[发明专利]一种求可见光通信系统下行NOMA最小化功率的方法

说明书

本发明公开了一种求可见光通信系统下行NOMA最小化功率的方法。本发明先建立了NOMA的系统模型，根据可见光通信系统中信号的特点，先推导出可见光通信中下行NOMA的用户速率闭式表达式，接着满足用户服务质量的同时最小化发射功率，以此满足移动通信技术中节能减排的要求。本发明相比于频分复用，可以实现用户和速率最大，此外能够消耗最小的发射功率保证用户的服务质量。

技术领域

本发明属于可见光通信领域，尤其涉及一种求可见光通信系统下行NOMA最小化功率的方法。

背景技术

随着智能终端的普及和移动新业务的发展，无线网络在各个应用领域的需求呈爆炸性增长，需要对现有的商用网络进行全面升级，于是新一代移动通信系统5G成为全球移动通信领域研究的热点。5G定位于频谱效率更高、速率更快、容量更大的无线网络，其中系统容量在2020年要提高1000倍/，频谱效率相比4G需要提升5～15倍。业内提出在5G中采用新型多址接入技术，即非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access，NOMA)。与基于时域/频域/码域正交多址接入(Orthogonal Multiple Access，OMA)技术相比，NOMA技术可在不占用额外无线资源的前提下，大幅提高系统的频谱效率和用户容量。此外，为提高系统吞吐量，采用OMA 技术的无线系统优先接入信道质量较好的用户，难以保证用户接入的公平性。在NOMA技术中，系统可在相同无线资源上同时接入信道质量较好和较差的用户，可为信道质量较差的用户提供更多接入机会，降低了用户平均接入时延，进而满足5G技术超低时延、超高网络连通性的要求。

由于可见光通信中利用NOMA技术的用户可达速率的闭式表达式还是未知的，NOMA技术的关键步骤，如用户排序和功率分配等，都需要用户可达速率的闭式表达式。因此，用户可达速率的表达式是NOMA技术应用于可见光通信系统中的基础。传统的无线通信中基于NOMA 技术的用户可达速率表达式是按照输入是高斯分布推导得到的，而在可见光通信系统中输入要求是非负的，所以高斯分布的输入信号是不可行的，因此，传统的无线通信中NOMA技术的用户可达速率表达式不适用于可见光通信系统。所以我们根据可见光通信互信息来推出用户速率闭式表达式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是给出可见光通信NOMA的用户速率表达式并给出最小化功率的方法。由于可见光通信输入信号是非负的，高斯分布不满足要求，所以传统的香农公式不适用于可见光通信系统中。本发明给出用户速率表达式的下界，并给出在满足服务质量要求下的最小化发射功率的方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种求可见光通信系统下行NOMA最小化功率的方法，具体包含如下步骤；

步骤1，设发射端有一个LED灯和k个光电检测器，则满足|s_k|≤A_k，E{|s_k|}＝0和其中，E{|s_k|}代表信号s_k的均值，E{|s_k|²}代表信号s_k的均方值，s_k代表第k个接收用户的信息符号，g_k代表发射端和第k个接收用户之间的信道增益，A_k为直流偏置，ε_K为目标平均电功率；k和K均为正整数；

将发射端的信道增益以升序排列，则|g₁|≤|g₂|≤...≤|g_K|，根据NOMA的原理，发射端发送K个信息通过重叠码技术发给用户，则LED灯的发射信号表达式如下：

式中，P_k是s_k的发射功率，且p_k∈R，b是LED灯的直流偏置，且b≥0；