[发明专利]基于改进粒子群算法的室内可见光通信系统功率分配方法

说明书

本发明公开一种基于改进粒子群算法的室内可见光通信系统中功率分配方法，主要解决现有传统粒子群算法求解最优功率分配系数的收敛速度低、易陷入局部最优的问题。其实现方案为：建立室内可见光通信系统；计算用户直流信道增益；计算用户数据速率和系统总数据速率；对粒子群算法中的线性递减惯性权重和两个常数学习因子进行改进；利用改进的粒子群算法，根据系统总数据速率求出用户功率分配系数；根据功率分配系数计算系统分配给每个用户的功率。本发明相较于利用传统的粒子群算法求解功率分配系数，有效提高了搜寻最优功率分配系数的收敛速度且避免了陷入局部最优的情况，提高了数据速率，可用于室内可见光通信系统。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种功率分配方法，可用于室内可见光通信系统，提高室内可见光通信系统的总数据速率。

背景技术

随着物联网的兴起和人工智能技术的飞速发展，人类已经迈入了以“万物联网”为特征的智能时代。面对智能终端的普及移动新业务的发展，无线网络各个应用的需求呈爆发式增长，需要对现有的商用网络进行全面升级。在通信技术和实际业务的双需求下，只有寻找新的通信资源才能缓解目前的通信压力。

相比于频谱资源日益紧缺的传统的射频RF通信，可见光有着丰富的频谱资源，因此可见光通信VLC应运而生。可见光通信技术是以光波为载波的通信方式，作为一种新兴的通信技术，可见光通信技术中的信号源获取简单且兼具照明功能，成本低廉,且可见光通信无需频谱认证、无电磁干扰、传输速率高。随着LED照明技术的进步，这一技术也同样被应用在室内照明系统中，将通信作为LED照明系统的第二功能，实现了一种集照明和通信于一体的系统—室内可见光通信系统。

VLC应用场景极为广泛，在对电磁干扰敏感的环境，如医院、加油站等区域实现信号覆盖，有效弥补了其他技术的缺陷。此外，在矿井和地下车库等环境中，因为没有其他光源干扰，成本低廉的可见光通信更是具有天然优势；在某些需要保密通信的场景中，可见光通信同样因为其信号可以被建筑完全遮挡，即使在相邻区域也不会造成信息的泄漏。因为VLC有较低的实现成本，高安全性和良好的电磁兼容性等优点，在各个领域都引起了广泛关注。

为了进一步提高频谱利用率，提高系统吞吐量的实际需求，许多新型非正交多址接入技术被提出，包括功率域非正交接入技术NOMA，稀疏码多址接入技术SCMA，图样分割接入技术PDMA和多用户共享接入技术MUSA等。相较于这些技术，其中功率域非正交多址接入NOMA使用较为广泛，以非正交方式复用相同功率域，并在用户接收端用串行干扰消除SIC进行用户信息的分离与恢复，大幅度地提高了系统用户接入数量及总吞吐量。将NOMA引入室内VLC系统中，在VLC系统优势的基础上再次提高系统总吞吐量，迎合当今对通信技术的实际需求。

目前，基于NOMA的室内VLC系统中功率分配已有较成熟的研究，对于用户的功率分配方法分为全空间搜索功率分配方案FSPA、固定功率分配方案FPA和分数阶功率分配方案FTPA，其中：

全空间搜索功率分配算法，其基本思想是在全空间遍历所有可能的功率分配方案，再对所有功率分配方案进行对比，直到找到使系统吞吐量达到最优的一种功率分配方案。该方案性能较好，但不足在于实现复杂度大且信令开销过大。

固定功率分配算法，是一种静态功率分配方案，其基本思想是首先将用户根据归一化信道增益从大到小进行排序，完成所有用户排序后，将相邻两个用户之间的发射功率的比值作为一个固定值，通过迭代固定功率分配因子来对用户进行功率分配。该方案复杂度较低，但未考虑信道的时变性。

分数阶功率分配算法，其基本思想是根据每个用户信道增益的不同来分配功率，引用分数阶功率分配因子，通过调整分数阶功率分配因子改变用户间分配的功率，使信道条件较差的用户可以分配更多的功率。该方案充分考虑了信道的时变性，但很难找到最优功率分配因子。

因此，在室内可见光通信系统中，如何分配系统功率使系统的总数据速率得到显著提升是室内可见光通信系统需要解决的一个重要问题。

发明内容