本發(fā)明涉及光通信，具體涉及一種基于可見光的多用戶mimo-ofdma通信資源的分配方法及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、未來6g通信對(duì)大流量和密集連接的需求日益增長，導(dǎo)致當(dāng)前的射頻(rf)頻段不足以滿足更高速率的業(yè)務(wù)，而利用可見光的可見光通信(vlc)為數(shù)據(jù)傳輸提供了豐富的光譜源。此外，vlc在照明和信息傳輸方面的雙重功能，具有室內(nèi)安全性、免許可等優(yōu)點(diǎn)。vlc被認(rèn)為是6g通信中的關(guān)鍵技術(shù)之一，通過利用非管制光譜來解決射頻擁塞問題。

2、但是led具有帶限的缺點(diǎn)，為了提高基于led的vlc系統(tǒng)限制帶寬的頻譜效率，采用正交頻分多址技術(shù)(ofdma)和多輸入多輸出(mimo)技術(shù)，ofdma允許每個(gè)頻域的自適應(yīng)功率和位負(fù)載，而mimo技術(shù)可以利用天花板上的分布式光源來管理定向路徑的視線(los)阻塞，從而實(shí)現(xiàn)可靠的連接和顯著的傳輸速率增量。因此，在vlc系統(tǒng)中，ofdma與mimo的自然結(jié)合成為提高通信速率和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。而在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)中系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)可能有多個(gè)用戶，在此基于led的低通信道響應(yīng)，將mimo-ofdma技術(shù)結(jié)合，使用拉格朗日算法對(duì)多用戶之間的資源進(jìn)行分配，盡可能的使用更多的帶寬，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的吞吐量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于可見光的多用戶mimo-ofdma通信資源的分配方法及存儲(chǔ)介質(zhì)，在vlc當(dāng)中，將mimo與ofdma相結(jié)合，考慮多個(gè)用戶和led低通信道模型，由于不同空間位置帶來的信道相應(yīng)不同，據(jù)此，使用svd分解技術(shù)將三維系統(tǒng)降維成一維頻域系統(tǒng)，使用拉格朗日算法自適應(yīng)的根據(jù)led信道狀況分配功率，不僅能夠進(jìn)一步利用led的帶寬還能進(jìn)一步提升系統(tǒng)的容量。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于可見光的多用戶mimo-ofdma通信資源的分配方法，包括如下步驟：

3、一、預(yù)設(shè)有m個(gè)用戶，每一個(gè)用戶生成n路數(shù)據(jù)流；

4、二、將數(shù)據(jù)信息流映射為qam符號(hào)；

5、三、將生成的n路qam符號(hào)由串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化成并行數(shù)據(jù)流，然后將并行的數(shù)據(jù)做厄米對(duì)稱通過ifft調(diào)制為ofdm信號(hào)，將調(diào)制后的符號(hào)加入循環(huán)前綴，并轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)；

6、四、根據(jù)預(yù)先測(cè)得的led低通信道響應(yīng)進(jìn)行多信道處理，用分解之后的預(yù)處理矩陣對(duì)生成的ofdm信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理；

7、五、該信號(hào)經(jīng)過信道接收之后使用分解之后的后處理矩陣進(jìn)行修正，最后每一個(gè)用戶都得到一個(gè)n*n的信道；

8、六、將空間域、用戶域、頻域三個(gè)維度的目標(biāo)速率求解問題，降維為頻域上的一維信號(hào)；

9、七、在一定的功率限制下，根據(jù)功率比特分配算法，對(duì)不同用戶在不同的頻段自適應(yīng)的分配功率，得到一種最優(yōu)值分配原則后，計(jì)算使用ofdma調(diào)制方式下的速率表達(dá)式。

10、優(yōu)選的，在步驟四中，led低通信道為基于可見光藍(lán)光led的特殊低通信道，描述為:

11、

12、優(yōu)選的，在步驟四中，所述信道處理為信道預(yù)處理、后處理以及信道的分解，用分解之后的預(yù)處理矩陣對(duì)生成的ofdm信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，將兩者相乘得到預(yù)處理后的矩陣表達(dá)式。

13、優(yōu)選的，在步驟五中，所述修正是使用分解之后的矩陣乘以后處理矩陣進(jìn)行修正。

14、優(yōu)選的，在步驟四和步驟六當(dāng)中，先將該頻域和可見光藍(lán)光led的特殊信道特性相結(jié)合，然后使用分解技術(shù)將多用戶mimo-ofdma的mimo信道降維為單獨(dú)的siso信道；由于每一個(gè)用戶使用不同的頻段，通過分解技術(shù)將空間域、頻域以及用戶域三個(gè)維度降維為一維的頻域。

15、優(yōu)選的，在步驟七中，使用最優(yōu)值分配原則對(duì)多用戶mimo-ofdma的各個(gè)頻域自適應(yīng)地根據(jù)信道狀況分配功率，將過程描述為：

16、a、根據(jù)最優(yōu)值分配，將該可見光的多用戶mimo-ofdma模型建立為：

17、

18、其中，m為用戶的個(gè)數(shù)，n為空間子信道的個(gè)數(shù)，λm,nn和pmn(f)分別為奇異值和第n個(gè)用戶的第m個(gè)信道分配的功率，n0和γ分別為噪聲的功率譜密度和信噪比間隙，pt為總功率，fm為第m個(gè)用戶的帶寬范圍，fc為3-db截止頻率，b為信號(hào)總帶寬；

19、b、將系統(tǒng)降維成每一個(gè)用戶只在頻域上進(jìn)行功率分配的單獨(dú)子信道；

20、c、根據(jù)拉格朗日算法對(duì)上式模型求最優(yōu)解，只需要計(jì)算該功率的最優(yōu)解即可，將相關(guān)的求解建模為：

21、

22、d、根據(jù)上式求得最優(yōu)解，然后對(duì)多用戶mimo-ofdma的各個(gè)頻域自適應(yīng)地根據(jù)信道狀況分配功率。

23、另一方面，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了如下技術(shù)方案：一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的基于可見光的多用戶mimo-ofdma通信資源的分配方法。

24、本發(fā)明的有益效果是：在考慮led的低通信道的情況下，將mimo-ofdma技術(shù)相結(jié)合，而且還考慮了實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中可能出現(xiàn)的多用戶場(chǎng)景。在該模型下，需要考慮空間域、頻域、以及用戶域三維域上的優(yōu)化算法，通過svd技術(shù)以及ofdma技術(shù)將三維域轉(zhuǎn)化為一維頻域上的優(yōu)化算法，最后使用拉格朗日算法對(duì)功率進(jìn)行優(yōu)化，取得的吞吐量上的最優(yōu)解，不僅如此，還考慮到了不同的空間位置led能得到功率不同的信道響應(yīng)。

技術(shù)特征：

1.一種基于可見光的多用戶mimo-ofdma通信資源的分配方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可見光的多用戶mimo-ofdma通信資源的分配方法，其特征在于：在步驟四中，led低通信道為基于可見光藍(lán)光led的特殊低通信道，描述為:

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可見光的多用戶mimo-ofdma通信資源的分配方法，其特征在于：在步驟四中，所述信道處理為信道預(yù)處理、后處理以及信道的分解，用分解之后的預(yù)處理矩陣對(duì)生成的ofdm信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，將兩者相乘得到預(yù)處理后的矩陣表達(dá)式。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可見光的多用戶mimo-ofdma通信資源的分配方法，其特征在于：在步驟五中，所述修正是使用分解之后的矩陣乘以后處理矩陣進(jìn)行修正。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可見光的多用戶mimo-ofdma通信資源的分配方法，其特征在于：在步驟四和步驟六當(dāng)中，先將該頻域和可見光藍(lán)光led的特殊信道特性相結(jié)合，然后使用分解技術(shù)將多用戶mimo-ofdma的mimo信道降維為單獨(dú)的siso信道；由于每一個(gè)用戶使用不同的頻段，通過分解技術(shù)將空間域、頻域以及用戶域三個(gè)維度降維為一維的頻域。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可見光的多用戶mimo-ofdma通信資源的分配方法，其特征在于：在步驟七中，使用最優(yōu)值分配原則對(duì)多用戶mimo-ofdma的各個(gè)頻域自適應(yīng)地根據(jù)信道狀況分配功率，將過程描述為：

7.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于：其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的基于可見光的多用戶mimo-ofdma通信資源的分配方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明專利公開了一種基于可見光的多用戶MIMO?OFDMA通信資源的分配方法及存儲(chǔ)介質(zhì)，MIMO技術(shù)在不占用更多的頻域資源的基礎(chǔ)上在空間域上提升系統(tǒng)的容量，在MIMO?VLC系統(tǒng)當(dāng)中，進(jìn)一步引入用戶維度，使用OFDMA技術(shù)，每一個(gè)用戶在不同的頻段上傳輸信息。在此基礎(chǔ)上，引入LED的低通模型，先對(duì)基于可見光的多用戶MIMO?OFDMA的三維算法進(jìn)行降維，再根據(jù)每一個(gè)用戶在LED低通信道不同頻段的低通響應(yīng)，使用拉格朗日算法對(duì)該系統(tǒng)求解。此方法能夠根據(jù)測(cè)得的每個(gè)用戶的信道響應(yīng)，在頻率域上自適應(yīng)地對(duì)每個(gè)用戶的功率求取最優(yōu)值，最終能取得在使用OFDMA技術(shù)速率的最優(yōu)解，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的性能。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧雄,曹皙,孫致南,馬文苑,鄒喜華,閆連山
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2