一种基于能量收集的可见光及射频混合通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于能量收集的可见光及射频混合通信方法，照明设备向能够接收照明设备的光的用户同时进行可见光的信息和能量传输，用户对可见光能量进行收集并进行信息译码，得到可见光通信过程的数据传输中断概率；计算室内用户从覆盖的多个照明设备中收集到的总可见光功率，判定室内用户向室外进行射频传输的通信方式；室内用户利用点到点射频通信技术将待传信息传输给室外用户；或室内用户利用反向散射技术将待传信息搭载到其所处环境中的射频信号上，再反向散射传输给室外用户；计算得到分别使用传统射频通信和反向散射通信方式的数据传输中断概率，完成通信。本发明专利技术缓解了射频频谱资源紧张和射频传输系统之间的干扰问题，提高了传输速率。

A hybrid communication method of visible and RF based on energy collection

【技术实现步骤摘要】
一种基于能量收集的可见光及射频混合通信方法
本专利技术属于无线供能通信
，具体涉及一种基于能量收集的可见光及射频混合通信方法。
技术介绍
当今社会对无线数据传输的需求日益增长，但射频频谱资源不足和带宽受限的问题在很大程度上限制了无线数据通信技术的发展。然而可见光波段频谱资源丰富且大多未被使用，并且可见光的高频率也使得其受带宽限制较小，不需要专门配置(直接利用从室内照明设备发出的光中收集到的能量进行数据传输，无需像射频通信一样，需要架设基站和能量信标)、信道容量大且没有电磁辐射。与此同时，由于射频通信和可见光通信所占用的频带不同，不存在相互干扰，可见光通信与射频通信结合的传输方法有着丰富的应用前景，可用有效补充现有射频无线通信系统方式在无线通信网络中的应用。然而，可见光无穿透能力(不能穿透墙壁)，大多用于室内传输，但是可以保证传输的安全性，不被外界窃取，同时可以达到较高的数据传输速率。对可见光能量进行收集，用来数据传输，还可以节能，无需电源供电即可进行信息传输，能源效率高。通过可见光通信与射频通信结合的传输方法，既解决了可见光通信的信号强度随传输距离增大而急剧衰减和没有穿透性导致的只能在室内传输的问题，又缓解了射频频谱资源紧张、射频传输系统之间的相互干扰以及需要架设专门的能量收发设备的问题，还降低了传输错误概率并实现了更高的传输速率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于能量收集的可见光及射频混合通信方法，运用可见光通信、射频通信以及能量收集技术进行分析，射频通信包括反向散射通信、点到点射频通信；根据可见光通信和射频通信互不干扰的原理，利用可见光通信和射频通信的结合，既解决了可见光通信的信号强度随传输距离增大而急剧衰减和没有穿透性导致的只能在室内传输的问题，又缓解了射频频谱资源紧张和射频传输系统之间的相互干扰问题。本专利技术采用以下技术方案：一种基于能量收集的可见光及射频混合通信方法，包括以下步骤：S1、照明设备向能够接收照明设备的光的用户同时进行可见光的信息和能量传输，用户对可见光能量进行收集并进行信息译码，得到可见光通信过程的数据传输中断概率；S2、计算室内用户从覆盖的多个照明设备中收集到的总可见光功率，并以室内用户向室外进行射频传输的发送功率作为阈值功率，将阈值功率与来自照明设备的接收功率相比较，判定室内用户向室外进行射频传输的通信方式；S3、若室内用户从照明设备中收集到的可见光功率能够用于传统点到点射频传输，则室内用户利用点到点射频通信技术将待传信息传输给室外用户；否则，室内用户利用反向散射技术将待传信息搭载到其所处环境中的射频信号上，再反向散射传输给室外用户；计算得到分别使用传统射频通信和反向散射通信方式的数据传输中断概率，完成通信。具体的，步骤S1中，可见光信号传输部分中断概率为：其中，Pr(SINRi≥γVth)为用户i的覆盖概率，N0为噪声功率，l为没有添加直流偏置电流时，平均传输光功率与电功率之比，j为各干扰照明设备，BV为照明设备的调制带宽，γVth为信干噪比阈值，ω为特征函数Ω的表示变量。进一步的，用户i的接收SINR为：其中，RP为用户i的光电检测器的反应率，即光电转换效率A/W；分别为服务用户i的照明设备、其他干扰照明设备的可见光传输功率；假设l为没有添加直流偏置电流时，平均传输光功率与电功率之比，即照明设备工作于非线性区导致的非线性失真的程度；BV为照明设备的调制带宽；N0为噪声的功率谱密度A2/HZ，用户i的覆盖概率为：其中，令Y＝RP2(1-η)2ZPV2(ri2+H2)(-m-3)，Ω＝Y-IVγVth；φΩ(ω)＝E[exp(-jωΩ)]为Ω的特征函数，Im[.]为(.)的虚部；K1表示干扰照明设备的数目，0≤K1＜∞，j表示各干扰照明设备，j＝1,2,...,K1；则其中，ri＜rj＜RS；其中，Γ(z,x,y)＝Γu(z,x)-Γu(z,y)为广义不完全伽马函数；由于用户i与相应照明设备i的PDF为：其中，0＜ri＜RS。具体的，步骤S2中，用户i从照明设备l接收到的电功率为：其中，Ci,RF为用户i处接收机的射频功率常数，rli为用户i与照明设备l之间的水平距离，Gt2(φli)和Gr2(ξli)为收发天线增益，用户i接收到的能量为：其中，ρ(0＜ρ＜1)为用户i的能量收集效率，为用户i可以从中收集能量的照明设备数，KV＝K1+1。进一步的，用户i接收到能量的PDF为：相应CDF为：能量受限概率为：具体的，步骤S3具体为：S301、若用户U1从照明设备中收集到的能量能够进行传统射频通信，则用户U1利用传统射频技术将待传输信号发送给相应室外用户，确定系统整体中断概率；S302、室内用户利用反向散射技术向室外用户进行信息传输对室内某典型用户的信息传输进行分析；若用户U1从照明设备中收集到的能量不足以向室外用户进行传统射频传输，则将用户U1的待传输信号搭载到室外宏基站传来的射频信号上，利用反向散射技术将信号反射出去。进一步的，步骤S301中，假设有Q个用户进行传统射频通信，形成相应集合Φq；则用户U1对应的目标用户UD的接收信号为：则用户UD的接收SINR为：其中，则用户UD的覆盖概率为：其中，则射频传输情况下的中断概率为：系统整体中断概率为：进一步的，步骤S302中，假设除用户U1外，还有Q个用户同时进行传统射频通信，这Q个用户形成密度为的ppp集合ΦK；其余K个用户进行反向散射通信，形成相应密度为的ppp集合Φq，ΦK∪Φq∪U1＝ΦU，更进一步的，用户U1对应的目标用户UD的接收信号为：其中，s为室外宏基站发送的信号，PM为宏基站的发射功率，ηab为反向散射设备的反射系数，Ui为其他反向散射的干扰用户，ci为相应干扰信号。用户UD的接收SINR为：其中，P1ab和Piab为用户U1和用户Ui(Ui∈Φk)的反向散射功率，Ui∈Φk；用户UD的覆盖概率为：假设已知室内中心点距UD的距离Rd，则室内用户o距UD的距离为且有：其中，o＝{1,i}，Rd≤rn≤Rd+RM；宏基站距离室内用户的距离远大于室内用户之间的距离，可视为宏基站到所有室内用户的距离都相等，即用r2表示服从参数为μh的指数分布，服从参数为μp的指数分布；由于其中，其中，中断概率为：具体的，综合步骤S2中的能量受限概率和步骤S3中的传统射频通信和反向散射通信方式下的数据传输中断概率，得到模型中射频传输部分的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于能量收集的可见光及射频混合通信方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、照明设备向能够接收照明设备的光的用户同时进行可见光的信息和能量传输，用户对可见光能量进行收集并进行信息译码，得到可见光通信过程的数据传输中断概率；/nS2、计算室内用户从覆盖的多个照明设备中收集到的总可见光功率，并以室内用户向室外进行射频传输的发送功率作为阈值功率，将阈值功率与来自照明设备的接收功率相比较，判定室内用户向室外进行射频传输的通信方式；/nS3、若室内用户从照明设备中收集到的可见光功率能够用于传统点到点射频传输，则室内用户利用点到点射频通信技术将待传信息传输给室外用户；否则，室内用户利用反向散射技术将待传信息搭载到其所处环境中的射频信号上，再反向散射传输给室外用户；计算得到分别使用传统射频通信和反向散射通信方式的数据传输中断概率，完成通信。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于能量收集的可见光及射频混合通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、照明设备向能够接收照明设备的光的用户同时进行可见光的信息和能量传输，用户对可见光能量进行收集并进行信息译码，得到可见光通信过程的数据传输中断概率；
S2、计算室内用户从覆盖的多个照明设备中收集到的总可见光功率，并以室内用户向室外进行射频传输的发送功率作为阈值功率，将阈值功率与来自照明设备的接收功率相比较，判定室内用户向室外进行射频传输的通信方式；
S3、若室内用户从照明设备中收集到的可见光功率能够用于传统点到点射频传输，则室内用户利用点到点射频通信技术将待传信息传输给室外用户；否则，室内用户利用反向散射技术将待传信息搭载到其所处环境中的射频信号上，再反向散射传输给室外用户；计算得到分别使用传统射频通信和反向散射通信方式的数据传输中断概率，完成通信。


2.根据权利要求1所述的基于能量收集的可见光及射频混合通信方法，其特征在于，步骤S1中，可见光信号传输部分中断概率为：



其中，Pr(SINRi≥γVth)为用户i的覆盖概率，N0为噪声功率，l为没有添加直流偏置电流时，平均传输光功率与电功率之比，j为各干扰照明设备，BV为照明设备的调制带宽，γVth为信干噪比阈值，ω为特征函数Ω的表示变量。


3.根据权利要求2所述的基于能量收集的可见光及射频混合通信方法，其特征在于，用户i的接收SINR为：



其中，RP为用户i的光电检测器的反应率，即光电转换效率A/W；分别为服务用户i的照明设备、其他干扰照明设备的可见光传输功率；假设l为没有添加直流偏置电流时，平均传输光功率与电功率之比，即照明设备工作于非线性区导致的非线性失真的程度；BV为照明设备的调制带宽；N0为噪声的功率谱密度A2/HZ，用户i的覆盖概率为：



其中，令Y＝RP2(1-η)2ZPV2(ri2+H2)(-m-3)，Ω＝Y-IVγVth；φΩ(ω)＝E[exp(-jωΩ)]为Ω的特征函数，Im[.]为(.)的虚部；



K1表示干扰照明设备的数目，0≤K1＜∞，j表示各干扰照明设备，j＝1,2,...,K1；则



其中，ri＜rj＜RS；



其中，Γ(z,x,y)＝Γu(z,x)-Γu(z,y)为广义不完全伽马函数；
由于用户i与相应照明设备i的PDF为：



其中，0＜ri＜RS。


4.根据权利要求1所述的基于能量收集的可见光及射频混合通信方法，其特征在于，步骤S2中，用户i从照明设备l接收到的电功率为：



其中，Ci,RF为用户i处接收机的射频功率常数，rli为用户i与照明设备l之间的水平距离，Gt2(φli)和Gr2(ξli)为收发天线增益，
用户i接收到的能量为：



其中，ρ(0＜ρ＜1)为用户i的能量收集效率，为用户i可以从中收集能量的照明设备数，KV＝K1+1。


5.根据权利要求4所述的基于能量收集的可见光及射频混合通信方法，其特征在于，用户i接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，褚镭郦，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61