CN113271145B - 可见光通信功率分配方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种可见光通信功率分配方法、装置及计算机可读存储介质。本申请的可见光通信功率分配方法包括：获取目标信道；获取所述目标信道的低通信道信息；根据所述低通信道信息将所述目标信道进行等效处理，得到至少一个子信道；根据所述低通信道信息得到功率优化方程、功率约束条件；根据所述功率优化方程、所述功率约束条件得到功率分配信息；根据所述功率分配信息为每个所述子信道分配功率。可见光通信功率分配方法考虑了可见光通信系统的低通特性，同时在空域和频域两个维度进行功率分配，提高了功率分配的效率。

Description

可见光通信功率分配方法、装置及计算机可读存储介质
技术领域
本申请涉及但不限于功率分配领域，尤其是涉及一种可见光通信功率分配方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
可见光通信系统利用可见光波段的光作为信息载体，在空气中进行光信号传输以完成无线通信的任务，为提升可见光通信的传输效率，往往采用如注水算法等可见光通信功率分配方法对可见光通信系统实施功率分配。
目前适配与光通信系统的可见光通信功率分配方法存在着功率分配效率低的问题。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种可见光通信功率分配方法，能够解决功率分配效率低的问题。
根据本申请第一方面实施例的可见光通信功率分配方法，所述可见光通信功率分配方法包括：获取目标信道；获取所述目标信道的低通信道信息；根据所述低通信道信息将所述目标信道进行等效处理，得到至少一个子信道；根据所述低通信道信息得到功率优化方程、功率约束条件；根据所述功率优化方程、所述功率约束条件得到功率分配信息；根据所述功率分配信息为每个所述子信道分配功率。
根据本申请实施例的可见光通信功率分配方法，至少具有如下技术效果：可见光通信功率分配方法考虑了可见光通信系统的低通特性，同时在空域和频域两个维度进行功率分配，提高了功率分配的效率。
根据本申请的一些实施例，所述低通信道信息包括低通信道频率响应、信道直流增益矩阵，所述获取所述目标信道的低通信道信息，包括：获取信道增益矩阵；根据所述信道增益矩阵得到低通信道频率响应、信道直流增益矩阵。
根据本申请的一些实施例，所述低通信道信息包括信道直流增益矩阵，所述根据所述低通信道信息将所述目标信道进行等效处理，得到至少一个子信道，包括：对所述信道直流增益矩阵进行奇异值分解，得到所述信道直流增益矩阵的奇异值信息、矩阵秩信息；根据所述奇异值信息、矩阵秩信息将所述目标信道进行等效处理，得到至少一个子信道。
根据本申请的一些实施例，所述根据所述低通信道信息得到功率优化方程、功率约束条件，包括：获取目标信道的功率约束条件；根据所述低通信道信息得到每个所述子信道的速率信息；根据每个所述子信道的速率信息得到所述目标信道的总速率信息；根据所述目标信道的总速率信息得到功率优化方程。
根据本申请的一些实施例，所述获取目标信道的功率约束条件，包括：获取目标信道的总发射功率；根据所述目标信道的总发射功率得到功率约束条件。
根据本申请的一些实施例，所述根据所述功率优化方程、所述功率约束条件得到功率分配信息，包括：获取所述功率优化方程、所述功率约束条件；根据所述功率约束条件对所述功率优化方程求解，得到所述功率分配信息。
根据本申请的一些实施例，所述根据所述功率分配信息为每个所述子信道分配功率，包括：获取功率分配信息；根据所述功率分配信息得到每个所述子信道的功率信息；判断所述每个所述子信道的功率信息是否为有效功率信息，得到判断结果；根据所述判断结果对为每个所述子信道分配功率。
根据本申请第二方面实施例的可见光通信功率分配装置，所述可见光通信功率分配装置包括：信道获取模块，用于获取目标信道；低通信息获取模块，用于获取所述目标信道的低通信道信息；信道等效模块，用于根据所述低通信道信息将所述目标信道进行等效处理，得到至少一个子信道；优化方程生成模块，用于根据所述低通信道信息得到功率优化方程、功率约束条件；分配信息生成模块，用于根据所述功率优化方程、所述功率约束条件得到功率分配信息；功率分配模块，用于根据所述功率分配信息为每个所述子信道分配功率。
根据本申请第三方面实施例的可见光通信功率分配装置，所述可见光通信功率分配装置包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现：本申请上述第一方面实施例的可见光通信功率分配方法。
根据本申请第四方面实施例的计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于：执行上述第一方面实施例所述的可见光通信功率分配方法。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过申请的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：
图1是本申请一个实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图；
图2是本申请另一个实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图；
图3是本申请另一个实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图；
图4是本申请另一个实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图；
图5是本申请另一个实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图；
图6是本申请另一个实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图；
图7是本申请另一个实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图；
图8是本申请另一个实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图；
图9是本申请一个实施例提供的可见光通信功率分配方法与常规的等功率分配算法的效果对比图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
可见光通信系统具有频谱资源丰富、保密性高、无电磁干扰、能耗低等优点，室内可见光通信系统使用白光LED(lighting emitting diode，发光二极管)作为信号发射机，具有照明和无线通信的双重功能。在VLC(visible light communication，可见光通信)领域，往往采用注水算法对发射机进行功率分配。
由于现有的商用白光LED的调制带宽都很小，导致基于白光LED的室内可见光通信系统的实际可达速率非常有限，目前的功率分配算法均未考虑可见光通信系统的低通特性，即目前针对可见光通信发射机的可见光通信功率分配方法的分配效率较低，限制了可见光通信系统的数据传输速率。
鉴于此，本申请提出了一种可见光通信功率分配方法，针对MIMO(multiple-inputmultiple-output，多输入多输出)-OFDM((orthogonal frequency divisionmultiplexing，正交频分复用)可见光通信低通信道系统，同时在空域和频域两个维度进行功率分配，提高了功率分配的效率。
本申请提供的可见光通信功率分配方法同时在空域和频域两个维度进行功率分配，是一种二维注水算法，相比于常规的只考虑空域的注水算法，本申请提供的可见光通信功率分配方法同时在空域和频域两个维度进行功率分配，提高了功率分配的效率。
根据本申请实施例的可见光通信功率分配方法，可见光通信功率分配方法包括：获取目标信道；获取目标信道的低通信道信息；根据低通信道信息将目标信道进行等效处理，得到至少一个子信道；根据低通信道信息得到功率优化方程、功率约束条件；根据功率优化方程、功率约束条件得到功率分配信息；根据功率分配信息为每个子信道分配功率。
如图1所示，图1是一些实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图，可见光通信功率分配方法包括但不限于步骤S110至步骤S160，具体包括：
S110，获取目标信道；
S120，获取目标信道的低通信道信息；
S130，根据低通信道信息将目标信道进行等效处理，得到至少一个子信道；
S140，根据低通信道信息得到功率优化方程、功率约束条件；
S150，根据功率优化方程、功率约束条件得到功率分配信息；
S160，根据功率分配信息为每个子信道分配功率。
本申请提供的可见光通信功率分配方法根据目标信道的低通信道信息得到等效子信道，构建功率优化方程和约束条件，求解得到功率分配信息，考虑了可见光通信系统的低通特性、信号非负性约束和发射机总功率约束，将MIMO技术与OFDM技术结合使用，使发射端和接收端之间存在多条并行数据通道，同时在空域和频域两个维度进行功率分配，实现了的最优的功率分配，提高了功率分配的效率。
根据本申请的一些实施例，低通信道信息包括低通信道频率响应、信道直流增益矩阵，获取目标信道的低通信道信息，包括：获取信道增益矩阵；根据信道增益矩阵得到低通信道频率响应、信道直流增益矩阵。
如图2所示，图2是一些实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图，可见光通信功率分配方法包括但不限于步骤S210至步骤S220，具体包括：
S210，获取信道增益矩阵；
S220，根据信道增益矩阵得到低通信道频率响应、信道直流增益矩阵。
在步骤S210至S220中，要在MIMO-OFDM可见光通信低通信道系统中实现本申请的可见光通信功率分配方法，就需要建立相应的系统模型。在具体的实施例中，设定在室内环境中有NT个LED和NR个PD(photo detector，光电探测器)。
在具体的实施例中，信道增益矩阵记为H(f)；低通信道频率响应记为h(f)；信道直流增益矩阵记为H(0)。
对于上述系统模型而言，发送信号向量为
Figure BDA0003036792180000051
接收信号向量为
Figure BDA0003036792180000052
由此可得接收信号与发送信号的关系为：y(f)＝H(f)x(f)+n(f)；其中，
Figure BDA0003036792180000053
为高斯白噪声向量，其分布服从n～N(0,σ2)，其中σ2＝N0B，N0为噪声的功率谱密度，B为信道调制带宽。
在具体的实施例中，信道增益矩阵H(f)表示为：
Figure BDA0003036792180000054
其中，hji(f)＝hji(0)h(f)，j＝1,2,…,NR；i＝1,2,…,NT，hji(0)为第i个LED与第j个PD之间的信道直流增益，h(f)为低通信道频率响应。所以H(f)可重新表示为H(f)＝H(0)h(f)；其中，H(0)为信道直流增益矩阵。
通过信道增益矩阵与低通信道频率响应、信道直流增益矩阵的关系，分别计算出低通信道频率响应、信道直流增益矩阵。
在具体的实施例中，信道直流增益矩阵H(0)可通过如下公式计算：
Figure BDA0003036792180000055
其中，
Figure BDA0003036792180000056
为LED的朗伯辐射阶数，
Figure BDA0003036792180000057
为半功率发射角，ρ为接收器PD的响应度，A为接收器PD的检测面积，dji为第i个LED与第j个PD之间的距离，φji和ψji分别为第i个LED与第j个PD之间的发射角和接收角，
Figure BDA0003036792180000058
为接收器PD的FOV(field of view，视场角)，表示接收器PD能够接收光线的最大角度。
在具体的实施例中，低通信道频率响应h(f)可通过如下公式计算：
Figure BDA0003036792180000059
其中，fc为信道的3dB截止频率。
在具体的实施例中，低通信道频率响应h(f)用于后续目标信道的总速率信息的计算，从而用于实现优化方程的构建；信道直流增益矩阵H(0)用于进行奇异值分解，得到奇异值信息、矩阵秩信息，从而用于将目标信道进行等效处理。
根据本申请的一些实施例，低通信道信息包括信道直流增益矩阵，根据低通信道信息将目标信道进行等效处理，得到至少一个子信道，包括：对信道直流增益矩阵进行奇异值分解，得到信道直流增益矩阵的奇异值信息、矩阵秩信息；根据奇异值信息、矩阵秩信息将目标信道进行等效处理，得到至少一个子信道。
如图3所示，图3是一些实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图，可见光通信功率分配方法包括但不限于步骤S310至步骤S320，具体包括：
S310，对信道直流增益矩阵进行奇异值分解，得到信道直流增益矩阵的奇异值信息、矩阵秩信息；
S320，根据奇异值信息、矩阵秩信息将目标信道进行等效处理，得到至少一个子信道。
在步骤S310中，通过SVD(singular value decomposition，奇异值分解)理论，可将信道直流增益矩阵H(0)分解为：H(0)＝UDVH；其中，U和V分别为NR×NR维和NT×NT维的单位矩阵，D为对角矩阵，
Figure BDA0003036792180000061
k＝1,2,…,K，其中
Figure BDA0003036792180000062
为H(0)的奇异值信息，即H(0)的奇异值，K为H(0)的秩矩阵信息，即H(0)的秩。
在步骤S320中，通过SVD将可见光通信MIMO信道等效为K个独立的子信道。等效子信道接收信号与发送信号的关系为：
Figure BDA0003036792180000063
步骤S310和步骤S320通过对信道直流增益矩阵进行奇异值分解，成功将目标信道等效为K个子信道，用于后续优化方程的构建和功率的分配。
根据本申请的一些实施例，根据低通信道信息得到功率优化方程、功率约束条件，包括：获取目标信道的功率约束条件；根据低通信道信息得到每个子信道的速率信息；根据每个子信道的速率信息得到目标信道的总速率信息；根据目标信道的总速率信息得到功率优化方程。
如图4所示，图4是一些实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图，可见光通信功率分配方法包括但不限于步骤S410至步骤S440，具体包括：
S410，获取目标信道的功率约束条件；
S420，根据低通信道信息得到每个子信道的速率信息；
S430，根据每个子信道的速率信息得到目标信道的总速率信息；
S440，根据目标信道的总速率信息得到功率优化方程。
在步骤S410中，目标信道的功率约束条件包括但不限于两个方面：(1)子信道的功率和等于发射机总功率；
Figure BDA0003036792180000071
(2)功率的非负性；Pk(f)≥0。功率约束条件用于完成对优化方程的求解，并使求得的子信道功率值合理，从而实现功率分配。
在步骤S420中，低通信道信息包括但不限于低通信道频率响应h(f)，每个子信道的速率信息包括但不限于每个子信道的可达速率。MIMO-OFDM可见光通信在考虑低通信道模型时，其第k个子信道的可达速率(速率信息)表达式为：
Figure BDA0003036792180000072
其中，fmax为每个子信道的最大使用带宽，Γ为调制差距，Pk(f)为第k个子信道的发射功率。
在步骤S430中，目标信道的总速率信息包括但不限于发射机的总可达速率。MIMO-OFDM可见光通信在考虑低通信道模型时，总可达速率(总速率信息)为：
Figure BDA0003036792180000073
在步骤S440中，根据上述总速率公式，可将功率分配问题进行转化，得到优化方程：
Figure BDA0003036792180000074
即求解如何对子信道进行功率分配使得其总可达速率最大的问题。进而根据优化方程和功率约束条件进行求解，得到系统的最优功率分配。
根据本申请的一些实施例，获取目标信道的功率约束条件，包括：获取目标信道的总发射功率；根据目标信道的总发射功率得到功率约束条件。
如图5所示，图5是一些实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图，可见光通信功率分配方法包括但不限于步骤S510至步骤S520，具体包括：
S510，获取目标信道的总发射功率；
S520，根据目标信道的总发射功率得到功率约束条件。
在步骤S510至S520中，功率约束条件的表达依赖于目标信道的总发射功率，即子信道的功率和等于发射机总功率；
Figure BDA0003036792180000075
功率约束条件用于完成对优化方程的求解，并使求得的子信道功率值合理，从而实现功率分配。
根据本申请的一些实施例，根据功率优化方程、功率约束条件得到功率分配信息，包括：获取功率优化方程、功率约束条件；根据功率约束条件对功率优化方程求解，得到功率分配信息。
如图6所示，图6是一些实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图，可见光通信功率分配方法包括但不限于步骤S610至步骤S620，具体包括：
S610，获取功率优化方程、功率约束条件；
S620，根据功率约束条件对功率优化方程求解，得到功率分配信息。
在步骤S610至S620中，将功率分配问题转化为：
Figure BDA0003036792180000081
Figure BDA0003036792180000082
对上述公式进行求解即可得到功率分配信息，即得到MIMO-OFDM可见光通信在考虑低通信道模型时的最优功率分配。
根据本申请的一些实施例，根据功率分配信息为每个子信道分配功率，包括：获取功率分配信息；根据功率分配信息得到每个子信道的功率信息；判断每个子信道的功率信息是否为有效功率信息，得到判断结果；根据判断结果对为每个子信道分配功率。
如图7所示，图7是一些实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图，可见光通信功率分配方法包括但不限于步骤S710至步骤S740，具体包括：
S710，获取功率分配信息；
S720，根据功率分配信息得到子信道的功率信息；
S730，判断子信道的功率信息是否为有效功率信息；若判断结果为是，则执行步骤S740；若判断结果为否，则执行步骤S720。
S740，为子信道分配功率。
在步骤S710至S740中，有效功率信息即为满足功率约束条件的功率信息。
下面以一个具体的实施例详细描述可见光通信功率分配方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对申请的具体限制。
根据可见光通信系统发射端是否掌握信道状态信息，可分两种情况，当发射端不知道信道状态信息时，则最优的功率分配方案是将总功率平均分配给每个子信道和每个子载波；当发射端已知信道状态信息时，除了在频域对子载波进行功率分配外，还需要根据信道的好坏进行合理的功率分配，即给信道状态好的分配更多的功率，给信道状态不好的分配少的或者不分配功率，也就是不进行信息传输。
在可见光通信系统发射端不知信道状态信息的情况下，最优的功率分配方案是将总功率平均分配给每个子信道和每个子载波，具体可表示为：
Figure BDA0003036792180000083
则MIMO-OFDM可见光通信在考虑低通信道模型的总可达速率为：
Figure BDA0003036792180000091
为了后续比较，令总可达速率对fc进行归一化：
Figure BDA0003036792180000092
其中，vmax＝fmax/fc为系统归一化调制带宽，γ＝PT/(N0fc)为总发射信噪比，或信道链路预算。
通过
Figure BDA00030367921800000912
对vmax求导，并令导数为0，即可求得最大总可达速率。
在可见光通信系统发射端已知信道状态信息的情况下，可以根据信道的好坏来进行合理的功率分配，所以每个子信道的调制带宽fmax,k也可能不同。
通过拉格朗日乘子法，可获得最优的功率分配表达式为：
Figure BDA0003036792180000093
其中，μ为一个常数。令
Figure BDA0003036792180000094
因为当f∈[0,fmax,k]时，Pk(f)≥0，所以μ＝sk(fmax,k)，Pk(f)＝sk(fmax,k)-sk(f)；
根据信道状态信息求得集合{λk}，然后按照从大到小的顺序进行排序，因为μ＝s1(fmax,1)＝…＝sk(fmax,k)＝…＝sK(fmax,K)，所以可以得到如下关系：
Figure BDA0003036792180000095
Figure BDA0003036792180000096
k＝1,2,…,K-1；其中，vmax,k＝fmax,k/fc为第k个子信道的归一化调制带宽。
由关系式Pk(f)＝sk(fmax,k)-sk(f)可得MIMO-OFDM可见光通信在考虑低通信道模型的总可达速率为：
Figure BDA0003036792180000097
令总可达速率对fc进行归一化可得：
Figure BDA0003036792180000098
根据总功率约束及上述Pk(f)表达式可得：
Figure BDA0003036792180000099
故在可见光通信系统发射端已知信道状态信息的情况下，所述优化问题可转换为：
Figure BDA00030367921800000910
Figure BDA00030367921800000911
当链路预算给定时，即γ已知时，通过约束条件即可求得最优的vmax,K的值，即最差子信道的调制带宽值，从而可获得MIMO-OFDM可见光通信在考虑低通信道模型的最大总可达速率。
但是不能直接通过上述约束条件利用数值方法求解，因为有的子信道不一定传输信息，所以需要先判断哪些子信道适合传输信息。
考虑到子信道的约束条件，可见光通信功率分配方法的具体方案如图8所示，图8是一些实施例提供的可见光通信功率分配方法的流程图，可见光通信功率分配方法包括但不限于步骤S810至步骤S840，具体包括：
S810，输入根据信道状态信息获得从大到小排序的集合、信道矩阵的秩、链路预算的值；设置一个迭代数t＝1；
S820，求得第K-t+1个子信道的归一化调制带宽；
S830，判断第K-t+1个子信道的归一化调制带宽的值是否小于0；若归一化调制带宽小于零，则执行步骤S840。若归一化调制带宽大于等于0，则进行步骤S850；
S840，舍弃第K-t+1个子信道，并令t＝t+1；
S850，求得MIMO-OFDM可见光通信在考虑低通信道模型的最大总可达速率。
在步骤S810中，从大到小排序的集合记为{λk}、信道矩阵的秩记为K、链路预算记为γ。
在步骤S820中，通过下式求得第K-t+1个子信道的归一化调制带宽vmax,K-t+1：
Figure BDA0003036792180000101
在步骤S840中，舍弃第K-t+1个子信道即不给第K-t+1个子信道分配功率。
在步骤S850中，MIMO-OFDM可见光通信在考虑低通信道模型的最大总可达速率的计算方式为：
Figure BDA0003036792180000102
如图9所示，图9是一些实施例提供的可见光通信功率分配方法与常规的等功率分配算法的效果对比图，图9中横轴为链路预算，纵轴为总可达速率，其中曲线L1是本申请提供的可见光通信功率分配方法的效果曲线，曲线L2是常规的等功率分配算法的效果曲线，由图可知，无论在任何的链路预算值下，本申请的可见光通信功率分配方法总是优于现有的等功率分配算法。
本申请提供了一种可见光通信功率分配方法，即提出了一种针对MIMO-OFDM可见光通信低通信道的可见光通信功率分配方法、是一种同时考虑空域和频域的二维注水算法，该可见光通信功率分配方法根据各子信道的好坏实现系统的最优功率分配，能够有效提高可见光通信系统的实际可达速率。相较于传统的MIMO-OFDM可见光通信系统信道模型，本申请考虑了可见光通信系统的低通特性，以及相较于传统只考虑空域的一维可见光通信功率分配方法，本申请同时在空域和频域进行二维的功率分配，考虑了信道的低通特性来进行合理的功率分配，从而提升了功率分配的效率。
根据本申请实施例的可见光通信功率分配装置，可见光通信功率分配装置包括：信道获取模块，用于获取目标信道；低通信息获取模块，用于获取目标信道的低通信道信息；信道等效模块，用于根据低通信道信息将目标信道进行等效处理，得到至少一个子信道；优化方程生成模块，用于根据低通信道信息得到功率优化方程、功率约束条件；分配信息生成模块，用于根据功率优化方程、功率约束条件得到功率分配信息；功率分配模块，用于根据功率分配信息为每个子信道分配功率。
本申请提供的可见光通信功率分配装置实现了可见光通信功率分配方法，根据目标信道的低通信道信息得到等效子信道，构建功率优化方程和约束条件，求解得到功率分配信息，考虑了可见光通信系统的低通特性、信号非负性约束和发射机总功率约束，将MIMO技术与OFDM技术结合使用，使发射端和接收端之间存在多条并行数据通道，同时在空域和频域两个维度进行功率分配，实现了的最优的功率分配，提高了功率分配的效率。
根据本申请实施例的可见光通信功率分配装置，可见光通信功率分配装置包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现：本申请上述任一实施例的可见光通信功率分配方法。
根据本申请实施例的计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于：执行上述任一实施例的可见光通信功率分配方法。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (9)

1.可见光通信功率分配方法，其特征在于，包括：
获取目标信道；
获取所述目标信道的低通信道信息；所述低通信道信息包括低通信道频率响应、信道直流增益矩阵；所述获取所述目标信道的低通信道信息，包括：获取信道增益矩阵；根据所述信道增益矩阵得到低通信道频率响应、信道直流增益矩阵；具体包括：
所述信道增益矩阵H(f)表示为：
Figure FDA0003714766010000011
其中，hji(f)＝hji(0)h(f)，j＝1,2,…,NR；i＝1,2,…,NT，hji(0)为第i个LED与第j个PD之间的信道直流增益，h(f)为低通信道频率响应，H(f)可重新表示为H(f)＝H(0)h(f)；其中，H(0)为所述信道直流增益矩阵；通过所述信道增益矩阵与所述低通信道频率响应、所述信道直流增益矩阵的关系，分别计算出所述低通信道频率响应、所述信道直流增益矩阵；
所述信道直流增益矩阵H(0)的计算过程为：
Figure FDA0003714766010000012
其中，
Figure FDA0003714766010000013
为LED的朗伯辐射阶数，
Figure FDA0003714766010000014
为半功率发射角，ρ为接收器PD的响应度，A为接收器PD的检测面积，dji为第i个LED与第j个PD之间的距离，φji和ψji分别为第i个LED与第j个PD之间的发射角和接收角，
Figure FDA0003714766010000015
为接收器PD的视场角，表示接收器PD能够接收光线的最大角度；
所述低通信道频率响应h(f)的计算过程为：
Figure FDA0003714766010000016
其中，fc为信道的3dB截止频率；
根据所述低通信道信息将所述目标信道进行等效处理，得到至少一个子信道；
根据所述低通信道信息得到功率优化方程、功率约束条件；
根据所述功率优化方程、所述功率约束条件得到功率分配信息；
根据所述功率分配信息为每个所述子信道分配功率。
2.根据权利要求1所述的可见光通信功率分配方法，其特征在于，所述根据所述低通信道信息将所述目标信道进行等效处理，得到至少一个子信道，包括：
对所述信道直流增益矩阵进行奇异值分解，得到所述信道直流增益矩阵的奇异值信息、矩阵秩信息；
根据所述奇异值信息、矩阵秩信息将所述目标信道进行等效处理，得到至少一个子信道。
3.根据权利要求1所述的可见光通信功率分配方法，其特征在于，所述根据所述低通信道信息得到功率优化方程、功率约束条件，包括：
获取目标信道的功率约束条件；
根据所述低通信道信息得到每个所述子信道的速率信息；
根据每个所述子信道的速率信息得到所述目标信道的总速率信息；
根据所述目标信道的总速率信息得到功率优化方程。
4.根据权利要求1所述的可见光通信功率分配方法，其特征在于，所述获取目标信道的功率约束条件，包括：
获取目标信道的总发射功率；
根据所述目标信道的总发射功率得到功率约束条件。
5.根据权利要求1所述的可见光通信功率分配方法，其特征在于，所述根据所述功率优化方程、所述功率约束条件得到功率分配信息，包括：
获取所述功率优化方程、所述功率约束条件；
根据所述功率约束条件对所述功率优化方程求解，得到所述功率分配信息。
6.根据权利要求1所述的可见光通信功率分配方法，其特征在于，所述根据所述功率分配信息为每个所述子信道分配功率，包括：
获取功率分配信息；
根据所述功率分配信息得到每个所述子信道的功率信息；
判断所述每个所述子信道的功率信息是否为有效功率信息，得到判断结果；
根据所述判断结果对为每个所述子信道分配功率。
7.可见光通信功率分配装置，其特征在于，所述可见光通信功率分配装置包括：
信道获取模块，用于获取目标信道；
低通信息获取模块，用于获取所述目标信道的低通信道信息；所述低通信道信息包括低通信道频率响应、信道直流增益矩阵；所述获取所述目标信道的低通信道信息，包括：获取信道增益矩阵；根据所述信道增益矩阵得到低通信道频率响应、信道直流增益矩阵；具体包括：
所述信道增益矩阵H(f)表示为：
Figure FDA0003714766010000031
其中，hji(f)＝hji(0)h(f)，j＝1,2,…,NR；i＝1,2,…,NT，hji(0)为第i个LED与第j个PD之间的信道直流增益，h(f)为低通信道频率响应，H(f)可重新表示为H(f)＝H(0)h(f)；其中，H(0)为所述信道直流增益矩阵；通过所述信道增益矩阵与所述低通信道频率响应、所述信道直流增益矩阵的关系，分别计算出所述低通信道频率响应、所述信道直流增益矩阵；
所述信道直流增益矩阵H(0)的计算过程为：
Figure FDA0003714766010000032
其中，
Figure FDA0003714766010000033
为LED的朗伯辐射阶数，
Figure FDA0003714766010000034
为半功率发射角，ρ为接收器PD的响应度，A为接收器PD的检测面积，dji为第i个LED与第j个PD之间的距离，φji和ψji分别为第i个LED与第j个PD之间的发射角和接收角，
Figure FDA0003714766010000035
为接收器PD的视场角，表示接收器PD能够接收光线的最大角度；
所述低通信道频率响应h(f)的计算过程为：
Figure FDA0003714766010000036
其中，fc为信道的3dB截止频率；
信道等效模块，用于根据所述低通信道信息将所述目标信道进行等效处理，得到至少一个子信道；
优化方程生成模块，用于根据所述低通信道信息得到功率优化方程、功率约束条件；
分配信息生成模块，用于根据所述功率优化方程、所述功率约束条件得到功率分配信息；
功率分配模块，用于根据所述功率分配信息为每个所述子信道分配功率。
8.可见光通信功率分配装置，其特征在于，所述可见光通信功率分配装置包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现：
如权利要求1至6中任一项所述的可见光通信功率分配方法。
9.计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于：
执行权利要求1至6中任一项所述的可见光通信功率分配方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101145817A (zh) * 2006-09-14 2008-03-19 联想(北京)有限公司 一种多入多出系统空间发射功率的分配方法及发射机
CN111934769A (zh) * 2020-08-14 2020-11-13 东南大学 一种多输入多输出的可见光与编码方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201618065D0 (en) * 2016-10-26 2016-12-07 University Court Of The University Of Edinburgh Multiuser access for optical communications
CN106788769B (zh) * 2016-11-11 2019-03-12 东南大学 一种基于QoS的可见光通信非正交多址系统功率分配方法
US10644804B1 (en) * 2019-03-11 2020-05-05 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Cell clustering and power allocation for energy-efficient VLC networks
CN109802726B (zh) * 2019-03-21 2021-06-01 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 一种功率分配方法、系统及可见光通信系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101145817A (zh) * 2006-09-14 2008-03-19 联想(北京)有限公司 一种多入多出系统空间发射功率的分配方法及发射机
CN111934769A (zh) * 2020-08-14 2020-11-13 东南大学 一种多输入多输出的可见光与编码方法

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