基于非正交多址接入的星间可见光通信最优功率分配研究

星间可见光通信(VLC)凭借其优势逐渐成为小卫星领域的研究热点。通过功率复用,非正交多址接入(NOMA)技术可有效解决因LED调制带宽较窄而导致的VLC系统容量和通信速率受限的问题。结合星间VLC和NOMA技术,构建了星间NOMA-VLC系统,并对信道模型和噪声模型进行了分析。针对系统通信速率优化问题,建立了基于和速率(Sum-Rate)最大化的优化模型,在将非凸的目标函数转换成凸函数的基础上,通过凸分析给出了目标问题的显式最优解。仿真结果表明,和已有功率分配算法相比,所提功率分配策略在保证最低数据速率的约束下,可显著提升系统的和速率。     

基于非正交多址的室内可见光通信系统性能优化方法

室内可见光通信(Visible Light Communication, VLC)系统常用的非对称限幅光OFDM(Asymmetrically Clipped Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing, ACO-OFDM)与直流偏置光OFDM(DC-biased Optical OFDM, DCO-OFDM)采用加循环前缀、信道均衡和载波复用等方法解决信道干扰及多用户复用问题,但均以牺牲有效性为代价。非正交多址(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)通过功率域复用提高频谱利用率,利用串行干扰消除(Successive Interference Cancelling, SIC)进行多用户信号处理,有效兼顾可靠性与有效性。将NOMA应用于室内可见光系统,建立基于NOMA-DCO-OFDM的可见光信号传输及信道增益模型。通过功率域多用户信道差异计算信道增益,进行功率分配实现功率域复用,提高系统容量和通信速率;利用SIC按功率分配算法对用户逐一解调,减弱信道干扰,提高可靠性。通过理论分析和仿真实验验证表明:该系统的通信速率达到6.8×107 bit·s?1,且合速率受用户数量的影响不显著。2用户下,误码率(Bit Error Rate, BER)为10?4时用户1有5.2 dB左右的性能提升,用户2有2.3 dB左右的性能提升,通信可靠性也明显提高。     

基于OFDM的多色可见光通信联合子信道与功率资源分配优化算法

设计了一种联合功率与子信道的资源分配算法，该算法用于正交频分复用(OFDM)的多色可见光通信(VLC)系统。相比于传统的单色光通信，文章所设计的算法可用于多种可见光，包括红、绿、蓝等多种可见光的OFDM信号传输。该资源分配算法目的在于最大化可见光传输网络的传输速率，首先对三种不同的可见光进行子信道的优化分配，得到该优化值后对其进行功率分配，以达到最终的目标优化值。仿真结果表明，相比于固定的资源分配算法，该算法可以取得更高的传输速率。     

毫米波大规模MIMO-NOMA系统功率分配和混合预编码设计

针对基于非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)的毫米波大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)系统中边缘用户可达速率较低的问题，提出了一种联合功率分配和混合预编码的优化方案来保证边缘用户在内的所有用户都具有较好的速率性能。基于最大最小公平性准则，设定了一个含有复杂目标函数和高维非凸约束的优化问题。采用固定变量法将该非凸问题转换为功率分配和混合预编码2个子优化问题处理。对于功率分配的设计，通过卡罗需-库恩-塔克(Karush-Kuhn-Tucker, KKT)条件得到了封闭形式下的最优功率分配系数；对于混合预编码的设计，提出了基于迫零(Zero Forcing, ZF)和压缩边界粒子群优化(Boundary Compressed-Particle Swarm Optimization, BC-PSO)算法相结合的求解方法，得到混合预编码的次优解。提出了一种交替优化算法来交替优化功率分配和混合预编码，直到满足设定的精度要求。仿真结果表明，该方案的最大最小速率优于传统的NOMA方案。     

NOMA系统中利用共轭梯度法的功率分配方案

通过功率分配,5G通信的关键技术——非正交多址（NOMA）实现发射功率域的多用户复用,有效提高了频谱效率。不同的功率分配方案直接影响系统的吞吐量,针对NOMA下行链路现有功率分配算法存在的局部最优问题,提出了一种利用共轭梯度法的最优功率分配方案,采用共轭梯度法求解用户的加权和速率最大化的优化问题。现有理论证明,该方法可以收敛到全局最优解。仿真结果表明,该方法性能优于已有的固定功率分配（FPA）算法和分数阶发射功率分配（FTPA）算法,且此非正交多址（NOMA）系统性能明显优于正交多址（OMA）系统。      

混合NOMA/OFDMA可见光通信系统资源分配算法

为了进一步降低混合非正交多址/正交频分复用多址（NOMA/OFDMA）技术的多用户多小区可见光通信系统的误码率,提出了一种功率和子载波的联合分配算法。该算法以最小化系统误符号率为优化目标,实现了子小区间载波和用户功率的联合最优分配。首先,理论推导出系统的误符号率表达式;然后,使用Matlab软件进行仿真,模拟可见光通信系统模型,并借助遗传算法得到最优的分配结果;最后,将该算法与现有的算法进行了对比。仿真结果表明,所提算法的误符号率性能更优。     

多用户认知非正交多址接入系统中断性能分析及功率分配算法

非正交多址接入(NOMA)是5G网络关键候选技术之一,其与认知无线电(CR)技术相结合形成系统(CRNOMA),能够实现更高的频谱效率及更大的吞吐量。该文将直传与中继协同传输(CDRT)方案引入多用户CRNOMA系统,其中CDRT表示次级源(SS)直接与近端次级用户通信,而仅通过中继(R)与多个远端次级用户通信。在非理想自干扰消除和全双工(FD)中继情况下,推导了每个NOMA用户中断概率(OP)的精确闭式表达。此外,在该系统模型下分析SS, R和用户的收益最优化问题,提出一种基于收益的两阶段迭代功率分配算法。仿真结果显示,在高信噪比(30 dB)条件下,与随机功率分配及平均功率分配方案相比,该文所提算法的用户和速率、SS总收益、R总收益分别可最高提升13%, 56%及26%。蒙特卡罗仿真验证了理论分析与实验结果的一致性。     

基于QoS决策的异构VLC/WiFi网络联合收发端需求的接入点选择

针对可见光通信(VLC)下行链路存在多接入点(AP)重叠覆盖、VLC AP光路易被遮挡和干扰的问题,提出了一种基于服务质量(QoS)决策的异构VLC/无线保真(WiFi)网络联合收发端需求的接入点选择算法。该算法在收端为用户建立面向QoS的加权信息矩阵,为用户偏好提供高信干噪比、高接收功率、低负载、低历史中断概率的VLC AP;在发端为VLC AP偏好选择抗干扰性强的用户服务。基于引力理论改进收发端选择权重值,优化用户的AP接入决策。仿真结果表明:该算法在方形均匀布局和混合圆方形布局中比现有算法的吞吐量分别增大了77.3%和11.4%,业务公平性分别减小了53.1%和41.1%。     

我国室内可见光通信现状及发展趋势

利用LED光源的快速调制特性,可实现照明和通信一体的室内可见光通信(VLC).针对系统容量提升和多径干扰的消除问题,提出一种采用空时编码的多输入多输出(MIMO)系统结构的VLC方案.     

基于先进调制的高速可见光通信技术

基于发光二极管(LED)调制带宽限制了可见光通信(VLC)系统传输速率这一问题,从VLC系统的先进调制技术出发,探讨了类平衡-正交频分复用、无载波幅相调制和频域均衡单载波调制3种调制技术。对这3种调制技术原理和实验结果的分析与讨论,验证了先进调制技术在提升VLC系统传输容量上的可行性。     

基于非正交多址接入中继通信系统的功率优化

针对基于非正交多址接入(NOMA)技术的中继通信系统,在兼顾系统性能与计算复杂度的基础上,该文提出一种结合统计信道信息(S-CSI)和瞬时信道信息(I-CSI)的混合功率分配策略(H-PAS)来有效实现上述折中。仿真结果表明,NOMA方案在H-PAS策略下,一方面比单纯利用S-CSI时的传统正交多址接入技术具有更高的频谱效率;另一方面在和速率差别不大的情况下,又比单纯利用I-CSI时的NOMA方案具有更低的信令开销和计算复杂度。     

基于能量效率的双层非正交多址系统资源优化算法

该文针对双层非正交多址系统(NOMA)中基于能量效率的资源优化问题,该文提出基于双边匹配的子信道匹配方法和基于斯坦科尔伯格(Stackelberg)博弈的功率分配算法。首先将资源优化问题分解成子信道匹配与功率分配两个子问题,在功率分配问题中,将宏基站与小型基站层视作斯坦科尔伯格博弈中的领导者与追随者。然后将非凸优化问题转换成易于求解的方式,分别得到宏基站和小型基站层的功率分配。最后通过斯坦科尔伯格博弈,得到系统的全局功率分配方案。仿真结果表明,该资源优化算法能有效地提升双层NOMA系统的能量效率。     

基于NOMA的移动边缘计算系统公平能效调度算法

将移动边缘计算技术(MEC)与非正交多址技术(NOMA)结合,同时考虑公平性,该文研究了采用NOMA上行部分卸载的MEC系统公平能效问题。首先将基于公平函数的用户速率与功耗比值定义为公平能效函数,随后提出了两种公平能效调度准则下的能效调度算法,即最大化最小速率准则下DK-SCA算法及最大化系统能效准则下DK-SCALE算法,通过算法实现分别得到两种公平能效调度准则下用户最佳本地CPU处理频率及最佳传输功率。最后通过仿真表明,与基准方案相比,所提基于NOMA的部分卸载方案能够有效地将本地计算和基于NOMA的边缘卸载结合,达到最佳的公平能效性能。     

基于几何均值分解的可见光MIMO预编码优化设计

在可见光通信(VLC,Visible Light Communication)系统中，受发送信号非负约束和信道相关性较强影响，预编码后的等效子信道增益差异较大，现有的预编码需要迭代搜索等复杂的功率和比特分配算法来适配不同子信道。针对此问题，利用非线性判决反馈均衡检测器，提出基于几何平均分解的线性预编码，将信道分解成多个增益相同的子信道来提高误码率性能，避免了传统预编码中复杂的功率和比特分配问题，又基于最小均方误差准则进行功率分配，进一步提高了系统性能。最后仿真实验分析结果表明，所提两种方案均明显优于传统预编码，误码率性能获得了约8 dB～12 dB增益。     

可见光通信DCO-OFDM系统资源分配算法研究

针对室内可见光通信(VLC)直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统存在的低信道利用率问题,文章对该系统的信道资源和比特资源进行了优化分配研究。首先介绍了DCO-OFDM系统的信号发射端模型和系统的信道利用率计算,并按照两步算法的思路依次分析了信道资源分配和比特资源分配问题,进而提出了自适应动态资源分配算法,该算法能够根据信道幅度频率响应来灵活分配子信道,并为各信道自适应选择满足服务质量要求的最高阶正交振幅调制(QAM)调制方式。仿真结果表明,相比于传统固定分配算法,该自适应资源分配算法可显著提升室内VLC DCO-OFDM系统的信道利用率。     

高速可见光通信技术的挑战与展望

目前,高速可见光通信(VLC)系统在器件、算法、组网等方面均存在着一定的技术瓶颈,需要有针对性地突破这些瓶颈,进一步提升其系统速率,使之在未来B5G/6G架构中发挥重要作用。阐述了现阶段高速可见光通信面临的若干挑战,并对其未来前景提出了展望。     

基于双重调制技术的可见光通信系统研究

LED调制带宽制约着可见光通信(VLC) 系统的数据传输速率。为此,提出一种基于双重调制技术COB(chip on board)封装 的LED灯具,通过实现16级脉冲振幅 调制(PAM),将系统数据传输速率提升4倍;结合脉冲宽度调制(PWM)技术 进行调光,同时兼顾室内的照明及通信。采用Matlab软件模拟仿真视频传输试 验。结果表明,在相同信噪比(SNR)的情况下,基于双重 调制技术的VLC系统的误码率(BER)比传统使用开关键控(OOK)调控技术系 统的BER更低。本文系统在不增加器件带宽前提下,成倍提高了无线通信的 质量与 数据传输速率;从照明与通信的角度优化了VLC系统的信源,具有广阔的 应用前景。     

VLC网络中兼具功率与时隙分配的自适应干扰管理机制

为了更好解决目前可见光通信（visible light communication,VLC）中干扰管理方案存在的动态优化问题,提出了一种兼具优化功率分配与时隙分配的自适应干扰管理机制。首先,在每个时隙依据用户的位置建立每个用户的接入点（access point,AP）协作集,寻找所有由最多数量互不干扰用户组成的极大独立集,以此自适应地避免同频干扰;在每个时隙为每个极大独立集采用改进的线性注水功率分配算法为信道自适应地分配发送功率,以此优化每个极大独立集的用户和速率;基于用户和速率、速率公平性及时延公平性的归一化优先因子,选出具有最大优先因子的候选极大独立集,其中包含的用户在该时隙被调用。通过仿真且与代表性文献中的算法比较可得,本文提出的自适应干扰管理与优化资源分配方案在网络频谱利用率、能效、用户速率公平性与时延公平性方面具有明显优势。      

异构蜂窝网络中基于能效的非正交多址接入下行功率分配算法

该文针对应用非正交多址接入(NOMA)技术的异构蜂窝网络,在考虑层间层内干扰的情况下,提出一种能效最大化的功率分配算法。该算法主要包括两部分,一部分为子信道内用户功率分配因子的求解,主要利用差分优化的方法,迭代求解。另一部分为子信道间的功率分配,主要利用凹凸程序法将原有的非凸问题简化为可解的凸问题,最后利用拉格朗日求解法得出功率最优解。仿真结果表明该算法有良好的迭代性,且新算法表明利用NOMA技术得到的系统能效较利用正交技术得到的系统能效提高了至少44%以上。     

基于DCO-OFDM与PAM-DMT的混合传输系统性能研究*

针对可见光通信(Visible Light Communication,VLC)系统中传统非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)及直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)系统存在的不足,提出了一种基于DCO-OFDM与脉冲幅度调制-离散多音频调制(PAM-DMT)混合技术传输方案,并给出了一种接收端低复杂度信号检测算法.该混合传输系统不仅可以通过改变调制方式以得到更为灵活的数据传输速率,还可以在相同数据速率下叠加较小的直流信号.最后通过蒙特卡洛仿真验证了所提设计的有效性.