CN110266382A - 一种基于可见光通信mu-mimo-ofdm系统的多维度混合调光方法 - Google Patents
一种基于可见光通信mu-mimo-ofdm系统的多维度混合调光方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于可见光通信MU‑MIMO‑OFDM系统的多维度混合调光方法，属于无线通信领域。首先构建混合调光模块，设计预编码矩阵，将编码后的信号通过可见光通信信道传送给接收端的用户，计算用户信道矩阵的直流增益；分析对单个用户的接收向量，得到用户的信噪比以及引入削峰后的时域信号，建立各用户的误比特率表达式。基于用户的等效信道矩阵，以系统的最大误比特率为约束条件，设计最大化最小奇异值的发端天线选择算法，确定最优的工作LED集合。本发明有效提高调光精度并降低用户信道相关性，能够有效改善用户等效信道的增益，有效增强接收端信号的信干噪比和误码率性能。
Description
技术领域
本发明属于无线通信领域，具体涉及一种基于可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的多维度混合调光方法。
背景技术
在过去的二十年里移动数据流量呈现指数增长，传统射频移动通信的局限性日益明显。作为近年来快速发展的新型通信技术之一，可见光通信(Visible LightCommunication,VLC)拥有数百太赫兹无需授权的可见光频谱，并且能够附加在现有的照明基础设施上进行通信。此外，VLC不会对同一个小区内的射频通信造成干扰，对人体无辐射安全性高。这些优点促进了可见光通信飞速发展，与此同时也对可见光通信系统提出了更高的要求。
为了保证足够亮度，室内照明中通常采用多个LED，从而可以天然地与接收端的多个用户构成可见光多用户多输入多输出(Multi-user Multiple-Input Multiple-Output,MU-MIMO)系统[1]。同时，目前商用发光二极管(Light Emitting Diode,LED)调制带宽(几十兆赫兹)，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)等多载波调制技术也在VLC中得到应用，从而实现更高的频谱效率[2]。综上所述，研究可见光MU-MIMO-OFDM系统对于满足室内多用户高速通信的需求具有重要意义。
需要说明的是，照明仍然是LED的首要功能，为了在不同亮度等级下实现高速的数据传输，调光技术对于可见光通信的实际应用具有重要意义。然而，现有的调光技术主要基于单一的信号域与空间域，分别牺牲了系统较大的通信性能。例如模拟调光(AnalogueDimming,AD)技术容易引起削峰噪声，特别是对于信号峰均功率比(Peak to AveragePower Ratio,PAPR)[3]较高的可见光OFDM系统具有较大影响；数字调光技术(DigitalDimming,DD)通常需要结合脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)来实现不同的占空比，难以实现同步，并限制了系统的通信数据率[4]；空间调光技术虽然能够克服上述调光技术中的削峰噪声和速率受限的问题，但是调光精度仍然不足。此外，上述调光技术还没有考虑到MU-MIMO系统中的多用户干扰(Multi-User Interference,MUI)，从而难以在不同亮度等级下优化可见光MU-MIMO系统的通信性能。
因此，需要研究一种既能实现高精度调光，又能实现高速可靠通信的调光技术，从而在可见光系统中实现更好的通信与照明性能。
[1]L.Zeng,D.C.O’Brien,H.L.Minh,G.E.Faulkner,K.Lee,D.Jung,Y.Oh,andE.T.Won,《使用白光LED照明的高速率多输入多输出(MIMO)光学无线通信》.IEEE通信选定领域期刊[J].2009.27(9)：1654-1662.
[2]M.Noshad and M.Brandt pearce,《可见光通信可以提供每秒千兆位的服务吗？》.Medicina Oral Patologia Oral Y Cirugia Bucal[J].2013.10(2):92–102.
[3]F.Zafar,D.Karunatilaka,and R.Parthiban,《可见光通信的调光方案：研究状况》.IEEE无线通信[J].2015.22(2):29–35.
[4]J.-h.Choi,E.-b.Cho,Z.Ghassemlooy,S.Kim,and C.G.Lee,《采用PPM和PWM格式用于同步数据传输和调光的可见光通信》.光学和量子电子学[J].2015.47(3):561–574.
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种基于可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的多维度混合调光方法，通过设计发射端天线选择(Transmit Antenna Selection,TAS)算法，选择系统在不同亮度下通信性能最优的工作LED集合，实现兼容照明的多用户高速通信性能和高精度调光。
具体实施步骤为：
步骤一、构建室内可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的混合调光模块，并计算实际激活的工作LED数目，构成初始的工作LED集合；
混合调光模块中发送端包括Nt个LED，从中激活nt个LED满足接收端K个用户的通信和照明需求；接收端包括Nr个PD，且满足nt≥Nr；针对第j个接收端用户，分配Nr,j个PD，同时传输多条数据流。
混合调光模块联合空间和模拟两个维度设计而成，可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的归一化调光等级为：
其中，IB表示工作的LED混合调光所采用的直流偏置，I0定义为通信性能最优的参考直流偏置；
经过四舍五入取整，实际激活的工作LED集合数目为Na＝[μNt]；且所有工作的LED的直流偏置IB表示为：
步骤二、混合调光模块控制将每个用户发送的多路比特经过正交幅度调制后映射为复信号，输入到各用户的预编码矩阵中进行编码，编码后的信号再映射到各LED上，得到每个LED的频域复信号；
第j个用户的预编码矩阵Wj，表示如下：
其中，表示Nr,j×Nr,j的酉矩阵，为第j个用户的信道矩阵的零空间，由奇异值分解得到；第j个用户中每个PD和每个工作LED构成的信道矩阵表示为：
其中，hq,i表示第i个LED和第j个用户的第q个PD构成的LoS链路的信道直流增益；
步骤三、将每个LED的频域复信号经过傅里叶反变换得到每个LED的时域OFDM信号，将所有的时域信号叠加直流偏置IB，构成实际工作LED的驱动信号，经过电光转换，经发送端LED发出；
LED的驱动信号为为第j个用户的多路比特经过映射后的复信号组成的发送向量；
步骤四、针对各接收用户，LED发出的可见光信号经过信道传输，接收端用户通过各自的解码酉矩阵，恢复自身的发送信号向量；
LED发出的可见光信号经过信道传输后，相当于分别左乘了各用户的信道矩阵；且用户数据在发送端进行了BD预编码，接收信号已经去除了其他用户的信号干扰；
第j个用户的解码酉矩阵Uj为Nr,j×Nr,j的矩阵；
第j个用户的接收信号向量表示为：
其中，R表示PD的光电转换系数，为第j个用户的信道中的加性高斯噪声向量；ΔI＝min(Ih-IB,IB-Il)表示时域OFDM信号的幅度；Il为LED动态区间输入的电流最小值，Ih为LED动态区间输入的电流最大值；为调制系数，其中ηdB＝10log(1+η2)为时域OFDM信号的削峰调节参数；Pe为时域OFDM信号向量的电功率；
步骤五、分析由于非线性每个工作LED引入到用户信号中的等效削峰噪声，并进行建模。
第j个用户的等效削峰噪声的建模公式为
其中，表示每个工作LED的时域OFDM信号的削峰噪声功率；
针对第i个工作的LED经过削峰后的时域信号公式表示为：
其中，F表示时域信号造成的衰减系数，wclip为时域信号的削峰噪声，由LED的非线性效应引入，wclip服从0均值的高斯分布，方差为削峰噪声功率
步骤六、每个用户的加性高斯噪声和削峰噪声构成了各用户的等效噪声，利用等效噪声分别计算各用户的有效信噪比；
第j个用户的有效信噪比Γj(elec)计算公式如下：
λj,q为第j个用户的对角矩阵Λj的奇异值，对应第q条数据流。对角矩阵Λj由第j个用户信道矩阵的奇异值构成。GB＝(N-2)/N表示子载波利用率，N表示子载波数；表示第j个用户的等效噪声，M表示每个用户的比特流QAM调制过程采用的调制阶数。
步骤七、利用用户的有效信噪比建立该用户的误码率表达式。
接收端第j个用户的可达误码率BERj用公式表示为：
其中，Q(·)表示标准正态分布的互补累计分布函数。
步骤八、设计基于最大化最小奇异值的TAS算法，从所有的LED中确定最优的工作LED集合，降低用户信道的相关性，提升接收端用户的有效信噪比，从而保障用户的误码率性能。
具体步骤如下：
步骤801、从Nt个LED中任选Na个作为实际工作LED集合，共形成个候选集合，从中选择一个集合S投入使用，其中|S|＝Na；
步骤802、针对实际K个用户，构建由集合S中的各LED和每个用户的各PD组成的信道矩阵，并计算各用户的对角矩阵；
Λj,S表示当工作LED集合为S时，第j个用户的信道矩阵的奇异值构成的对角矩阵；
用数学公式求得：
Hj,S为集合S中的各LED和第j个用户的各PD构成的信道矩阵；为用户信道矩阵Hj,S的零空间，由奇异值分解得到。表示NS,j×NS,j的酉矩阵；Uj,S为Nr,j×Nr,j的酉矩阵。
步骤803、根据每个用户的对角矩阵计算各用户的最小奇异值；
第j个用户的最小奇异值表达式为：
步骤804、利用每个用户的最小奇异值的平方除以有效信号功率的比值，得到K个比值，从中选择最小的比值作为集合S的比值；
数学表示：
步骤805、返回步骤801，选择下一个候选集合，依次计算每个候选集合的比值；从个比值中选择最大值，对应的LED集合作为最优工作LED集合Sopt：
本发明的优点在于：
1.一种基于可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的多维度混合调光方法，有效降低了用户信道的相关性，改善通信系统性能；
2.一种基于可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的多维度混合调光方法，有效降低了LED线性区域约束引起的信号削峰噪声；
3.一种基于可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的多维度混合调光方法，最大化用户的接收信干噪比；
4.一种基于可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的多维度混合调光方法，实现用户通信和照明的有效兼容；
5.一种基于可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的多维度混合调光方法，改善室内的大部分区域接收机的误码率性能；
6.一种基于可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的多维度混合调光方法，可靠性和调光精度方面均优于同类方案。
附图说明
图1为本发明典型室内场景中的可见光MU-MIMO-OFDM系统下行链路模块示意图；
图2为本发明一种基于可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的多维度混合调光方法流程图；
图3为本发明可见光MU-MIMO-OFDM系统混合调光的模块示意图；
图4为本发明实施例提供的仿真场景示意图；
图5为本发明中HD-BD和AD-BD方案的用户SINDR随调光等级变化的性能曲线对比图；
图6为本发明中HD-BD和AD-BD方案在不同调光等级的BER性能曲线对比图；
图7为本发明中在用户1的位置固定、调光等级固定的条件下，HD-BD和AD-BD方案的BER随用户2位置的分布情况对比图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更加清楚地理解和实施本发明，下面结合附图以具体实施例的方式，详细阐述本发明实施例的技术方案。
本发明一种基于可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的下行链路模块，如图1所示，每个用户的多路比特流分别经过QAM调制，映射为复信号向量d输入到各用户设计的预编码矩阵W中，经过系列变换后，映射到各工作LED上，得到每个LED的频域复信号每路频域复信号均经过Hermitian对称和IFFT变换，得到各自对应的时域OFDM信号再叠加直流偏置，构成实际工作各LED的驱动信号通过VLC信道发出，接收端的各光接收机分别接收LED的驱动信号左乘各用户的解码酉矩阵U，并经过FFT变换和QAM调制，得到各用户自身的接收信号向量。
调制包括正交幅度调制或星座映射。
如图2所示，具体实施步骤为：
步骤一、构建室内可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的混合调光模块，并计算实际激活的工作LED数目，构成初始的工作LED集合；
混合调光模块中发送端包括Nt个LED，从中激活nt个LED满足接收端K个用户的通信和照明需求；
接收端包括Nr个PD，且满足nt≥Nr；相比于MU-MISO-OFDM系统，第j个接收端用户通常采用Nr,j个PD，同时传输多条数据流。
如图3所示，在HD-BD方案中首先确定实际工作LED数Na和直流偏置IB，然后通过发送天线选择确定工作LED集合S，随后基于S组成的信道矩阵完成BD预编码，接下来预编码信号将依次完成Hermitian对称和IFFT变换，生成时域OFDM信号；直流偏置IB将叠加在时域OFDM信号上组成LED驱动信号完成电-光转换，将光信号发送到可见光信道。
混合调光模块联合空间和模拟两个维度设计而成，可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的归一化调光等级为：
其中，IB表示工作的LED混合调光所采用的直流偏置，I0定义为通信性能最优的参考直流偏置；I0＝(Ih+Il)/2；Il为LED动态区间输入电流的最小值，Ih为LED动态区间输入电流的最大值；
由于信号的直流偏置高于或低于I0时都会增加信号的削峰噪声，因此在混合调光过程中，应该尽可能保持IB不变或工作在I0的附近，通过改变Nt将亮度调节到所需的调光等级附近。
由给定的调光等级μ和LED总数Nt，经过四舍五入取整，实际激活的工作LED集合数目为Na＝[nt]＝[μNt]；且所有工作的LED的直流偏置IB表示为：
本发明联合空间和模拟维度，建立系统BER与工作LED数目和信号直流偏置的函数关系表达式，实现系统高精度调光并保障系统的通信性能。
步骤二、混合调光模块控制将每个用户发送的多路比特经过正交幅度调制后映射为复信号，输入到各用户的预编码矩阵中进行编码，编码后的信号再映射到各LED上，得到每个LED的频域复信号；
第j个用户的预编码矩阵Wj，表示如下：
其中，表示Nr,j×Nr,j的酉矩阵，为第j个用户的信道矩阵的零空间，由奇异值分解得到；
通常在可见光通信链路中，LoS链路的接收信号功率占接收信号功率的绝大部分。因此，本发明仅考虑LoS路径的可见光信道，计算单用户的信道矩阵与直流增益；
第j个用户中每个PD和每个工作LED构成的信道矩阵表示为：
其中，hq,i表示第i个LED和第j个用户的第q个PD构成的LoS链路的信道直流增益，表示为：
其中，表示朗泊辐射阶数，Φ1/2为LED的半功率辐射角；A表示每个PD的有效检测面积，dq,i表示第j个用户的第q个PD到发送端第i个LED的距离，φ表示相对于发送端平面轴线的出射角，ψq, i表示第q个PD相对于发送端第i个LED平面轴线的出射角，g(ψq,i)代表第j个接收端用户的增益，表示为：
其中，表示PD的折射系数，Ψc代表PD的视场角(Field of View,FoV)。
借鉴传统无线通信中的研究方案，采用块对角化预编码(Block DiagonalizationPrecoding,BDP)来消除MUI，预编码矩阵满足：HjWl＝0,j≠l。
首先，定义一个(Nr-Nr,j)×nt维的矩阵接下来对Hj进行奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)从而得到第j个用户的等效信道矩阵然后对进行奇异值分解：
其中，Λj为Nr,j维的对角矩阵，由的奇异值构成；为第j个用户的信道矩阵，Uj为第j个用户的Nr,j×Nr,j左乘酉矩阵，用于接收端用户的解码；为Nr,j×Nr,j的右乘酉矩阵，用于发送数据的预编码。
步骤三、将每个LED的频域复信号经过傅里叶反变换得到每个LED的时域OFDM信号，将所有的时域信号叠加直流偏置IB，构成实际工作LED的驱动信号，经过电光转换，经发送端LED发出；
为了消除多条用户数据流引入的MUI，用户的信号向量会乘以预编码矩阵不同用户的信号在预编码后相互叠加，组成发送端频域OFDM信号向量经由nt个工作LED发送，其中第i个LED上发送的频域OFDM信号表示为：
LED的驱动信号为为第j个用户的多路比特经过映射后的复信号组成的发送向量；
步骤四、针对各接收用户，LED发出的可见光信号经过通信信道传输，接收端用户通过各自的解码酉矩阵，恢复自身的发送信号向量；
LED发出的可见光信号经过信道传输后，相当于分别左乘了各用户的信道矩阵；且用户数据在发送端进行了BD预编码，接收信号已经去除了其他用户的信号干扰；
第j个用户的接收信号向量表示为：
其中，R表示PD的光电转换系数，为第j个用户的信道中的均值为0、协方差矩阵Rn＝σ2I的加性高斯噪声向量；ΔI表示时域OFDM信号的幅度；ΔI＝min(Ih-IB,IB-Il)；为调制系数，其中ηdB＝10log(1+η2)为削峰系数，用于调节时域OFDM信号的削峰程度；
Pe为时域OFDM信号向量的电功率；
步骤五、分析由于非线性每个工作LED引入到用户信号中的等效削峰噪声，并进行建模。
第j个用户的等效削峰噪声的建模公式为
其中，表示每个工作的LED的时域OFDM信号的削峰噪声功率；
根据Bussgang定理第i个工作的LED经过削峰后的时域信号公式表示为：
其中，F表示时域信号造成的衰减系数，F＝Q(λb)-Q(λt)；λb＝(IB-Il)/σx表示归一化顶部的削峰系数；λt＝(Ih-IB)/σx表示归一化底部的削峰系数，表示时域OFDM信号的功率，wclip服从0均值的高斯分布，方差为削峰噪声功率表示为：
为标准正态分布的概率密度函数，表示标准正态分布的右尾函数。
步骤六、每个用户的加性高斯噪声和削峰噪声构成了各用户的等效噪声，利用等效噪声分别计算各用户的有效信噪比；
在每个子载波上，信号向量xi中第q个符号对应地被第j个用户的第q个PD解调。由此可以得到该条数据流上接收到信号的有效SNR，第j个用户的有效信噪比Γj(elec)计算公式如下：
λj,q为第j个用户的对角矩阵Λj的奇异值，对应第q条数据流。对角矩阵Λj由第j个用户的信道矩阵的奇异值构成。GB＝(N-2)/N表示子载波利用率，N表示子载波数；表示第j个用户的等效噪声，M表示每个用户的比特流QAM调制过程采用的调制阶数。
将代入，用户的有效SNR公式改写为：
步骤七、利用用户的有效信噪比建立该用户的误码率表达式。
接收端第j个用户的可达误码率BERj用公式表示为：
其中，Q(·)表示标准正态分布的互补累计分布函数。
通过上述分析，系统可达的BER性能不仅与多个用户信道的奇异值相关，而且还受到工作LED的数量Na和时域信号的幅度约束ΔI的影响。因此，可见光多用户系统与传统的基于射频的多用户系统不同，对于固定的发射功率预算，系统的通信性能受到照明要求和工作LED子集的共同集合的约束。
步骤八、基于用户的等效信道矩阵，以系统最大的误比特率为约束条件，设计基于最大化最小奇异值的发射天线选择(Maxized Minimum Singular Value based TransmitAntennaSelection,TAS-MMSV)算法，确定最优的工作LED集合，降低用户信道的相关性。
由于每个LED与用户之间的等效信道矩阵的奇异值不同，应该选择最佳工作LED集合用于混合调光控制。具体步骤如下：
步骤801、从Nt个LED中任选Na个作为实际工作LED集合，共形成个候选集合，从中选择一个集合S投入使用；
|S|＝Na；
步骤802、针对实际K个用户，构建由集合S中的各LED和每个用户的各PD组成的信道矩阵，并计算各用户的对角矩阵；
Λj,S表示当工作LED集合为S时，第j个用户的信道矩阵的奇异值构成的对角矩阵；
用数学公式求得：
Hj,S为集合S中的各LED和第j个用户的各PD构成的信道矩阵；为用户信道矩阵Hj,S的零空间，由奇异值分解得到。表示NS,j×NS,j的酉矩阵；Uj,S为Nr,j×Nr,j的酉矩阵。
步骤803、根据每个用户的对角矩阵计算各用户的最小奇异值(Minimum SingularValue,MSV)；
第j个用户的最小奇异值表达式为：
步骤804、利用每个用户的最小奇异值的平方除以有效信号功率的比值，得到K个比值，从中选择最小的比值作为集合S的比值；
数学表示：
步骤805、返回步骤801，选择下一个候选集合，依次计算每个候选集合的比值；从个比值中选择最大值，对应的LED集合作为最优工作LED集合Sopt：
本发明实施例提供的仿真场景如图4所示，建立XYZ坐标系，用户1和用户2在室内地板上，LED阵列位于天花板上，房间长度和宽度都是4米，高度为3.85米，LED阵列位于离天花板0.85米处；
本发明的混合调光方案与传统调光方案的的性能对比示意图，如图5和图6所示，HD-BD表示本发明的混合调光方案，AD-BD表示模拟调光方案。在调光水平一致的情况下，采用HD-BD技术可以获得比AD-BD技术更高的用户信干噪比SINDR。这是由于HD-BD技术将OFDM信号的直流偏置设置在参考偏置附近，可以显著地降低由于OFDM信号高峰均比和LED动态区间带来的削峰噪声，从而提升接收端用户的SINDR。同时可以看到，较高的调光等级会导致SINDR增加，这是因为OFDM的削峰程度降低了。在误比特率要求相同的情况下，固定调光水平λ，采用HD-BD的系统相比采用AD-BD的系统具有12dB增益，性能增益随着调光水平的增加而缩小。并且当调光等级为100％，HD-BD和AD-BD显示相同的BER性能，这是因为两种方式工作LED集合和DC偏置配置是不同的。更多的LED被用于调光控制且信道矩阵的相关性增加，对于采用HD-BD方案的系统，较高的调光水平会导致较高的BER。在100％亮度等级时，HD-BD和AD-BD技术获得相同的BER性能，这是由于两种技术在这种情况下均激活了全部的LED并将直流偏置设置为参考值I0。
在用户1的位置固定、调光等级固定的条件下，HD-BD和AD-BD方案的BER随用户2位置的分布情况如图7所示，用户在室内移动的情况下，采用HD-BD方案比采用系统AD-BD方案的系统表现出更优的BER性能。在信噪比为40dB，调光等级为90％时，用户1被固定在(-1，-1，0)，用户2在地面上移动。由于HD-BD方案可以有效地抑制每个工作LED的削峰噪声并选择最佳工作LED集合，本发明所提算法可以改善房间的大部分区域的BER性能。
综上所述，通过实施本发明实施例的一种基于可见光MU-MIMO-OFDM系统的HD-BD方案，可以实现亮度调节控制并选择最佳工作LED集合，优化系统通信性能。与传统的AD-BD方案相比，HD-BD方案可以有效地减轻LED动态区间有效而引起的信号削峰失真，并改善接收机的SINDR、BER性能，其可靠性和调光精度方面均优于同类方案。
以上所述是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的多维度混合调光方法，其特征在于，具体实施步骤为：
步骤一、构建室内可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的混合调光模块，并计算实际激活的工作LED数目Na，构成初始的工作LED集合；
混合调光模块中发送端包括Nt个LED，从中激活nt个LED满足接收端K个用户的通信和照明需求；接收端包括Nr个PD，且满足nt≥Nr；针对第j个接收端用户，分配Nr,j个PD，同时传输多条数据流；
步骤二、混合调光模块控制将每个用户发送的多路比特经过正交幅度调制后映射为复信号，输入到各用户的预编码矩阵中进行编码，编码后的信号再映射到各LED上，得到每个LED的频域复信号；
第j个用户的预编码矩阵Wj，表示如下：
其中，表示Nr,j×Nr,j的酉矩阵，为第j个用户的信道矩阵的零空间，由奇异值分解得到；第j个用户中每个PD和每个工作LED构成的信道矩阵表示为：
其中，hq,i表示第i个LED和第j个用户的第q个PD构成的LoS链路的信道直流增益；
步骤三、将每个LED的频域复信号经过傅里叶反变换得到每个LED的OFDM时域信号，将所有的时域信号叠加直流偏置，构成实际工作LED的驱动信号，经过电光转换，经发送端LED发出；
LED的驱动信号为 为第j个用户的多路比特经过映射后的复信号组成的发送向量；
步骤四、针对各接收用户，LED发出的可见光信号经过信道传输，接收端用户通过各自的解码酉矩阵，恢复自身的发送信号向量；
LED发出的可见光信号经过信道传输后，相当于分别左乘了各用户的信道矩阵；且用户数据在发送端进行了BD预编码，接收信号已经去除了其他用户的信号干扰；
第j个用户的解码酉矩阵Uj为Nr,j×Nr,j的矩阵；
第j个用户的接收信号向量表示为：
其中，R表示PD的光电转换系数，为第j个用户的信道中的加性高斯噪声向量；ΔI＝min(Ih-IB,IB-Il)表示时域OFDM信号的幅度；Il为LED动态区间输入的电流最小值，Ih为LED动态区间输入的电流最大值；为调制系数，其中ηdB＝10log(1+η2)为时域OFDM信号的削峰调节参数；Pe为OFDM时域信号向量的电功率；
步骤五、分析由于非线性每个工作LED引入到用户信号中的等效削峰噪声，并进行建模。
第j个用户的等效削峰噪声的建模公式为
其中，表示每个工作LED的OFDM时域信号的削峰噪声功率；
针对第i个工作的LED经过削峰后的时域信号公式表示为：
其中，F表示时域信号造成的衰减系数，wclip为时域信号的削峰噪声，由LED的非线性效应引入，wclip服从0均值的高斯分布，方差为削峰噪声功率
步骤六、每个用户的加性高斯噪声和削峰噪声构成了各用户的等效噪声，利用等效噪声分别计算各用户的有效信噪比；
第j个用户的有效信噪比Γj(elec)计算公式如下：
λj,q为第j个用户的对角矩阵Λj的奇异值，对应第q条数据流；对角矩阵Λj由第j个用户信道矩阵的奇异值构成；GB＝(N-2)/N表示子载波利用率，N表示子载波数；表示第j个用户的等效噪声，M表示每个用户的比特流QAM调制过程采用的调制阶数；
步骤七、利用用户的有效信噪比建立该用户的误码率表达式；
接收端第j个用户的可达误码率BERj用公式表示为：
其中，Q(·)表示标准正态分布的互补累计分布函数；
步骤八、设计基于最大化最小奇异值的TAS算法，从所有的LED中确定最优的工作LED集合，降低用户信道的相关性，提升接收端用户的有效信噪比，从而保障用户的误码率性能。
2.如权利要求1所述的一种基于可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的多维度混合调光方法，其特征在于，所述的步骤一中，混合调光模块联合空间和模拟两个维度设计而成，可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的归一化调光等级为：
其中，IB表示工作的LED混合调光所采用的直流偏置，I0定义为通信性能最优的参考直流偏置；
经过四舍五入取整，实际激活的工作LED集合数目为Na＝[μNt]；且所有工作的LED的直流偏置IB表示为：
3.如权利要求1所述的一种基于可见光通信MU-MIMO-OFDM系统的多维度混合调光方法，其特征在于，所述的步骤八具体步骤如下：
步骤801、从Nt个LED中任选Na个作为实际工作LED集合，共形成个候选集合，从中选择一个集合S投入使用，其中|S|＝Na；
步骤802、针对实际K个用户，构建由集合S中的各LED和每个用户的各PD组成的信道矩阵，并计算各用户的对角矩阵；
Λj,S表示当工作LED集合为S时，第j个用户的信道矩阵的奇异值构成的对角矩阵；
用数学公式求得：
Hj,S为集合S中的各LED和第j个用户的各PD构成的信道矩阵；为用户信道矩阵Hj,S的零空间，由奇异值分解得到。表示NS,j×NS,j的酉矩阵；Uj,S为Nr,j×Nr,j的酉矩阵；
步骤803、根据每个用户的对角矩阵计算各用户的最小奇异值；
第j个用户的最小奇异值表达式为：
步骤804、利用每个用户的最小奇异值的平方除以有效信号功率的比值，得到K个比值，从中选择最小的比值作为集合S的比值；
数学表示：
步骤805、返回步骤801，选择下一个候选集合，依次计算每个候选集合的比值；从个比值中选择最大值，对应的LED集合作为最优工作LED集合Sopt：
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