论文部分内容阅读
物联网、云计算等技术的高速发展,为出现频谱赤字的传统无线通信频谱带来了巨大挑战。可见光通信(Visible Light Communications,VLC)以其发射功率高、无电磁干扰、绿色安全、无需频谱认证等优点,成为极具潜力的高速无线接入方案。然而,可见光不能直接作为信息源,要通过接入骨干网才能避免成为信息孤岛。在所有骨干网的候选者中,电力线通信(Power Line Communication,PLC)因其可以利用每个发光二极管(Light Emitting Diode,LED)现有的基础架构而成为一个更好的选择。越来越多研究人员开始尝试将VLC与PLC融合,构成级联的PLC-VLC系统。当前在级联PLC-VLC系统中,网络融合机制、级联PLC-VLC系统信道建模、多用户接入技术、功率分配方案、子载波分配方案等关键技术均需要进行突破。所以本论文以提高级联PLC-VLC系统吞吐量为目标,对级联PLC-VLC系统的功率分配问题以及联合用户配对和子载波分配问题展开研究。第一,在级联PLC-VLC系统中,限制通信速率和容量的主要原因是LED的调制带宽有限,非正交多址(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)技术允许多个用户共享相同的时间和频率资源,相较于传统的多址技术,可以提供更高的频谱效率。因此,第三章研究了基于NOMA的级联PLC-VLC系统下行链路的功率分配策略。在功率分配策略中,本章的目标是考虑用户公平性的同时,最大化级联PLC-VLC系统吞吐量。为了解决此优化问题,本章提出了一种最优功率分配(Optimal Power Allocation,OPA)算法,该算法通过将非凸的目标函数通过凸优化转换为凸函数以找到最优解。数值结果表明,所提出的OPA算法在系统吞吐量方面明显优于增益比功率分配(Gain Ratio Power Allocation,GRPA)和固定功率分配(Fixed Power Allocation,FPA)算法,并且提高了用户之间的公平性。第二,论文第三章中引入了NOMA技术,允许所有用户共享同一个子载波,但是将所有用户分配到一个资源块中会导致较高的计算复杂度和解码延迟。为了在系统性能和计算复杂度之间取得较好的折衷,第四章提出了基于改进遗传算法的联合用户配对和子载波分配(Improved Genetic Algorithm-Joint user pairing and subcarrier allocation,IGA-JUPSA)方案。该方案使用最优用户配对算法进行用户配对,该算法能够最大化系统吞吐量;所有配对的用户对使用改进遗传算法进行子载波分配,该算法通过改进交叉和变异操作提高算法的收敛速度,并且还能兼顾级联PLC-VLC系统公平性和用户满意度。仿真结果表明,所提IGA-JUPSA方案在保证级联PLC-VLC系统性能的同时,能够降低计算复杂度,并且还能兼顾级联PLC-VLC系统公平性和用户满意度。