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申请/专利权人：中通服中睿科技有限公司

摘要：本发明涉及一种室内VLC网络的联合用户分组和功率分配方法，属于光无线通信技术领域。本发明所述方法在保证室内所有用户最小请求速率得到满足和用户信息可以正确解调的前提下，通过优化NOMA用户分组和用户的发射功率，实现室内VLC‑NOMA系统的能效优化。在用户分组阶段，计算用户和VLC接入点之间的信道增益，按照用户的信道增益值升序排列和编号用户，使用动态用户分组策略为用户分组；在功率分配阶段，执行能效最优的功率分配策略，将分数形式的能效问题转换为减法形式的凸优化问题，利用拉格朗日对偶法求解此凸问题，获取最优的用户发射功率，进而获得最优的系统能效。本方法能够促进VLC系统发射功率的合理分配，增加系统能效，并减少NOMA用户分组复杂度。

主权项：1.一种室内VLC网络的联合用户分组和功率分配方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：对于接入VLC-NOMA系统的N个用户，根据朗伯辐射模型，计算LED与用户之间的用户信道增益，并按照用户信道增益升序排列并编号用户，即h1＜h2＜…＜hN，用户i的信道增益hi计算公式为： 其中，A表示光接收机的接收面积，朗伯辐射系数m＝-ln2log2[cosθ12]，θ12是LED的半功率角，di是LED和第i个用户之间的直线距离，θi和φi分别是LED的发射角和第i个用户的接收角，ψFoV是光接收机视场角，TSφi是光集中器增益，gφi是光滤波器增益；S2：计算所有用户的信道增益平均值，统计用户信道增益大于信道增益平均值的用户数目，记为K，执行动态用户分组策略，得到K个NOMA用户组；其中，S2中所述的执行动态用户分组策略的具体步骤为：S201：根据公式计算所有用户的信道增益平均值have，其中，hi是第i个用户的信道增益；S202：统计用户信道增益大于have的用户数目，记为K，并将N个用户分为Q个用户集合，其中，表示对计算结果向上取整；S203：判断K是否为0，若是，则无法完成用户分组，使用正交多址接入技术，均分地为所有用户分配带宽和功率资源，动态用户分组过程结束，执行步骤S204，若不是，则执行步骤S205；S204：计算采用正交多址接入技术时的系统能效，计算公式为： 其中，Bave是给每个用户平均分配的带宽资源，BV是VLC系统的带宽，Pave是给每个用户平均分配的功率资源，P是LED灯的发射功率，γ是光电转换效率，γ＝0.53AW，σ2是信道噪声功率，σ2＝N0Bave，N0是VLC信道噪声功率谱密度，N0＝1×10-21；S205：将N个用户依次放入Q个用户集合中，第1个用户集合中包括序号为1到K的用户，第2个用户集合中包括序号为K+1到2K的用户，依次类推，第Q个用户集合中包括序号为Q-1×K+1到N的用户；S206：若是整数，则每个用户集合中的用户数目为K；若不是整数，则前Q-1个用户集合中的用户数目为K，最后一个用户集合用户数目为N-K×Q-1；S207：依次从Q个用户集合中按序取出一个用户，分为一组，即用户1，K+1，2K+1，…，Q-1×K+1为第1组，用户2，K+2，2K+2，…，Q-1×K+2为第2组，以此类推，直至K个NOMA用户组分组完成，若第Q个用户集合中的用户数目等于K，则将第Q个用户集合中的用户依次加入K个NOMA用户组，每个NOMA用户组的用户数目为Q个，若第Q个用户集合中的用户数目小于K，则将第Q个用户集合中的N-K×Q-1个用户依次加入前N-K×Q-1个NOMA用户组中，前N-K×Q-1个NOMA用户组的用户数目为Q，后Q×K-N个NOMA用户组不包含第Q个用户集合中的用户，其用户数目为Q-1；S3：根据所得的K个NOMA用户组，依次对K个NOMA用户组执行能效最优的功率分配策略，获得K个NOMA用户组中各个用户的最优发射功率，并分别计算K个NOMA用户组的能效，然后将各个NOMA用户组的能效累加，获得系统的能效；其中，所述S3的具体步骤如下：S301：将系统的能效优化问题拆分成K个NOMA用户组的能效累加和的优化问题，依次选取一个NOMA用户组，记为k，k∈{1,2,…,K}，其优化问题表示为： 其中，m是第k个NOMA用户组的用户数目，Ri是第i个用户的可达速率，Pi是第i个用户的发射功率，PC'是一个NOMA用户组消耗的电路功率，PS是一个NOMA用户组的最大发射功率，Rmin是第i个用户的最小请求速率，Ptol是接收端使用连续干扰消除技术解调时所需的最小功率差；S302：将分数形式的能效优化问题转换为减法形式的等效凸优化问题，可表示为： 其中，ηk是第k个NOMA用户组的初始能效值；S303：针对上述的凸优化问题，构建拉格朗日函数，把原来的带约束条件的原函数转换为不带约束条件的拉格朗日函数，可表示为: 其中，λ，μi，ψi是拉格朗日乘子，λ＞0，μi＞0，ψi＞0；S304：构建拉格朗日对偶问题，可表示为： s.t.λ＞0,μi＞0,ψi＞0其中，是拉格朗日函数的对偶函数；S305：求解拉格朗日对偶问题的最优解，即原问题的最优解，获得最优的用户发射功率Pi；S306：依据得到的用户发射功率，计算第k个NOMA用户组的能效，公式如下： 其中，Ri是用户的可达速率，计算公式如下： 其中，B是分配给该NOMA用户组的带宽资源，S307：重复执行S301至S306的操作，依次计算各个NOMA用户组的能效，然后叠加得到系统的能效，系统能效的计算公式为： 其中，ηk*是第k个NOMA用户组的最优能效值。

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