CN110958051B - 一种基于参数调整提升noma vlc***误码率性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于参数调整提升NOMA VLC***误码率性能的方法，涉及到三个数据发射端和三个数据接收端和三个用户；数据发射端分别将三个用户的待发送二进制数据进行正交振幅调制；然后利用叠加编码技术进行三个用户信号的叠加得到叠加星座图；在不增加总功率的情况下，通过差分进化算法调整叠加星座图的参数获取调整后的叠加星座图信号；经过信道传输后三个数据接收端均接收到该叠加信号，并通过SIC检测算法得到三个用户所需的数据；在进行SIC解码时，通过差分进化算法调整SIC解码参数。本发明通过调整发射端的叠加信号星座图参数和接收端的SIC解码参数来实现NOMA VLC***误码率的提升，从而提高非正交多址接入技术通信性能。

Description

一种基于参数调整提升NOMA VLC***误码率性能的方法
技术领域
本发明涉及一种提高多用户可见光通信***性能的方法，尤其涉及一种基于参数调整提升非正交多址接入可见光通信***误码率性能的方法。
背景技术
非正交多址接入(Non-orthogonal multiple access，NOMA)技术是近年来备受关注的一种新通信技术。NOMA可以将多个用户按照不同功率分配进行叠加后传输，使得多用户共享时域、频域资源，从而获得很高的频谱利用率，增大***用户连接数并保证低传输延迟。
可见光通信(visible light communication，VLC)技术是指利用可见光波段的光作为信息载体，无需光纤等有线信道的传输介质，在空气中直接传输光信号的通信方式。可见光通信技术绿色低碳、可实现近乎零耗能通信，还可有效避免无线电通信电磁信号泄露等弱点，快速构建抗干扰、抗截获的安全信息空间。利用可见光通信可以实现高吞吐量的下行传输，同时实现光照和通信。
据研究表明，采用非正交多址接入技术可以进一步提高多用户可见光通信***的总吞吐量。虽然NOMA VLC***的总容量有所增加，但是该***的误码率(Bit Error Ratio，BER)性能却有所下降。在基于NOMA技术的方案下，所有用户都占用相同的频谱，不再保持不同用户之间的正交性。NOMA方案涉及两个关键技术，其分别为发射机叠加编码和接收机串行干扰删除(Successive Interference Cancellation，SIC)解码。由于不同用户在SIC解码技术下的功率分配系数不同，叠加星座中相邻点之间的距离也不同。因此，误码性能恶化。
发明内容
针对上述现有技术，为了提高误码率性能，提出了一种通过调整叠加星座图，同时调整接收机连续干扰消除解码参数和发射机叠加编码参数，进一步提高NOMA VLC***的误码率性能的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于参数调整提升NOMA VLC***误码率性能的方法，涉及到三个数据发射端和三个数据接收端；三个数据发射端同时向三个用户发送数据，三个用户分别记为用户1、用户2和用户3，用户1、用户2和用户3分别对应于三个数据接收端；该方法包括以下步骤：
数据发射端分别将用户1、用户2和用户3的待发送二进制数据进行正交振幅调制；
然后利用叠加编码技术进行三个用户信号的叠加，得到叠加星座图；
在不增加总功率的情况下，通过差分进化算法获得叠加星座图调整的参数，从而获取调整后的叠加星座图；
经过信道传输后三个数据接收端均接收到该调整后的叠加星座图，并通过串行干扰消除检测算法得到三个用户所需的数据；在进行SIC解码时，利用通过差分进化算法所得到SIC解码参数来对叠加星座图参数进行调整，从而进一步提高误码率性能。
进一步讲，本发明所述的基于参数调整提升NOMA VLC***误码率性能的方法，其中，所述正交振幅调制的过程是：将用户1、用户2和用户3的二进制数据分别进行正交振幅调制并进行功率归一化，从而分别得到对应于三个用户的调制后的复数数据，接着将三组复数数据分别按照功率分配系数α1、α2和α3进行功率调整，且α1+α2+α3＝1，α1＞α2＞α3，分别得到用户1、用户2和用户3的复数数据经过调整后的功率。
通过差分进化算法获得叠加星座图调整的参数过程中，设分别在星座图水平和垂直方向上的比例参数为
Figure GDA0002703427220000021
其中i,j＝1,2,3,4；调整前的叠加星座点是(x，y)，调整后的叠加星座点是(mix,mjy)；由于叠加星座图是对称的，使用四个参数来调整叠加星座图，通过差分进化算法获取四个参数，分别用m1，m2，m3和m4表示；参数m1，m2，m3和m4的优化值是用户1信噪比的函数，由此得到不同信噪比条件下的四个参数m1，m2，m3和m4的优化值。
在进行SIC解码时，β1和β2表示SIC解码的调整参数，其中β1≠α1且β2≠α2；首先检测获取发射功率较大的用户1的被解调后的数据，然后根据SIC解码的调整参数β1检测获取用户2的经参数调整后被解调的数据，最后根据SIC解码的调整参数β2检测获取用户3的数据，从而分别获取三个用户的所需数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过调整发射端的叠加星座图参数和接收端的SIC解码参数来提高NOMAVLC***的性能。实现了NOMA VLC***误码率的提升，提高非正交多址接入技术通信性能。
附图说明
图1为本发明基于参数调整提升NOMA VLC***误码率性能的框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
本发明提出的一种基于参数调整提升NOMA VLC***误码率性能的方法，如图1所示，包括三个数据发射端和三个数据接收端。所述数据发射端同时向三个用户发送数据，三个用户记为用户1、用户2和用户3，用户1、用户2和用户3分别对应于三个数据接收端。数据发射端分别将用户1、用户2和用户3的待发送二进制数据进行正交振幅调制(QAM)，再经过OFDM调制，然后利用叠加编码技术进行三用户信号叠加。在不增加总功率的情况下，通过调整发射机处的叠加星座图参数来改善BER性能。通过差分进化(DE)算法获得叠加星座图调整的参数，从而获取调整后的叠加星座图。经过信道传输后三个数据接收端均接收到该叠加星座图，并通过串行干扰消除(SIC)检测算法得到三个用户所需的数据。在进行SIC解码时，需要利用通过差分进化(DE)算法所得到SIC解码参数来对叠加星座图参数进行调整，从而进一步提高误码率(BER)性能。
具体步骤如下：
步骤一、将用户1、用户2和用户3的二进制数据分别进行正交振幅调制、OFDM调制、并进行功率归一化，从而分别得到对应于三个用户的调制后的复数数据，接着将三组复数数据分别按照功率分配系数α1、α2和α3进行功率调整，则：
P1＝α1P (1)
P2＝α2P (2)
P3＝α3P (3)
式(1)、式(2)和式(3)中，P1为用户1的复数数据经过调整后的功率，P2为用户2的复数数据经过调整后的功率，P3为用户3的复数数据经过调整后的功率，P为数据发射端发送信号的总功率，且α1+α2+α3＝1，α1＞α2＞α3；将功率调整后的三个用户的复数数据分别记为QAM1、QAM2和QAM3。然后，利用叠加编码技术对三个用户信号进行叠加，从而得到信号叠加后的星座图。
步骤二、在叠加星座图调整过程中，设，
Figure GDA0002703427220000031
是指分别在星座图水平和垂直方向上的比例参数。如果原始叠加星座点是(x，y)，则调整后的叠加星座点是(mix,mjy)。由于叠加星座图是对称的，在驱动LED之前使用四个参数来调整叠加星座图。四个优化参数分别用m1,m2,m3,m4表示，将通过DE算法获取上述四个优化参数。在DE算法优化过程中，种群大小和生成数均为500，突变比例因子为0.5，交叉概率为0.2。从而得到参数m1,m2,m3,m4的优化值是用户1信噪比的函数。由此得到不同信噪比条件下的四个优化参数。
步骤三、调整后的叠加星座图经由LED发送分别经过时域信道h1、h2、h3，数据接收端接收。在数据接收端，首先经过光电探测器(PD)接收经LED发送的光信号，并将光信号转化为电信号，再对电信号进行OFDM解调，并通过串行干扰消除(SIC)检测算法得到三个用户所需的数据。在进行SIC解码时，需要利用通过DE算法所得到SIC解码参数来对参数进行调整。使用β1和β2来表示SIC解码的调整参数，其中β1≠α1且β2≠α2。即首先检测获取发射功率较大的用户1的被解调后的数据，然后根据解码参数β1检测获取用户2的经参数调整后被解调的数据，最后根据解码参数β2检测获取用户3的数据，从而分别获取三个用户的所需数据。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种基于参数调整提升NOMA VLC***误码率性能的方法，涉及到三个数据发射端和三个数据接收端；三个数据发射端同时向三个用户发送数据，三个用户分别记为用户1、用户2和用户3，用户1、用户2和用户3分别对应于三个数据接收端；其特征在于，
该方法包括以下步骤：
数据发射端分别将用户1、用户2和用户3的待发送二进制数据进行正交振幅调制；
然后利用叠加编码技术进行三个用户信号的叠加，得到叠加星座图；
在不增加总功率的情况下，通过差分进化算法获得叠加星座图调整的参数，从而获取调整后的叠加星座图；
经过信道传输后三个数据接收端均接收到该调整后的叠加星座图，并通过串行干扰消除检测算法得到三个用户所需的数据；在进行SIC解码时，利用通过差分进化算法所得到SIC解码参数来对叠加星座图参数进行调整，从而进一步提高误码率性能。
2.根据权利要求1所述的基于参数调整提升NOMA VLC***误码率性能的方法，其特征在于，所述正交振幅调制的过程是：将用户1、用户2和用户3的二进制数据分别进行正交振幅调制并进行功率归一化，从而分别得到对应于三个用户的调制后的复数数据，接着将三组复数数据分别按照功率分配系数α1、α2和α3进行功率调整，且α1+α2+α3＝1，α1＞α2＞α3，分别得到用户1、用户2和用户3的复数数据经过调整后的功率。
3.根据权利要求2所述的基于参数调整提升NOMA VLC***误码率性能的方法，其特征在于，通过差分进化算法获得叠加星座图调整的参数过程中，
设，分别在星座图水平和垂直方向上的比例参数为
Figure FDA0002703427210000011
其中i,j＝1,2,3,4；调整前的叠加星座点是(x，y)，调整后的叠加星座点是(mix,mjy)；由于叠加星座图是对称的，使用四个参数来调整叠加星座图，通过差分进化算法获取四个参数，分别用m1，m2，m3和m4表示；参数m1，m2，m3和m4的优化值是用户1信噪比的函数，由此得到不同信噪比条件下的四个参数m1，m2，m3和m4的优化值。
4.根据权利要求2所述的基于参数调整提升NOMA VLC***误码率性能的方法，其特征在于，在进行SIC解码时，β1和β2表示SIC解码的调整参数，其中β1≠α1且β2≠α2；首先检测获取发射功率较大的用户1的被解调后的数据，然后根据SIC解码的调整参数β1检测获取用户2的经参数调整后被解调的数据，最后根据SIC解码的调整参数β2检测获取用户3的数据，从而分别获取三个用户的所需数据。
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