[發明專利]PD-NOMA-VLC系統功率和分組聯合優化方法

有效

• 申請號: 202011411727.0
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112543056B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 蔣良成;朱國;陳明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04B10/564;H04B10/60;G06K9/62
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 彭雄

本發明公開了一種PD?NOMA?VLC系統功率和分組聯合優化方法，通過求解和速率最大化模型確定各個用戶功率分配系數和分組；在給定用戶分組的情況下再對功率進行分配，考慮到上行鏈路用戶的發射功率彼此之間是獨立的，各個NOMA簇的功率分配可以單獨考慮；簡化原混合整數非線性優化模型，通過廣義乘子法和最速下降法進行求解。本發明可有效提升系統的可達和速率，且每個分組內用戶數量的分布較為均勻，有效降低用戶接收機的復雜度。

技術領域

本發明提出了PD-NOMA-VLC系統功率和分組聯合優化方法，屬于可見光通信領域。

背景技術

可見光VLC系統的主要缺點之一是光源的窄調制帶寬，這導致難以獲得有效數據速率。和無線通信一樣，VLC也考慮了各種信號處理技術以及多載波和多天線技術。PD-NOMA作為下一代無線通信多址技術的潛在候選者，將NOMA技術和VLC有效結合來提升系統吞吐量是有潛力的。PD-NOMA系統在接收端利用串行干擾消除有效抑制多址干擾MAI,但對所有用戶信號在頻帶上進行疊加傳輸無疑增加了接收機復雜度，用戶分組能有效解決該問題。用戶分組方法可以從多個角度進行合理的設計，例如用戶公平性、用戶和速率和計算復雜度等。目前比較常見的分組方法都局限于兩個用戶配對的情況，每個分組用戶數限定為2，并且對用戶公平性和系統可達和速率做了折中考慮。而PD-NOMA-VLC系統下的功率分配，和速率最大化模型被廣泛研究，通過對多用戶系統的總吞吐量這一目標函數進行最優化求解，最終求得各用戶的最優功率分配系數，所提出的方法在可實現的系統總和率方面表現優于固定功率分配方法FPA和增益比功率分配方法GRPA，但這些工作中都為對用戶檢測順序這一約束條件進行考慮，實際目標函數中的用戶信干噪比項與此相關。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種PD-NOMA-VLC系統功率和分組聯合優化方法，通過求解和速率最大化模型確定各個用戶功率分配系數和分組：剔除信道增益較強的用戶，對剩余用戶的信道增益進行k聚類方法，聚類完成后信道增益前k強的用戶依次分配給每個簇，簇按簇中心的值升序排列，即各個用戶的分組得到確定。在給定用戶分組的情況下再對功率進行分配，考慮到上行鏈路用戶的發射功率彼此之間是獨立的，各個NOMA簇的功率分配可以單獨考慮。簡化原混合整數非線性優化模型，通過廣義乘子法和最速下降法進行求解。本發明通過對PD-NOMA-VLC系統上行鏈路的用戶分組和功率分配進行聯合優化，可有效提升系統的可達和速率，且每個分組內用戶數量的分布較為均勻，有效降低用戶接收機的復雜度。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種PD-NOMA-VLC系統功率和分組聯合優化方法，包括以下步驟：

步驟A：PD-NOMA-VLC系統有2N+2個子載波，共有K個用戶傳輸信號，將用戶分為N組，每個分組為一個NOMA簇，簇中心為依據k均值聚類方法得出的與信道增益相關的平均值，其中KN，K、N為正整數。每個用戶只能被分配給唯一的組，每組被分配對稱的兩個子載波，每個子載波帶寬為B_s，記第j個分組為NOMA簇C_j,其中j＝1,2,…,N，C₁,C₂,…,C_N滿足如下條件：

C₁∪C₂∪…∪C_N＝C

|C₁|+|C₂|+…+|C_j|+…+|C_N|＝K,

其中所有用戶的集合記為C，|C_j|表示NOMA簇C_j中用戶個數。

定義0-1變量β_i',j用于判斷用戶i'所在的NOMA簇：