[发明专利]基于改进的樽海鞘群算法的可见光通信系统功率分配方法

说明书

本发明涉及基于改进的樽海鞘群算法的可见光通信系统功率分配方法，属于通信和人工智能技术领域。建立室内可见光通信系统；根据非正交多址NOMA系统的数据速率模型，计算出每个用户的频带利用率及系统的总频带利用率；将要求解的总频带利用率问题化为单目标优化问题；根据系统的总频带利用率，利用改进的樽海鞘群算法，求解出每个用户的功率分配值。本发明针对现有的基于NOMA的室内VLC系统中功率分配方法复杂度较大、且很难找到最优功率分配因子的现状，将樽海鞘群算法与基于NOMA的室内VLC系统中功率分配方法相结合，并对樽海鞘群算法做进一步改进，得到最优的功率分配值，进而使系统的有效性得到提升。

技术领域

本发明属于通信和人工智能技术领域，尤其是指一种基于改进的樽海鞘群算法的可见光通信系统功率分配方法，其基于非正交多址的功率分配方法，应用一种新型的群智能算法，可用于可见光通信系统，提高可见光通信系统的有效性。

背景技术

随着物联网的兴起与人工智能技术的飞速发展，现在的网络与生活已经进入了“万物联网”的信息智能时代。面对智能终端的普及和新型移动服务的发展，对无线网络各种应用的需求呈爆炸式增长，需要对现有的商业网络进行全面升级。在通信技术和实际服务的双重要求下，只有寻找新的通信资源才能缓解当前的通信压力。与传统的日益稀缺的射频通信相比，可见光具有丰富的光谱资源，因此产生了可见光通信技术。可见光通信技术是一种以光波为载波的通信方式，作为一种新兴的通信技术，其信号源获取简单，具有照明功能，成本低，不需要频谱认证，不需要电磁干扰，传输速率高的特点。面对未来5G系统大量的移动数据和终端连接，以及新兴的新应用，正交多址模式并不能更有效地提高系统性能。因此，未来5G系统的新接入技术已成为当前的热门研究技术。非正交多址(NOMA)技术作为一种新的接入模式，已成为5G的核心候选技术。NOMA技术可分为功率域多路复用NOMA、编码域多路复用NOMA等，如图样分割多址接入、交叉分段多路复用多址等。功率域多路复用NOMA技术的主要思想是：多个用户在功率域中采用不同的发射功率，共享相同的频域资源，可以调度多个用户配对或集群组合，每个用户可以使用串行干扰消除技术为检测方案共享相同的资源块。与这些技术相比，功率域非正交多址接入NOMA使用的较为普遍，以非正交的方式复用同一功率域，消除用户接收终端对用户信息的串行干扰，分离和恢复用户信息，大大提高了系统的用户接入数和总吞吐量。将NOMA引入室内VLC系统，基于VLC系统的优势，再次提高系统的总吞吐量，以满足当今通信技术的实际需求。现有的基于NOMA的室内VLC系统中功率分配方法复杂度较大且很难找到最优功率分配值，因此，在室内可见光通信系统中，如何通过分配系统功率来显著提高系统的有效性，是室内可见光通信系统需要解决的一个重要问题。樽海鞘群算法是澳大利亚学者Mirjalili于2017年提出的一种新的群智能优化算法。该算法模拟了海洋动物的群体觅食行为，樽海鞘群算法具有易于理解、方便、易于实施，收敛速度快的特点，已成为国内外众多研究学者的研究热点。目前，该算法在实际应用中得到了广泛的应用。

发明内容

本发明提供一种基于改进的樽海鞘群算法的可见光通信系统功率分配方法，以解决现有功率分配方法难度较大，且有效性不高的问题，使得在迭代次数很少的情况下求解室内可见光通信系统功率分配值。

本发明采取的技术方案是，包括下列步骤：

(1)建立基于NOMA的ACO-OFDM室内可见光通信系统：

在天花板设置白光LED，将白光LED连接到服务器，构成发射机和照明光源，并设置室内可见光通信系统的发射总功率P_总；在LED照射范围内放置多个光电探测器PD，即在接收端给每个用户设置1个光电探测器PD，用于从接受的光载波中提取发送信号；

(2)根据非正交多址NOMA系统的数据速率模型，计算出每个用户的频带利用率R_k，根据每个用户的频带利用率R_k，计算系统的总频带利用率R_sum；

其中，K表示系统中有K个用户；