[发明专利]基于公平性原则的可见光通信NOMA系统功率分配的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可见光通信非正交多址系统的公平性(Fairness)优化问题技术，特别涉及一种基于公平性原则的可见光通信非正交多址系统功率分配的方法，属于无线光通信技术领域。

背景技术

可见光通信(VLC)技术具有免费的独立于射频频谱的宽带频谱资源，无电磁干扰和辐射，是一种“绿色的”无线通信技术。发光二极管(LED)具有高速响应特性，可通过它将数据信号调制到可见光中进行信息传输。

在无线通信中，多址技术是用来区分不同用户的一种技术。可见光通信的多址技术一般由移动通信发展而来。在移动通信中，常用的多址技术有时分多址(TDMA)，频分多址(FDMA)，码分多址(CDMA)，空分多址(SDMA)，它们分别对时域、频域、码域、空间资源进行复用，使这些资源得到了充分利用。随着无线通信技术的发展，人们对系统容量和吞吐量的需求越来越大，这使得多址技术成为了当下的研究热点。

非正交多址(NOMA)技术由日本通信运营研发商NTT DOCOMO于2014年正式提出，其目的就是为了在满足用户体验需求的同时，更加高效的利用频谱资源。NOMA的基本原理是在发送端采用叠加编码(SC)，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰抵消(SIC)接收机实现正确解调。与传统的正交多址(OMA)技术相比，NOMA通过对功率域的复用，可以很好地提高频谱效率。

发明内容

本发明提供一种基于公平性原则的可见光通信非正交多址NOMA系统功率分配的方法，即在发射信号满足正实数约束的条件下，优化不同用户所分配的功率，使各用户的最小传输速率最大。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种基于公平性原则的可见光通信非正交多址NOMA系统功率分配的方法，所述公平性原则为最大化可见光通信非正交多址系统的最小传输速率。

该方法的具体步骤如下：

步骤1，建立可见光通信非正交多址系统的最小传输速率最大的优化问题：

其中，P为功率分配向量，P＝(P₁,P₂,…,P_N)，P_n为分配给第n个用户的功率，N为用户数；R_n(P)为第n个用户的传输速率；I_DC为发射端的直流偏置；

步骤2，求解步骤1中建立的优化问题，得到使得系统最小传输速率最大的最优功率分配向量P^*；

步骤3，根据步骤2中求解得到的功率分配向量P^*，完成可见光通信非正交多址系统中的用户功率分配。

作为本发明的进一步优化方案，步骤1中第n个用户的传输速率R_n(P)为：

其中，h_n为发射端到第n个用户的信道响应，且h₁≤h₂≤…≤h_N，；P_i为分配给第i个用户的功率；为第n个用户的噪声方差。

作为本发明的进一步优化方案，发射端到第n个用户的信道响应h_n为：

其中，m为朗伯阶数，θ_1/2为LED半角，d_n为第n个用户与发射端的直达距离，A为光电二极管PD的接收面积，R_P为光电二极管PD的响应度，为第n个用户的辐照角，φ_n为第n个用户的入射角，T(φ_n)为第n个用户的光滤波器的增益，g(φ_n)为第n个用户的聚光透镜的增益，β为聚光透镜的折射率，Ψ_FOV为光电二极管PD的视场。

作为本发明的进一步优化方案，第n个用户的噪声方差为：

其中，q为一个电子所带的电荷量；B为系统带宽；χ_amb为背景光电流；i_amp为前置放大器的噪声电流密度。

作为本发明的进一步优化方案，步骤2中求解步骤1中建立的优化问题的方法为：

2.1，引入变量t，将步骤1中建立的优化问题转化为：

s.t.R_n(P)≥t,n＝1,2,…,N