[发明专利]PD-NOMA-VLC系统功率和分组联合优化方法

说明书

本发明公开了一种PD‑NOMA‑VLC系统功率和分组联合优化方法，通过求解和速率最大化模型确定各个用户功率分配系数和分组；在给定用户分组的情况下再对功率进行分配，考虑到上行链路用户的发射功率彼此之间是独立的，各个NOMA簇的功率分配可以单独考虑；简化原混合整数非线性优化模型，通过广义乘子法和最速下降法进行求解。本发明可有效提升系统的可达和速率，且每个分组内用户数量的分布较为均匀，有效降低用户接收机的复杂度。

技术领域

本发明提出了PD-NOMA-VLC系统功率和分组联合优化方法，属于可见光通信领域。

背景技术

可见光VLC系统的主要缺点之一是光源的窄调制带宽，这导致难以获得有效数据速率。和无线通信一样，VLC也考虑了各种信号处理技术以及多载波和多天线技术。PD-NOMA作为下一代无线通信多址技术的潜在候选者，将NOMA技术和VLC有效结合来提升系统吞吐量是有潜力的。PD-NOMA系统在接收端利用串行干扰消除有效抑制多址干扰MAI,但对所有用户信号在频带上进行叠加传输无疑增加了接收机复杂度，用户分组能有效解决该问题。用户分组方法可以从多个角度进行合理的设计，例如用户公平性、用户和速率和计算复杂度等。目前比较常见的分组方法都局限于两个用户配对的情况，每个分组用户数限定为2，并且对用户公平性和系统可达和速率做了折中考虑。而PD-NOMA-VLC系统下的功率分配，和速率最大化模型被广泛研究，通过对多用户系统的总吞吐量这一目标函数进行最优化求解，最终求得各用户的最优功率分配系数，所提出的方法在可实现的系统总和率方面表现优于固定功率分配方法FPA和增益比功率分配方法GRPA，但这些工作中都为对用户检测顺序这一约束条件进行考虑，实际目标函数中的用户信干噪比项与此相关。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种PD-NOMA-VLC系统功率和分组联合优化方法，通过求解和速率最大化模型确定各个用户功率分配系数和分组：剔除信道增益较强的用户，对剩余用户的信道增益进行k聚类方法，聚类完成后信道增益前k强的用户依次分配给每个簇，簇按簇中心的值升序排列，即各个用户的分组得到确定。在给定用户分组的情况下再对功率进行分配，考虑到上行链路用户的发射功率彼此之间是独立的，各个NOMA簇的功率分配可以单独考虑。简化原混合整数非线性优化模型，通过广义乘子法和最速下降法进行求解。本发明通过对PD-NOMA-VLC系统上行链路的用户分组和功率分配进行联合优化，可有效提升系统的可达和速率，且每个分组内用户数量的分布较为均匀，有效降低用户接收机的复杂度。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种PD-NOMA-VLC系统功率和分组联合优化方法，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：