号进行信号滤波，得到滤波后的序列信号之后，所述方法还包括：根据重复编码中天线信息的不同，对所述滤波后的序列信号进行多次比特采样；将多次比特采样后的序列信号进行延迟处理；通过预设的高斯滤波器，对所述延迟处理后的序列信号对应的电信号进行OFDM解调，确定出重复编码的序列信号，并构建出所述重复编码自适应可见光通信系统。4.根据权利要求1所述的一种室内可见光通信系统的功率分配方法，其特征在于，根据自适应可见光通信系统中的子载波调制阶数，对所述自适应可见光通信系统进行频谱效率计算，分别得到重复编码自适应可见光通信系统的第一频谱效率与所述空分复用自适应可见光通信系统的第二频谱效率，具体包括：根据得到所述第一频谱效率SE
RC
；其中，D
RC,k
为第k个子载波的调制阶数，Hz为赫兹，s为秒，bits为比特，RC为重复编码，N为子载波的个数，N
CP
为子载波的功率谱密度；
根据得到所述第二频谱效率SE
SMP
；其中，N
T
为LED灯的个数，n
t
为常数，D
SMP,k
(n
t
)表示应用于第k个子载波和第n
t
个LED上的调制阶数。5.根据权利要求4所述的一种室内可见光通信系统的功率分配方法，其特征在于，在得到所述第一频谱效率SE
RC
之后，所述方法还包括：根据得到信噪比SNR与误比特率BER的相互关系；其中，M为子载波调制阶数，PSK为序列信号，QAM为正交振幅调制，Q为正交振幅调制运算，γ为子载波在LED灯上的信噪比，γ包括：在第k子载波上的重复编码信噪比γ
RC,k
以及在第k子载波上的空分复用信噪比γ
SMP,k
。6.根据权利要求1所述的一种室内可见光通信系统的功率分配方法，其特征在于，将预设萤火虫算法进行模拟退火操作以及收敛更新，得到混合萤火虫算法，具体包括：根据所述萤火虫算法中的随机初始值...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞，蔺香运，郭银景，孙红雨，郇鹏飞，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：