[发明专利]室内VLC-WiFi异构网络联合子载波分配与功率控制资源分配方法

权利要求书

1.室内VLC-WiFi异构网络联合子载波分配与功率控制资源分配方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：首先，由VLC朗伯辐射模型计算用户到VLC AP的信道增益，由瑞利衰落信道模型计算用户到WiFi AP的信道增益，VLC子载波带宽乘以VLC噪声功率谱密度得到VLC噪声功率，WiFi子载波带宽乘以WiFi噪声功率谱密度得到WiFi噪声功率；其次，VLC AP发射功率乘以用户到VLC AP的信道增益得到用户到VLC AP的接收功率，WiFi AP发射功率乘以用户到WiFi AP的信道增益得到用户到WiFi AP的接收功率，用户到VLC AP的接收功率除以VLC噪声功率得到用户到VLC AP的信噪比，用户到WiFi AP的接收功率除以WiFi噪声功率得到用户到WiFi AP的信噪比；然后，采用基于AP负载均衡的用户关联算法，确定用户集合中每个用户是关联在WiFi AP集合中，或者用户关联在VLC AP集合中，并将关联到VLC AP集合中的用户保存在VLC用户集合中；

其中，上述基于AP负载均衡的用户关联算法的具体步骤如下：

S101：若用户到所有VLC AP的信噪比均小于该用户到WiFi AP的信噪比，则将该用户保存在VLC用户集合中，采用用户中心访问规则确定该用户的最大关联VLC AP数目，用户的最大关联VLC AP数目记为s，按照该用户到VLC AP的信噪比由大到小的顺序对VLC AP进行排序，使该用户关联前s个VLC AP；否则，判断WiFi子载波集合是否为空，用户访问中心规则如S103；

S102：若WiFi子载波集合是空集，则将该用户保存在VLC用户集合中，采用用户中心访问规则确定该用户的最大关联VLC AP数目，设用户的最大关联VLC AP数目为s，按照该用户到VLC AP的信噪比由大到小的顺序对VLC AP进行排序，该用户关联前s个VLC AP；否则，从WiFi子载波集合中随机选择一个子载波分配给该用户，并将该子载波从WiFi子载波集合中删除；

S103：所述用户中心访问规则，是根据用户请求速率，对用户请求速率除以用户集合中的最小速率值并对计算结果向上取整数，得到用户请求关联VLC AP数目，定义用户的候选VLC AP集合，将用户到VLC AP的信噪比值不为零的VLC AP保存在用户的候选VLC AP集合中，若用户的请求关联VLC AP数目小于或等于用户的候选VLC AP集合中的VLC AP数目，则确定该用户的最大关联VLC AP数目为用户的请求关联VLC AP数目；否则，确定该用户的最大关联VLC AP数目为用户的候选VLC AP集合中的VLC AP数目；

S2：对关联在VLC AP集合中的用户，根据用户的请求速率，由公式计算VLC用户集合中所有用户的优先级系数，η表示用户优先级系数，r表示用户请求速率，B表示子载波带宽，N₀表示VLC噪声功率谱密度，γ表示光电转换系数，j表示VLC AP的编号，A表示用户的关联VLC AP集合，P表示VLC AP发射功率，H_j表示用户到编号为j的VLC AP的信道增益；然后，按照VLC用户集合中用户的优先级系数由大到小的顺序对VLC用户集合中用户进行排序，并依次采用基于干扰抑制的VLC子载波分配算法对用户的关联VLC AP分配子载波；

其中，基于干扰抑制的VLC子载波分配算法对用户的关联VLC AP分配子载波的具体步骤如下：

S201：根据用户的请求速率，计算用户优先级系数η，并按照VLC集合中用户的优先级系数由大到小的顺序对VLC用户集合中用户进行排序，选择优先级系数最高的用户的关联在VLC AP集合中，若用户的关联VLC AP集合中存在已分配子载波集合不是空集的VLC AP，则将已分配子载波集合不是空集的VLC AP从用户的关联VLC AP集合中删除，将该VLC AP的已分配子载波集合中的所有子载波从VLC子载波集合中删除；否则，判断当前用户的关联VLCAP集合是否为空集；

S202：若用户的关联VLC AP集合是空集，则将用户的优先级系数设置为无穷小，判断VLC用户集合中所有用户的多VLC AP小区优先级是否均为无穷小；否则，从用户的关联VLCAP集合中随机选择一个VLC AP，由公式计算该VLC AP的子载波请求数目，n表示VLC AP的子载波请求数目，|C|表示VLC子载波集合中的子载波数目；L表示该VLCAP的关联用户请求速率的总和；k表示用户的关联VLC AP集合中除该VLC AP以外的其他VLCAP，L_k表示编号为k的VLC AP的关联用户请求速率的总和，A表示用户的关联VLC AP集合，从集合C中随机选择一个子载波，判断该子载波是否已被分配给该VLC AP的邻居VLC AP；

S203：根据室内VLC AP实际布局确定当前VLC AP的邻居VLC AP，若当前VLC AP的任意一个邻居VLC AP的已分配子载波集合中存在当前子载波，判断是否已经遍历VLC子载波集合中的所有子载波；否则，将该子载波分配给该VLC AP，从VLC子载波集合中删除该子载波，判断该VLC AP的已分配子载波集合中的子载波数目是否等于该VLC AP的子载波请求数目；

S204：若已经遍历VLC子载波集合中的所有子载波，则从当前用户的关联VLC AP集合中删除该VLC AP，并判断当前用户的关联VLC AP集合是否为空集；否则，从VLC子载波集合中重新选择一个子载波，并判断该子载波是否已被分配给该VLC AP的邻居VLC AP；

S205：若VLC AP的已分配子载波集合中的子载波数目等于该VLC AP的子载波请求数目，则从当前用户的关联VLC AP集合中删除该VLC AP，并判断当前用户的关联VLC AP集合是否为空集；否则，判断是否已经遍历VLC子载波集合中的所有子载波；

S3：计算用户的候选VLC AP集合，将用户到VLC AP的信噪比值不为零的VLC AP保存在该用户的候选VLC AP集合中；对用户的候选VLC AP，采用基于残余干扰消除的VLC AP发射功率控制算法优化VLC AP集合中的VLC AP发射功率；

其中，基于残余干扰消除的VLC AP发射功率控制算法具体步骤如下：

S301：将用户到VLC AP的信噪比值不为零的VLC AP保存在该用户的候选VLC AP集合中，对用户的候选VLC AP，执行下述步骤：从VLC用户集合中随机选择一个用户，若该用户的任意两个候选VLC AP的已分配子载波集合均不存在交集，判断VLC用户集合中的所有用户是否已经被遍历；否则，已分配子载波集合不存在交集的所有候选VLC AP中，判断该用户到冲突VLC AP的信道增益是否大于该用户的干扰用户到冲突VLC AP的信道增益；

S302：若VLC用户集合中的所有用户已经被遍历，则基于残余干扰消除的VLC AP发射功率控制算法结束；否则，从VLC用户集合中重新选择一个用户，判断该用户的任意两个候选VLC AP的已分配子载波集合是否均不存在交集；

S303：若用户到冲突VLC AP的信道增益大于干扰用户到冲突VLC AP的信道增益，则冲突VLC AP的功率控制系数设置为0，冲突VLC AP以最大发射功率乘功率控制系数服务它的关联用户时，计算冲突VLC AP的关联用户速率之和的减少量ΔT₁，计算冲突VLC AP的非关联用户速率之和的增加量ΔT₂，判断ΔT₂-ΔT₁0是否成立；否则，冲突VLC AP的功率控制系数设置为用户到冲突VLC AP的信道增益与干扰用户到冲突VLC AP的信道增益的比值，计算冲突VLC AP的关联用户速率之和的减少量ΔT₁，计算冲突VLC AP的非关联用户速率之和的增加量ΔT₂，判断ΔT₂-ΔT₁0是否成立；

S304：若ΔT₂-ΔT₁0，判断VLC用户集合中的所有用户是否已经被遍历；否则，冲突VLCAP的功率控制系数设置为1，判断VLC用户集合中的所有用户是否已经被遍历。