[发明专利]PD-NOMA-VLC系统功率和分组联合优化方法

权利要求书

1.一种PD-NOMA-VLC系统功率和分组联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：PD-NOMA-VLC系统有2N+2个子载波，共有K个用户传输信号，将用户分为N组，每个分组为一个NOMA簇，簇中心为依据k均值聚类方法得出的与信道增益相关的平均值，其中KN，K、N为正整数；每个用户只能被分配给唯一的组，每组被分配对称的两个子载波，每个子载波带宽为B_s，记第j个分组为NOMA簇C_j,其中j＝1,2,…,N，C₁,C₂,…,C_N满足如下条件：

C₁∪C₂∪…∪C_N＝C

|C₁|+|C₂|+…+|C_j|+…+|C_N|＝K,

其中所有用户的集合记为C，|C_j|表示NOMA簇C_j中用户个数；

定义0-1变量β_i',j用于判断用户i'所在的NOMA簇：

β_i',j满足下面的约束：

β＝(β_i',j)_K×N为判断用户所属NOMA簇的矩阵；

步骤B：PD-NOMA-VLC系统上行链路对功率分配和用户分组进行联合优化，具体步骤如下：

步骤B-1：用户i'在NOMA簇C_j内单个子载波上的发送信号为x_i'，

当β_i',j＝1时，s_i'为用户i'在这个子载波上的调制符号，p_i'为第i'位用户在单个NOMA簇内被分配的发射功率；

步骤B-2：发射源和第i'位用户间直射径的信道增益为h_i'，用户依据信道增益h_i'降序排列：

h₁h₂h₃…h_K,

接收端提取第1个到第N个子载波上信号，接收端在NOMA簇C_j的单个子载波上的接收信号y_j表示为：

其中γ为光电转换系数；n_j为零均值加性高斯白噪声，其噪声功率谱密度为N₀；

NOMA簇C_j内用户i'在单个子载波上接收信号y_i',j进一步表示为：

接收端在NOMA簇C_j的单个子载波上解调用户符号s_i'时，判决信号的信干噪比有如下表达：

记γ_i'为用户i'的归一化信道增益，

NOMA簇C_j的可达和速率R_j表示如下：

Γ是常数因子，Γ＝1；

步骤B-3：建立和速率最大化模型，和速率最大化模型为混合整数非线性优化模型，记为模型一，模型一具体表示如下：

约束条件：

β_i',j∈{0,1}

p₁≥p₂≥p₃≥…≥p_K0,

优化变量p＝(p_i')_K×1为用户被分配功率组成的向量；P_T为总发射功率的阈值，R_i'为用户i'的最低传输速率；

步骤B-4：对用户的信道增益进行k均值聚类，聚类完成，则各个用户的分组确定；

步骤B-5：在给定步骤A中β的情况下再对功率进行分配，因为上行链路用户的发射功率彼此之间是独立的，即单独考虑各个NOMA簇的功率分配；因此将步骤B-3所述模型一转换为单个NOMA簇的和速率最大化模型，记转换后的优化模型为模型二，表示如下：

约束条件：

p₁≥p₂≥p₃≥…≥p_m0,

优化变量p＝(p₁,p₂,…,p_m)表示单个NOMA簇内各用户被分配的功率，r_i为第i个用户服务质量的门限值，其中r_i≥0；p为总功率的门限值；m为用户总数，m为正整数；

步骤B-6：模型二的约束条件一等价于：

其中SINR_i为第i个用户的信干噪比，ρ_i为用户i获得最低速率所需的信干噪比；

引入附加变量a＝(a₁,a₂,…,a_2m)^T，约束条件改写如下：

模型二的乘子罚函数表示如下：

其中σ^(z)为第z次迭代的罚因子，w^(z)为第z次迭代的乘子序列；

步骤B-7:选取初始数据；给定初始点p⁽⁰⁾，初始乘子w⁽⁰⁾，初始罚因子σ⁽⁰⁾0，放大系数α1，允许误差ε0，参数β∈(0,1)，令z＝1；

步骤B-8：模型二转化为求解无约束模型，记为模型三：

定义||h(p^(z))||用于检查是否满足终止准则：

其中表示为：

以p^(z-1)为初始点，通过最速下降法求解模型三，求得其最优解为p^(z)；

步骤B-9：检查是否满足终止准则；若

||h(p^(z))||ε

则迭代终止，p^(z)为模型二的近似最优解；否则，转步骤B-10；

步骤B-10：判断收敛快慢；若

则令σ^(z+1)＝ασ^(z)，转到步骤B-11；否则，令σ^(z+1)＝σ^(z),转步骤B-11；.

步骤B-11：进行乘子迭代；令

z＝z+1，返回步骤B-8。