[发明专利]一种可见光通信网络中上行容量区域和最佳波速优化方法

说明书

本发明提供了一种可见光通信网络中上行容量区域和最佳波速优化方法，用于可见光通信物联网网络的非正交多址接入，并为5G和5G应用提供了系统设计。针对具有离散输入和连续输入的多个IoT设备的实际上行链路NOMA的容量区域，对于离散输入提出了熵近似方法来逼近通道容量并获得离散的内部和外部边界；对于连续输入，以封闭形式导出了内部和外部边界。提供了VLC IoT网络的多址接入信道的最佳接收器波束成形设计，以在接收器功率限制下最大化最小上行链路速率。通过利用可达到的速率表达式的结构，最优波束形成器是最大广义特征值对应的广义特征向量，结果表明所提出的容量区域的紧密性以及VLC IoT网络波束形成器的优越性。

技术领域

本发明涉及一种可见光通信网络中上行容量区域和最佳波速优化方法。

背景技术

截止目前，上行NOMA(non-orthogonal multiple-access，非正交多址接入)已经引起了广泛关注和研究。基于泊松聚类过程理论，Modeling and analysis of uplinknon-orthogonal multiple access in large-scale cellular networks using poissoncluster processes一文中的作者提供了一个框架来分析速率收敛概率。在On userpairing in uplink NOMA中，针对各种上行NOMA的场景提出了最优用户配对。在Enhanceduplink resource allocation in non-orthogonal multiple access systems中，作者研究了联合子信道分配和功率分配问题。在Interference balance power control foruplink non-orthogonal multiple access中，推导出干扰平衡功率控制方案。通过使用随机几何，A general MIMO framework for NOMA downlink and uplink transmissionbased on signal alignment针对多输入多输出(MIMO-NOMA)上下传输链路得出了基于信号对齐的框架。在Downlink and uplink non-orthogonal multiple access in a densewireless network中，提出了一个理论框架来分析NOMA中上下行多小区无线系统的中断概率和平均速率。在Joint detection of visible light communication signals undernon-orthogonal multiple access中，提出了相位预失真联合检测方法降低VLC系统(可见光通信技术，Visible Light Communication，VLC)中上行NOMA的误码率。上述研究工作大多集中在在射频上行链路NOMA上，而VLC上行链路NOMA没有很好的讨论。到目前为止，VLC上行NOMA的可达速率表达式仍然未知，这使得对VLC上行NOMA系统进行最优波束成形设计非常困难。

不同于RF通信(射频，Radio Frequency)，VLC通常采用强度调制和直接检测(IM/DD，Intensity Modulation/Direct Detection)，信息被调制为信号的密度。因此，传输的VLC信号是实的和非负的，与RF复数值信号不同。此外，由于眼睛安全标准和物理限制，VLC信号的峰值和平均幅度也受到限制。因此，A general MIMO framework for NOMAdownlink and uplink transmission based on signal alignment文中指出经典的香农高斯输入的容量公式无法量化VLC网络的容量。

发明内容