【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及可见光通信mimo系统的天线选择，尤其涉及一种基于亚模函数的可见光通信mimo-o-ofdm系统天线选择方法。
技术介绍
1、随着发光二极管(led)的快速普及，高速无线接入需求的急剧增加，以及未来6g布局的带动，可见光通信(vlc)技术近年来获得了迅猛发展，vlc作为一种频谱无须授权的通信方式，可以解决传统射频(rf)通信频谱资源短缺的问题，在室内环境中实现高保密、人体无害、无电磁辐射的高速通信，vlc被认为是未来移动通信室内无线网络的有力补充技术之一；目前广泛使用的荧光粉led的调制带宽一般小于10mhz,限制了vlc系统传输速率的提高，频带利用率较低，应用多输入多输出(mimo)技术的vlc则可以在不增加系统带宽的条件下提高频谱利用率，改善数据传输速率，在实际的室内环境中，为满足照明需求通常会安装多个led，这为室内可见光通信mimo系统(vlc-mimo)的搭建提供了天然条件，相比于单光源的通信方式，vlc-mimo系统不仅可以充分利用空间资源提高系统的信道容量和频谱效率，还能克服单led光信号容易被遮挡的缺点。
2、光正交频分复用(o-ofdm)技术可以解决vlc系统面临的符号间干扰、人造光源窄带干扰和频带利用率低等问题，将mimo与o-ofdm结合的mimo-o-ofdm系统可以通过空间复用(smp)技术提供更高的数据传输速率和频谱利用率，然而，在实际照明的多led场景下，若所有的led同时传输多个数据流，容易导致系统的能耗和复杂度过大，同时mimo-o-ofdm系统也会受到信道间干扰(ic
3、天线选择作为一种低成本、低复杂度的有效方法，可以通过特定的准则选择出具有最佳信道条件的天线子集，因此，如何实现vlc-mimo系统的天线选择对于提高系统性能具有重要意义，已有文献公开了传统的天线选择算法通过不同的选择策略和方法，选出最佳信道条件的天线子集，但是并没有将天线选择问题建模为理论优化模型，理论分析与建模不足，其复杂度会随着天线的增加呈现指数式增长，不便于解决多天线能效较低和系统复杂度高的问题，且对这一方向研究鲜少，针对这一问题，本专利技术提出了一种基于亚模函数的可见光通信mimo-o-ofdm系统天线选择方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于亚模函数的可见光通信mimo-o-ofdm系统天线选择方法。
2、为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于亚模函数的可见光通信mimo-o-ofdm系统天线选择方法，包括发射端的处理步骤和接收端的处理步骤，所述发射端的处理步骤具体包括：
3、a1：将发射端信源产生的信息序列进行m阶正交振幅调制；
4、a2：对调制信号映射，输出序列满足厄米特对称性；
5、a3：对映射后的信号进行逆傅里叶变换，输出双极性实数光ofdm信号；
6、a4：对信号预限幅处理，保证发光二极管的驱动信号处于线性工作区范围；
7、a5：对限幅信号进行并串转换(p/s)、加循环前缀(cp)以消除多径效应的影响；
8、a6：进行发射端天线的选择；
9、a7：数模转换(d/a)，然后添加直流偏置(dc)得到非负的实数信号，驱动选中的发光二极管发送光信号；
10、所述接收端的处理步骤具体包括：
11、b1：光电检测器(pd)检测接收到的光信号并转换为电信号；
12、b2：模数转换(a/d)、串并转换(p/s)和去除循环前缀后再进行傅里叶变换；
13、b3：将频域信号输入到mimo检测器，并采用迫零和最小均方误差检测算法，抑制led发送光信号间的干扰和信道噪声；
14、b4：将mimo检测器输出的符号输入到qam解调器，解调出原始二进制信息。
15、优选的，步骤a6中通过引入在最大化问题求解中具有较好性能的亚模函数，建立基于亚模函数的理论优化模型：
16、
17、
18、s.t.1ts≤lt；
19、其中，表示选择向量s中被选中天线的索引，nt是总的天线个数，1ts≤lt作为基数约束条件，表示选择向量s中“1”元素的个数，即待选择的天线个数lt，lt＞0是正整数。
20、优选的，天线选择优化模型中以最大化下行链路的信道容量为优化目标，证明了基于亚模函数的天线选择模型中目标函数所满足的单调亚模性f(i|a)≥f(i|b)；
21、优选的，依据亚模函数的边际收益递减效应设计了基于容量最大化的天线选择算法，具体包括以下步骤：
22、c1：输入原始信道矩阵h，选择后信道矩阵hs，选择向量s，被选择天线数目lt，循环次数t；
23、c2：开始遍历原始信道矩阵h中的每一列c；将t时刻对应列ct的增量表示为
24、c3：如果gm(ct)＞0且gm(ct)＞gm(ct-1)，则将列ct加入到上一次循环中的并赋值给使hs更新，即将ct从原始信道矩阵h中删除，使h更新，即ht-1\[ct]＝ht；将ct列对应的发光二极管作为被选天线的索引i，将选择向量st-1的第i个位置处元素置为1并赋值给s，即更新选择向量s；否则，将赋值给hs，将st-1赋值给s，此步骤的操作相当于将找到的满足最优条件的单个天线元素添加到被选天线组成的集合s当中，记录其索引位置并更新选择向量；
25、c4：当t＜lt时，系统尚未选出足够数目的天线，继续执行上一步，并在执行完成时更新循环次数t＝t+1；否则，此时t≥lt表示已将需要投入使用的天线数目全部选出，即s＝st-1，结束运算并输出最终结果hs以及s。
26、优选的，步骤b3采用迫零和最小均方误差两种线性检测算法，给接收信号乘以一个加权矩阵，用来消除或减小光信号间的干扰以及信道的影响，分别为：
27、
28、
29、其中，(·)-1表示矩阵求逆，(·)h表示矩阵的共轭转置，i表示lt×nr维的单位矩阵，n0是噪声的单边功率谱密度。
30、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
31、一、引入了集合函数亚模函数，建立了天线选择问题的理论优化模型，本专利技术涉及的基于亚模函数的天线选择方案，利用集合函数亚模函数在最大化问题求解时较好的性能，将vlc-mimo系统下行链路的天线选择问题与亚模函数相结合，建立了基于亚模函数的天线选择理论优化模型，实现保留mimo技术优势的同时，解决多天线能效较低和系统复杂度高的问题，进而提高系统的工作效率和通信质量。
32、二、以最大化信道容量为优化目标，证明了目标函数满足的单调亚模性，为天线选择这一组合优化问题的求解提供了理论依据。
33、三、依据亚模函数的收益递减效应设计了基于容量最大化的天线选择算法，实现了与穷举最优算法相近本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于亚模函数的可见光通信MIMO-O-OFDM系统天线选择方法，包括发射端的处理步骤和接收端的处理步骤，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种基于亚模函数的可见光通信MIMO-O-OFDM系统天线选择方法，其特征在于，步骤A6中通过引入在最大化问题求解中具有较好性能的亚模函数，建立基于亚模函数的理论优化模型：
3.根据权利要求2所述的一种基于亚模函数的可见光通信MIMO-O-OFDM系统天线选择方法，其特征在于，天线选择优化模型中以最大化下行链路的信道容量为优化目标，证明了基于亚模函数的天线选择模型中目标函数所满足的单调亚模性F(i|A)≥F(i|B)。
4.根据权利要求3所述的一种基于亚模函数的可见光通信MIMO-O-OFDM系统天线选择方法，其特征在于，依据亚模函数的边际收益递减效应设计了基于容量最大化的天线选择算法，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种基于亚模函数的可见光通信MIMO-O-OFDM系统天线选择方法，其特征在于，步骤B3采用迫零和最小均方误差两种线性检测算法，给接收信号乘以一个加权矩阵，用
...【技术特征摘要】
1.一种基于亚模函数的可见光通信mimo-o-ofdm系统天线选择方法，包括发射端的处理步骤和接收端的处理步骤，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种基于亚模函数的可见光通信mimo-o-ofdm系统天线选择方法，其特征在于，步骤a6中通过引入在最大化问题求解中具有较好性能的亚模函数，建立基于亚模函数的理论优化模型：
3.根据权利要求2所述的一种基于亚模函数的可见光通信mimo-o-ofdm系统天线选择方法，其特征在于，天线选择优化模型中以最大化下行链路的信道容量为优化目标，证明了基于亚模...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾科军，贺耀民，祁佳楠，张常瑞，何亚菲，张可绪，于凯，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
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