[发明专利]一种可见光通信非正交多址系统预编码矩阵优化方法

说明书

本发明公开了一种可见光通信非正交多址系统预编码矩阵优化方法，本发明在保证光通信的发射信号满足正实数约束与服务质量的前提下，以最大化和速率为目标，对个用户功率进行分配，成功的提高了通信性能；将NOMA技术用于可见光通信多用户多输入单输出(MISO)系统，与实际场景相符，使算法更具实用性。

技术领域

本发明涉及无线光通信技术领域，尤其是一种可见光通信非正交多址系统预编码矩阵优化方法。

背景技术

可见光通信(VLC)系统是最具潜力的下一代高速无线通信系统之一，典型的VLC系统采用LED作为发射端。LED不仅具有低功耗、节能、环保等优点，也拥有切换快、灵敏度高和调制性能好等特点。

在无线通信中有很多关于多址技术优化问题的研究。在射频通信中，正交多址系统的研究已经相当成熟。常见的多址系统设计问题，一般会考虑系统的谱效率、可靠性和服务质量等问题。

近年来，非正交多址(NOMA)作为可能应用于第五代移动通信的新型多址技术，受到了越来越多的关注。与正交多址(OMA)技术相比，NOMA的关键优势在于对功率域资源进行了复用。具体来说，在时隙、频率、码字均相同时，系统在发射端通过叠加编码(SC)技术将不同用户的信息发射出去，接收端通过连续干扰抵消(SIC)技术可以根据发射功率的不同，将叠加的用户信息分离出来，完成多址接入。由于NOMA是功率域的多址技术，功率分配算法是影响系统性能的关键所在。对多用户多输入单输出(MISO)系统来说，预编码矩阵的设计方法将极大地影响系统性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种可见光通信非正交多址系统预编码矩阵优化方法，能够在发射信号满足正实数约束且系统满足服务质量的条件下，优化系统的预编码矩阵，使传输的和速率最大。

为解决上述技术问题，本发明提供一种可见光通信非正交多址系统预编码矩阵优化方法，包括如下步骤：

(1)针对多用户MISO可见光通信系统的下行链路，求解出其和速率如下式：

其中，R_nk(W)为第n个用户检测第k个传输信息的速率，W为M×N预编码矩阵且为待优化变量，w_n为W的第n个列向量；M为LED灯组数；N为用户数；h_n为发射端LED到第n个用户的信道响应向量；a^T表示向量a的转置；为噪声方差；

(2)使得系统通信的和速率最大，建立优化模型如下式：

(3)可见光通信的发射信号满足正实数约束且系统需满足服务质量约束，变量W需满足下列约束条件：

|w₁|+|w₂|+…+|w_N|≤I_DC1_M

R_nk(W)≥R_th,1≤k≤n≤N

其中，W为M×N预编码矩阵且为待优化变量，w_n为W的第n个列向量；M为LED灯组数；N为用户数；R_nk(W)为第n个用户检测第k个传输信息的速率，h_n为发射端LED到第n个用户的信道响应向量；a^T表示向量a的转置；为噪声方差；I_DC为发射端LED的直流偏置；1_M为全一的M维列向量；R_th为各用户保证系统正常工作的最小速率；

(4)求解出优化模型的最优解。