基于模糊逻辑的混合多址接入VLC网络的资源分配方法组成比例

本发明专利技术涉及基于模糊逻辑的混合多址接入VLC网络的资源分配方法，属于光无线通信技术领域。本发明专利技术所述方法在通过考虑当前网络和接入网络的用户信息为用户选择一种多址接入方式接入网络以及分配相应的功率资源。本发明专利技术所述方法包括模式选择和功率分配两个部分。在模式选择阶段，以用户数目，用户请求速率和用户信道增益为输入参数，通过基于模糊逻辑的NOMA/OMA模式选择算法以及二次模式选择算法为用户选择适合的多址接入方式；在功率分配阶段，设计不均等的子载波间功率分配算法为OMA用户和NOMA用户组分配发射功率，设计基于差异性用户请求速率的组内功率分配算法为NOMA组内用户分配合适的发射功率。所述方法可以有效地提升VLC系统吞吐量和平均用户满意度。地提升VLC系统吞吐量和平均用户满意度。地提升VLC系统吞吐量和平均用户满意度。

【技术实现步骤摘要】
基于模糊逻辑的混合多址接入VLC网络的资源分配方法


[0001]本专利技术属于光无线通信
，涉及基于模糊逻辑的混合多址接入VLC网络的资源分配方法。

技术介绍

[0002]随着无线通信用户数量的急剧增长，虚拟现实、高清视频等各种新兴业务逐渐出现，无线频谱资源短缺与通信业务量增长之间的矛盾日益突出，为满足未来第六代移动通信网络更加丰富的业务应用以及极致的性能需求，中国信通院IMT
‑
2030推进组发布《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书，并将可见光通信(Visible Light Communication,VLC)列为第六代移动通信潜在的关键技术之一。VLC是一种很有前途的技术，有取代传统的无线局域网进行室内通信的潜力，因为人们将超过80％的时间花在室内。然而，目前的发光二极管(Light Emitting Diode,LED)调制带宽受限，只有几十兆赫兹，极大的限制了系统的容量以及接入的用户终端数目。因此，非正交多址接入(Non
‑
Orthogonal Multiple Access,NOMA)被引入VLC中，与传统的正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)技术不同，NOMA可以通过功率域复用来实现多个用户接入，多个用户可以共享时域和频域资源，实现频谱效率和接入网络的用户终端数目的双重提升，以满足大规模接入和高数据速率的需求。此外，由于室内用户的信道状态信息可以更加准确地被估计，且用户的信噪比较高，NOMA已被证明非常适合VLC网络，并取得了丰富的研究成果。NOMA虽然可以提升用户接入数目与系统容量，但是，这并不意味着传统OMA会被完全取代，例如在用户间的信道增益差异较小时，NOMA相对于OMA的吞吐量增益并不明显，并且解调复杂度较高。因此，结合用户速率需求和当前网络环境，设计基于混合NOMA/OMA网络的功率分配方案更具现实意义。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的核心在于提供基于模糊逻辑的混合多址接入VLC网络的资源分配方法，在实现用户的动态分组，增加用户分组的准确性的同时，提升系统的能效。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]基于模糊逻辑的混合多址接入VLC网络的资源分配方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
[0006]S1：统计请求接入VLC网络的用户数目，各用户请求速率，VLC网络的LED数目，并依据朗伯辐射模型计算各LED与各用户之间的信道增益，各用户接入信道增益值最大的LED，
[0007]其中，用户n与LED l之间的信道增益计算方法为：
[0008][0009]上式中，A表示光接收机的接收面积，m为朗伯辐射系数，m＝
‑
ln2/log2[cos(θ
1/2
)]，θ
1/2
是LED的半功率角，d
n,l
是LED和第i个用户之间的直线距离，θ
n,l
和φ
n,l
分别是
LED的发射角和第n个用户的接收角，ψ
FoV
是光接收机视场角，T
S
(φ
n,l
)是光集中器增益，g(φ
n,l
)是光滤波器增益；
[0010]S2：根据用户数目，各用户的最大信道增益值，各用户请求速率，输入到模糊逻辑系统中，根据模糊规则，进行模糊推理，通过解模糊得到模糊逻辑系统的输出值；
[0011]S3：根据设置的判断阈值，由输出值判断各用户归属VLC网络的模式集合，分别是：NOMA模式结合、OMA模式集合和处于中间状态的用户集合；
[0012]S4：采用NOMA/OMA模式选择方法，对归属中间状态的用户集合中的用户进行二次模式选择；
[0013]S5：计算NOMA用户组和OMA用户的等效信道增益公式，并采用不均等的子载波功率分配算法为NOMA用户组和OMA用户分配发射功率；
[0014]S6：根据基于差异化用户请求速率的组内功率分配算法，对NOMA用户组的各用户分配发射功率。
[0015]进一步，所述S2具体方法为：
[0016]S201：根据用户数目，各用户信道增益最大值，各用户请求速率作为模糊逻辑的输入变量，根据梯形隶属度函数对模糊逻辑系统的输入变量进行模糊化，得到输入变量的模糊集，
[0017]其中，梯形隶属度函数为：
[0018][0019]上式中，x为输入参数，a和d是模糊集数值的上限和下限值，b和c是梯形隶属度函数f(x)拐点所对应的输入参数x的取值；
[0020]S202：设置模糊规则，采用模糊规则的形式为：If x is A，then y is B，这里的A和B为由论域集合X和Y上的模糊语言值，“x is A”是前提，“y is B”就是结论；
[0021]S203：根据输入变量的模糊集和设置的模糊规则进行模糊推理，在模糊推理过程中使用“与”逻辑运算规则；
[0022]S204：采用质心法对模糊推理的结果进行解模糊，其计算公式如下：
[0023][0024]上式中，N
l
是用户数目，Y
n
表示第n个用户去模糊化后的输出精准值，f(y
w
)是隶属度函数，y
w
是对应的横坐标，G是模糊逻辑系统里的输出隶属度函数的等级数。
[0025]进一步，所述S3具体方法为：
[0026]S301：根据模糊逻辑系统输出隶属度函数的论域范围，设置判断阈值Th1和Th2，其
中Th1为论域范围的40％，Th2为论域范围的60％；
[0027]S302：设S
1,l
表示在第l个LED的NOMA用户集合，S
2,l
表示在第l个LED的OMA用户集合，S
3,l
表示在第l个LED的处于中间状态的用户集合，若Y
n
大于Th2，则用户n加入集合S
1,l
，若Y
n
小于Th1，则用户n加入集合S
2,l
，若Y
n
处于Th1和Th2之间，则用户n加入集合S
3,l
。
[0028]进一步，所述S4具体方法为：
[0029]S401：判断|S
1,l
|的奇偶性，若|S
1,l
|,是奇数，则先从集合S
3,l
中选取解模糊输出值最大的用户加入S
1,l
中，保证NOMA集合的用户数目为偶数，若为偶数，转S402步骤；这里，|.|表示计算集合中元素的数目；
[0030]S402：若集合S
3,l
中有信道增益差异值较大的用户对，则将该用户对加入集合S
1,l S
1,l
，并对S
1,l
中的用户根据信道增益值，降序排列用户在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于模糊逻辑的混合多址接入VLC网络的资源分配方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：统计请求接入VLC网络的用户数目，各用户请求速率，VLC网络的LED数目，并依据朗伯辐射模型计算各LED与各用户之间的信道增益，各用户接入信道增益值最大的LED，其中，用户n与LED l之间的信道增益计算方法为：上式中，A表示光接收机的接收面积，m为朗伯辐射系数，m＝
‑
ln2/log2[cos(θ
1/2
)]，θ
1/2
是LED的半功率角，d
n,l
是LED和第i个用户之间的直线距离，θ
n,l
和φ
n,l
分别是LED的发射角和第n个用户的接收角，ψ
FoV
是光接收机视场角，T
S
(φ
n,l
)是光集中器增益，g(φ
n,l
)是光滤波器增益；S2：根据用户数目，各用户的最大信道增益值，各用户请求速率，输入到模糊逻辑系统中，根据模糊规则，进行模糊推理，通过解模糊得到模糊逻辑系统的输出值；S3：根据设置的判断阈值，由输出值判断各用户归属VLC网络的模式集合，分别是：NOMA模式结合、OMA模式集合和处于中间状态的用户集合；S4：采用NOMA/OMA模式选择方法，对归属中间状态的用户集合中的用户进行二次模式选择；S5：计算NOMA用户组和OMA用户的等效信道增益公式，并采用不均等的子载波功率分配算法为NOMA用户组和OMA用户分配发射功率；S6：根据基于差异化用户请求速率的组内功率分配算法，对NOMA用户组的各用户分配发射功率。2.如权利要求1所述的基于模糊逻辑的混合多址接入VLC网络的资源分配方法，其特征在于：所述S2具体方法为：S201：根据用户数目，各用户信道增益最大值，各用户请求速率作为模糊逻辑的输入变量，根据梯形隶属度函数对模糊逻辑系统的输入变量进行模糊化，得到输入变量的模糊集，其中，梯形隶属度函数为：上式中，x为输入参数，a和d是模糊集数值的上限和下限值，b和c是梯形隶属度函数f(x)拐点所对应的输入参数x的取值；S202：设置模糊规则，采用模糊规则的形式为：If x is A，then y is B，这里的A和B为由论域集合X和Y上的模糊语言值，“x is A”是前提，“y is B”就是结论；
S203：根据输入变量的模糊集和设置的模糊规则进行模糊推理，在模糊推理过程中使用“与”逻辑运算规则；S204：采用质心法对模糊推理的结果进行解模糊，其计算公式如下：上式中，N
l
是用户数目，Y
n
表示第n个用户去模糊化后的输出精准值，f(y
w
)是隶属度函数，y
w
是对应的横坐标，G是模糊逻辑系统里的输出隶属度函数的等级数。3.如权利要求1所述的基于模糊逻辑的混合多址接入VLC网络的资源分配方法，其特征在于：所述S3具体方法为：S301：根据模糊逻辑系统输出隶属度函数的论域范围，设置判断阈值Th1和Th2，其中Th1为论域范围的40％，Th2为论域范围的60％；S302：设S
1,l
表示在第l个LED的NOMA用户集合，S
2,l
表示在第l个LED的OMA用户集合，S
3,l
表示在第l个LED的处于中间状态的用户集合，若Y
n
大于Th2，则用户n加入集合S
1,l
，若Y
n
小于Th1，则用户n加入集合S

【专利技术属性】
技术研发人员：刘焕淋，杨帅，陈勇，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：