基于NOMA的室内可见光通信网络资源分配方法研究

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室内可见光通信(Visible Light Communications,VLC)以其无电磁干扰、绿色安全、无需频谱认证等优点,成为极具潜力的室内无线通信技术。在无线通信中,多址接入是网络同时向多个用户提供多项服务的关键技术。传统的正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)方法无法满足大规模的用户接入以及差异性的速率需求,而非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)由于海量接入以及高频谱效率等优点在VLC系统中得到广泛地应用。当前,在VLC-NOMA网络中,多址接入技术的模式选择、用户分组以及功率分配等关键技术是研究的重点。因此,本论文分别从系统吞吐量和能效两个方面,对VLC-NOMA网络中的资源分配问题展开研究。针对室内VLC混合多址接入网络中的模式选择和功率分配问题,提出一种基于模糊决策的混合多址接入方案,充分利用NOMA海量连接、频谱效率高的特点,以及OMA简单无干扰传输特性,进一步提升VLC-NOMA网络的性能。首先,在模式选择阶段,根据用户数目、请求速率和用户信道增益,设计基于模糊逻辑的NOMA/OMA模式选择算法。其次,在功率分配阶段,设计等效信道增益公式以及不均等的组间功率分配算法,为OMA用户和NOMA用户组分配发射功率。最后,考虑到用户的请求速率是随机可变的,设计一种基于差异性的用户请求速率的功率分配算法。仿真结果表明,论文所提的混合多址接入方案能获得更高的吞吐量和平均用户满意度。针对室内VLC-NOMA网络的能效优化问题,设计一种联合用户分组和功率分配方法,包括用户分组和功率分配两个阶段。在用户分组阶段,按照用户的信道增益情况对用户进行动态分组。在功率分配阶段,利用Dinkelbach算法将非凸的分数优化问题转化为减法形式的优化问题,并通过拉格朗日对偶法找到最优的发射功率和能效。仿真结果表明,论文所提的算法能获更高的系统能效和平均用户满意度。
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