可见光与射频聚合通信系统最优谱效和能效研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bobby980
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高速率通信需求和大规模物联网应用的快速增长导致射频(Radio frequency,RF)频谱资源匮乏、能源消耗巨大。可见光通信(Visible Light Communications,VLC)拥有385THz到789THz的海量免授权带宽、又兼具照明与通信和绿色环保等优势,成为B5G/6G的核心技术之一。然而,在实际应用中,VLC还具有易被遮挡和覆盖面积低等问题。针对上述问题,本文将VLC与RF结合起来,探讨基于连续输入和有限字符输入VLC-RF聚合系统的最优谱效和能效问题。具体研究内容如下:1、针对基于连续分布输入的多用户VLC-RF聚合系统,提出谱效和能效最大化的资源分配方案。具体地,首先研究了满足光功率约束和总电功率约束的谱效最大化问题,并提出半正定松弛和凹凸过程(Concave-Convex Procedure,CCCP)算法将谱效最大化非凸问题转换成一系列凸的子问题,然后用内点法有效求解。本文进一步研究了满足速率门限、光功率约束和总电功率约束的能效最大化问题,并提出了基于CCCP的Dinkelbach算法以获得高质量解。仿真结果表明聚合系统相比于单个链路在通信性能上的优越性以及描述了多用户场景下VLC-RF聚合系统的通信性能。2、针对基于有限字符输入正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)VLC-RF聚合系统,提出谱效最大化功率分配方案。首先推导出OFDM VLC-RF聚合系统无闭式形式的可达速率及其下界闭式表达式。在此基础上,研究了满足总电功率和平均光功率约束的最优谱效,利用互信息与最小均方误差之间的关系,提出多重注水方案解决谱效最大化问题。由于谱效的非闭式形式导致多重注水方案计算复杂度高,本文进一步研究具有闭式形式的谱效最大化问题,并使用内点法解决。仿真结果表明聚合系统相比单个链路可以提高系统的通信速率,且本文所提出的多重注水方案在谱效上优于等功率方案。3、针对OFDM VLC-RF聚合系统的能效最大化问题,本文基于所推导的可达速率及其下界,给出了能效表达式。在此基础上,提出了满足谱效门限、总电功率和平均光功率约束的能效最大化方案,利用Dinkelbach型算法将能量效率最大化非凸问题转化为一系列凸的子问题后迭代求解。仿真结果表明所提的基于可达速率的方案在能效上优于等功率方案,并且表明在谱效门限较大时,会导致能量效率降低。论文共有图35幅,表8个,参考文献109篇。
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