[发明专利]一种室内VLC网络的联合用户分组和功率分配方法

说明书

本发明涉及一种室内VLC网络的联合用户分组和功率分配方法，属于光无线通信技术领域。本发明所述方法在保证室内所有用户最小请求速率得到满足和用户信息可以正确解调的前提下，通过优化NOMA用户分组和用户的发射功率，实现室内VLC‑NOMA系统的能效优化。在用户分组阶段，计算用户和VLC接入点之间的信道增益，按照用户的信道增益值升序排列和编号用户，使用动态用户分组策略为用户分组；在功率分配阶段，执行能效最优的功率分配策略，将分数形式的能效问题转换为减法形式的凸优化问题，利用拉格朗日对偶法求解此凸问题，获取最优的用户发射功率，进而获得最优的系统能效。本方法能够促进VLC系统发射功率的合理分配，增加系统能效，并减少NOMA用户分组复杂度。

技术领域

本发明属于光无线通信技术领域，涉及一种室内VLC网络的联合用户分组和功率分配方法。

背景技术

随着无线通信用户数量的急剧增长，虚拟现实、高清视频等各种新兴业务逐渐出现，然而，有限的无线频谱资源不能满足通信业务的快速增长，为满足未来6G更加丰富多彩的业务场景以及速率需求，中国信通院IMT-2030推进组发布《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书，并将可见光通信(Visible Light Communication,VLC)列为6G潜在的关键技术之一。VLC是一种很有前途的技术，有取代传统的无线局域网进行室内通信的潜力，因为人们将超过80％的时间花在室内。然而，目前的发光二极管(Light Emitting Diode,LED)调制带宽受限，只有几十兆赫兹，极大的限制了系统的容量以及接入的用户终端数目。因此，非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术被引入VLC系统中，能极大地提升系统的容量和接入的用户终端数目。在发射端，通过功率域复用技术实现多用户传输，在接收端，连续干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)技术，实现用户信息解调。因此，功率分配策略对NOMA系统的性能提升至关重要。现有研究表明：在VLC系统中引入NOMA技术可以改善VLC-NOMA系统和速率，但是若没有对NOMA用户组中的用户数量进行限制，当所有用户共享一个子载波时，会导致较高的解调复杂度，解码延迟和误码传播现象，将所有用户放在一个NOMA用户组中是不现实的。因此，在NOMA中设计联合用户分组和功率分配更具有实际意义。此外，目前的研究大多数都集中在系统吞吐量的提升上，忽略了系统能耗的增加。随着无线数据流量需求的快速增加，大量用户接入网络导致无线网络的能耗迅速增长。因此，如何联合用户分组和功率分配以提升系统的能效至关重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的核心在于提供一种室内VLC网络的联合用户分组和功率分配方法，在实现用户的动态分组，增加用户分组的准确性的同时，提升系统的能效。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种室内VLC网络的联合用户分组和功率分配方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：建立VLC-NOMA系统的能效优化模型；

S2：计算所有用户的信道增益平均值，统计用户信道增益大于信道增益平均值的用户数目，记为K，执行动态用户分组策略，得到K个NOMA用户组；

S3：根据所得的K个NOMA用户组，依次对K个NOMA用户组执行能效最优的功率分配策略，获得K个NOMA用户组中各个用户的最优发射功率，并分别计算K个NOMA用户组的能效，然后将各个NOMA用户组的能效累加，获得系统的能效。

进一步，所述S1具体方法为：

S101：对于接入VLC-NOMA系统的N个用户，根据朗伯辐射模型，计算LED与用户之间的用户信道增益，并按照用户信道增益升序排列并编号用户，即h₁＜h₂＜L＜h_N，用户i的信道增益h_i计算公式为：