基于LED自适应照明优化的可见光通信网多域耦合传输技术研究

The merits of visible light communication (VLC) are low cost, large bandwidth, high security and rapid transmission. However, multiple user coverage and illumination deterioration problem are the main drawbacks when generalizing its applications. This project will manage the power domain, space domain and frequency domain for multi-domain spectrum coupling. The LED power orthogonal mask will be designed in the power domain, while merge the VLC imaging MIMO and the OFDMA technology to achieve the multi-user high-speed transmission in VLC network with constant color. The details of the main research contents are as follows: (1) design the multi-user transmission protocol and the LED power orthogonal mask to achieve the users' location before data transmission, and eliminate the light flickering/chromaticity shift problems during the data transmission; (2) propose the mapping relationship between the user's quality of experience (QoE) and VLC network control parameters, establish the resource allocation algorithm between the subcarriers and the VLC wavelength to maximize the user QoE for overcoming the interferences among the VLC cells; (3) transfer the optimization target of maximizing the VLC transmission rate to optimize the users' QoE, design the lighting brightness adaptive control technology based on optimizing the energy consumption and QoE to solve the contradiction between high speed VLC transmission and the brightness adjustment.

可见光通信（VLC）具有成本低、带宽大、安全性高和传输速度快等优点，但多用户覆盖困难以及传输时产生的照明质量劣化现象是阻碍其应用的主要问题。本课题拟对功率域、空间域和频率域进行多域频谱资源耦合，在功率域中设计LED正交掩码同时有机融合可见光多波长成像MIMO和OFDMA技术从而实现颜色恒定的可见光通信网多用户高速传输。具体包括：(1)设计多用户传输协议及LED功率正交掩码以实现在数据传输前对用户的定位，并消除传输过程中产生的亮度闪烁及颜色偏移问题；(2)提出用户体验质量（QoE）与VLC网络控制参量间的映射关系，建立以最大化QoE为目标的子载波和可见光波段分配方法，克服VLC小区间的干扰问题；(3)将最大化可见光传输速率的优化目标等效为最优化QoE，设计能耗及QoE均衡优化的室内照明亮度自适应控制技术以解决可见光高速传输与照明亮度调节间的矛盾。

可见光通信（VLC）具有成本低、带宽大、安全性高和传输速度快等优点，但多用户覆盖困难以及传输时产生的照明质量劣化现象是阻碍其应用的主要问题。本课题的研究内容包括对功率域、空间域和频率域进行多域频谱资源耦合，在功率域中设计LED正交掩码同时有机融合可见光多波长成像MIMO和OFDMA技术从而实现颜色恒定的可见光通信网多用户高速传输。本课题的主要研究成果有：1.提出了一种考虑照明质量的多色LED的以用户为中心的体验质量（QoE）优化调度方案。设计了一种新的贪婪算法来分配光波带宽，并根据用户设备的流量和位置动态搜索最佳接入点用户设备（AP-UE）链路。该方案提高了用户的QoE，并且在确保照明质量的同时还调度了更多的用户；2.针对多色LED组成和优化问题，本项目针对4色LED提出了一种新的资源优化贪婪算法，并基于用户的QoE值动态搜索最优接入点用户设备（AP-UE）链路。为了分析算法的鲁棒性，进一步考虑UE对不同空间分布（例如均匀分布和泊松分布）下的传输性能的影响。3.在可见光异构网中，本课题提出了一种基于最大化用户QoE的垂直切换算法。由于用户在VLC和无线网络之间进行切换时，对用户的QoE的影响可以是正的（定义为QoE利润）或负的（减少的QoE值被定义为切换成本）。因而将问题转化为马尔可夫决策问题，进行切换决策以增强QoE并降低用户的切换成本。4. 提出了一种信道自适应驻留垂直切换算法，算法中用户在信道中的驻留时间随着VLC信道阻塞和恢复速率而自适应地变化。仿真结果显示CAD-VHO方案可以将VHO的数量减少多达80％，同时在大多数情况下实现更高的平均数据速率。项目执行过程中发表了7篇SCI检索刊物论文，其中JCR1区2篇，发表4篇EI检索国际会议论文，申请了12项发明专利，授权4项，研究成果于2016年获得江苏省科技进步一等奖1项（排名第7），中国商业科技进步一等奖1项（排名第1）。项目培养了青年教师1名，博士研究生2名，硕士研究生6名。