1.颜色键控与OFDM联合调制可见光通信系统的星座图设计方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1.对于M点的CCSK星座图,可以用一个3×M维的复数矩阵表示为:T
其中M表示星座图包含的星座点数量,su=[su,R,su,G,su,B] 为星座图上第u个星座点,其T
中su,R、su,G与su,B均为复数,(·) 则表示转置操作,即星座点集合S是一个3×M维的复数矩阵;
S2.定义3×2M维的中间星座图变量 使得 中第2i‑1个和第2i个列向量分别对应于S中的第i个列向量的实数部分及虚数部分,即:其中第u个符号 表示为 而Re(·)和Im(·)则分别表示取实部和取虚部操作;
S3.记N×N维的单位矩阵为 CCSK星座图中第i个和第j个星座点符号的差值可以表示为:
其中Uij定义为 ui和uj则分别表示 中的第i个和第j个列向量,而6M×1维列向量 则为待优化向量,定义为 优化目标是使得星座图S在满足相关约束的情况下,其对应的归一化最小欧氏距离dmin最大化,即有:其中
S4.对于任意的C路信号,C∈{R,G,B},根据中心极限定理,截断时域信号xC,cl(t)的概率密度函数为:
其中 为单位阶梯函数,而δ(w)则为狄拉克δ函数,表示为且 σC表示非截断信号xC(t)的标准差,导出:其中系数 用来表征偶数载波不携带信息而引起的IFFT后时域信号能量减半的特征;因此,基于式(5),时域信号xC,cl(t)的平均光功率为:T
S5.假设目标光强为Ptar,预先设定的颜色平衡为cavg=[cavg,R,cavg,G,cavg,B],其中cavg,C为对应颜色光强所占比例且∑C∈{R,G,B}cavg,C=1;因而,为了使得经过OOFDM后的信号满足目标颜色平衡时,有:
故有 即说明了当 中三路子信号的能量均等于相应颜色目标光强平方的2π倍时,其对应的CCSK星座图在经过ACO‑OFDM操作后能达到所设定的颜色平衡;
因而结合颜色平衡约束后,式(4)中定义的目标函数可以进一步更新为:其中cavg(i,1)表示cavg中第i个元素;此外,定义 其中ui表示 中的第i个列向量;
注意到上述距离约束(9.2)和颜色约束(9.3)均是非凸的;为了能把(9.1)、(9.2)、(9.3)中描述的问题转化为凸优化问题,针对两个约束条件分别采取了近似表达以及扩展可行域的方法;具体来说,针对距离约束(9.2),假设给定一个初始可行解 可以利用泰勒展开公式,在 点处做一阶线性近似,把非凸的约束条件近似转化为凸优化问题,即:其中 且1≤i<j≤M;另一方面,对于颜色约束(9.3),对其补充可行域Ψi<
0,使其转变为一个凸集,即Ψi≤0;注意到,通过证明得出,即使扩充了可行域,此问题中的最优值仍在已扩充可行域Ψi≤0的边界取得,即在Ψi=0时取得;补充可行域只是为了使其转化为一个凸集,以便于问题的求解,但并不会影响最终最优值的获取;故通过上述两个操作,只要给定初始可行解 (9)中定义的优化问题可以进一步转化为凸优化问题:因而,只要给定初值 (11)中定义的优化问题则可以利用CVX工具箱进行求解;在优化过程中,每次CVX优化过程得到的解将会作为下次迭代优化的初值,直至算法收敛或达到最大迭代次数,进而获得优化得到的相应的局部最优值。
2.根据权利要求1所述的颜色键控与OFDM联合调制可见光通信系统的星座图设计方法,其特征在于:所述初值 的选取方法如下:T
S11.随机生成3×2M维的实数矩阵Q=[q1,q2,…,q2M],而qp=[qp,R,qp,G,qp,B] ,其中1≤p≤2M;定义qC∈{q1,C,q2,C,…,q2M,C},其中C∈{R,G,B};
S12.生成缩放矩阵Λ=diag{[αR,αG,αB]},其中有S13.缩放Q,使得Q=ΛQ;
S14.构造初始可行解