【技术实现步骤摘要】
一种聚合型VLC-RF系统
本专利技术涉及一种聚合型VLC-RF系统。
技术介绍
当前，高清流媒体视频、云服务等无线设备和物联网应用的迅猛发展，无线网络在第五代(5G)及以后将面临射频频谱稀缺危机。因此，学术界和工业界都在寻找替代方案以减少来自射频(RF)无线网络的沉重流量负载。可见光通信VLC(VisibleLightCommunication)以其巨大的未授权带宽实现了高数据率和高能效的数据传输，而不会对现有的射频通信系统造成干扰；另一方面，可见光通信容易被阻塞，而射频(RF)提供了更多的覆盖和可靠的通信。为了充分利用可见光通信和射频通信的优点，目前已经有了一些研究VLC和RF共存系统的工作，大致有两种方法：混合型VLC-RF(可见光通信和射频)系统和聚合型VLC-RF系统。在混合型VLC-RF系统中，信号是通过切换方案，由可见光通信或射频通信进行传输，而在聚合型VLC-RF系统中，信号同时由可见光通信和射频通信进行传输。研究表明，可见光通信信道的可达容量分布在有限的点集上是离散的，而准确的容量不是一个封...
【技术保护点】
1.一种聚合型VLC-RF系统，其特征在于，包括发射机和接收机；/n所述发射机包括N个发光二极管LED和M个射频RF发射天线；/n所述接收机包括一个光电二极管PD和一个射频RF接收天线；/n所述系统通过VLC可见光通信链路和RF射频链路同时传输信息。/n
【技术特征摘要】
1.一种聚合型VLC-RF系统，其特征在于，包括发射机和接收机；
所述发射机包括N个发光二极管LED和M个射频RF发射天线；
所述接收机包括一个光电二极管PD和一个射频RF接收天线；
所述系统通过VLC可见光通信链路和RF射频链路同时传输信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，令A表示系统传输的消息集，所述消息集分别编码为VLC可见光通信链路和RF射频链路的两个符号流s1和s2，其中|s1|≤A，s2～CN(0,1)，即s1的均值为0，s1的平均电功率为ε，ε是平均电功率约束，为求均值，s2服从标准复高斯分布。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，令x1和x2分别表示VLC可见光通信链路和RF射频链路的传输信号，发射端的发射信号写成如下的矢量形式：
其中和分别是VLC可见光通信链路的发射波束成形矢量和RF射频链路的发射波束成形矢量，和分别是第N个VLC可见光通信链路的发射波束成形标量和第M个RF射频链路的发射波束成形标量；IDC＝IDC1N是直流偏置矢量，且IDC是标量，表示的是每个发光二极管LED的直流偏置，1N是元素都为1的N×1的矩阵。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，p1的分量必须满足以下条件：
其中N是发光二极管LED的总数。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，令g1＝[g1,1,...,g1,N]T表示VLC可见光通信链路信道增益向量，其中g1,i表示第i个发光二极管LED和光电二极管PD之间的信道增益，g1,i表示为：
其中，m是朗伯辐射的阶数，即m＝-ln2/ln(cosθ1/2)，θ1/2是半功率角；A1为接收端的光电二极管PD的检测区域；d1,i是第i个发光二极管LED和光电二极管PD之间的距离；φi和分别是第i个VLC可见光通信链路的辐射角和入射角；Ψc是VLC可见光通信链路接收端的视场；
令g2＝[g2,1,...,g2,N]T表示RF射频链路信道增益向量，其中g2,k表示第k个RF射频链路发射天线与接收天线之间的信道增益，g2,k表示为：
其中j是虚数单位，a～CN(0,1)，即a是一个服从复高斯分布的随机变量，ψk是RF射频链路到达或者离开的角度，K是莱斯K因子，L(d2,k)表示RF射频链路信道的路径损耗，路径损耗L(d2,k)写成：
其中，d2,k是用户与第k个发射天线之间的距离；Lσ～CN(0,σ2)是阴影衰落；dB是断点距离；LF(d2,k)＝20log10(d2,k)+20log10(fc)-147.5是自由空间损耗，fc是中心载波频率；
则所述系统的接收信号表示为：
其中y1和y2分别表示VLC可见光通信链路接收到的信号和RF射频链路接收到的信号，是VLC可见光通信链路接收到的实高斯噪声，则是RF射频链路接收到的复高斯噪声；是RF射频链路的功率谱密度(PSD)，且其中kB是玻耳兹曼常数，T是环境温度。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，对系统的可达速率进行求解：I(x1；y1)和I(x2；y2)分别表示VLC可见光通信链路的互信息量和RF射频链路的互信息量，h(·)为对应随机变量的微分熵，设CVLC-RF为所考虑的系统的信道容量，则它表示为：
其中表示的是关于发射信号x1的函数，不等式(7c)由熵权不等式得到；(7d)式成立是因为s1服从ABG分布，其中参数α，β和γ是下列等式的解：
T(A)-T(-A)＝e1+α,(8a)
β(eA(β-γA)-e-A(β+γA)-e1+α)＝0,(8b)
eA(β-γA)((β-2γA)e-2Aβ-β-2γA)+(β2+2γ)e1+α＝4γ2εe1+α,(8c)
其中s为随机变量，erf(·)为高斯误差函数；
令B1和B2分别表示VLC可见光通信链路的带宽和RF射频链路的带宽，所述系统的可达速率RVLC-RF表示成：
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，采用如下方法对系统进行调光控制：
多LED的平均光功率必须满足：
其中，IDC是每个发光二极管LED的直流偏置；
调光水平定义为平均光功率与最大光功率之比，其中参数τ决定了调光水平：
参数τ满足0＜τ≤1；
结合(10)(11)得到：
因为是第i个VLC可见光通信链路的发射波束成形标量，令IH为LED最大允许电流，即：
因此，传输功率P1,i需要满足：
由(2)(12)和(13)得到第i个VLC可见光通信链路的传输功率P1,i满足：
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，令RVLC和RRF分别表示VLC可见光通信链路的可达速率和RF射频链路的可达速率，聚合型VLC-RF系统的照明速率区域表示为：
其中u1和u2分别表示发光二极管LED发射功率放大器的效率和RF射频链路发射天线的效率；PT是所述系统的总功率阈值。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，对所述系统的可达速率最大化问题进行求解，具体包括如下步骤：
步骤a1，所述系统的可达速率最大化问题表述为：
其中是为了简化表述而加入的辅助变量，ei是单位向量；
最佳波束成形向量p2与信道g2方向一致，因此，最佳波束成形向量p2写成：
其中v≥0表示波束成形向量p2的功率；
步骤a2，当N＝1时，向量p1退化为实数，其中P1≥0；利用式(17)中的最佳波束成形...
【专利技术属性】
技术研发人员：马帅，张凡，陈永燕，李世银，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。