【摘 要】
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作为未来的候选无线通信技术,可见光通信(Visible Light Communication,VLC)是一项将通信与照明进行深度耦合的技术,不仅可以提供绿色照明,而且可以在不占用现有射频(Radio Frequency,RF)频谱资源的情况下提供高速数据传输,减轻现有无线通信系统的负担。然而,在VLC网络室内场景中,用户设备(User Equipment,UE)能接入合适的发光二极管(Light
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作为未来的候选无线通信技术,可见光通信(Visible Light Communication,VLC)是一项将通信与照明进行深度耦合的技术,不仅可以提供绿色照明,而且可以在不占用现有射频(Radio Frequency,RF)频谱资源的情况下提供高速数据传输,减轻现有无线通信系统的负担。然而,在VLC网络室内场景中,用户设备(User Equipment,UE)能接入合适的发光二极管(Light Emitting Diode,LED),从而实现令人满意的服务质量并非易事。用户数量、覆盖概率、接收视角等一系列因素都会影响用户的接入情况。本文针对以用户为中心,引入系统性能指标——用户体验质量(Quality of Experience,QoE),在VLC系统中采用非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA),提出基于NOMA的QoE概率覆盖模型并以此为基础,提出系统单控制中心场景下的基于用户QoE优化的贪婪接入算法,并结合用户配对方法提出系统多控制中心场景下用户决策的接入策略。通过与就近接入方法(Proximity Access Algorithm,PA)相对比,贪婪接入算法均具有较高的系统稳定性、较大的接入用户比例、较优的平均用户体验和良好的公平性。本文的主要工作及创新点如下:1.本文针对以UE为中心,引入QoE这一系统性能指标。QoE是以UE为中心,而服务质量(Quality of Service,Qo S)则以网络为中心,二者有明显区别。Qo S是一种市场主流应用的服务评价标准,用以评价为指定的网络通信提供更好服务的能力,其面向网络和运营商,研究网络性能,在UE对服务的认同程度方面反映不够直接;而QoE则以UE的主观认可程度作为标准,在UE对网络服务情况的满意与否方面反映程度比Qo S更高。本文采用NOMA多址接入方式,NOMA允许多个用户同时利用全部可用的频率和时间资源,使得系统频谱效率大幅提升。由于LED和光敏二极管(Photo-Diodes,PDs)之间距离较短以及视距(Line-of-Sight,LOS)传输,VLC链路信噪比较高,而功率域NOMA在高信噪比的情况下表现更好,且VLC的信道较为稳定,利于NOMA的功率分配。因此本文提出了基于NOMA的QoE概率覆盖模型,并以此为基础,以UE为中心考虑网络的整体性能,优化VLC系统中UE的接入方式,以提升UE体验质量。本文提出QoE概率覆盖模型,其定义处在LED光照覆盖区域内的UE有一定的概率能够获得令人满意的QoE,并以QoE作为系统性能评价指标。2.基于NOMA的QoE概率覆盖模型在系统单控制中心的场景下提出了基于用户QoE优化的贪婪接入算法(QoE optimized greedy access algorithm,QGA),与以距离为唯一优先级的PA算法进行对比。仿真结果显示了QGA在平均UE体验质量、接入UE比例、公平性、系统鲁棒性等方面性能更优。3.基于NOMA的QoE概率覆盖模型,提出了系统多控制中心的场景下UE决策的接入策略(UE decided access algorithm in multi-control center scenaior,UAC)。但是NOMA同时服务多个UE会造成同信道干扰,这一情况在规模较小的小区中尤其严重,所以VLC系统在信号接收端需要同时处理数量较多的UE的情况下仅使用NOMA就显得有些困难,针对该问题,合理运用UE配对策略则可以有效解决。用户配对策略是对处于数据覆盖范围内的UE进行配对分组,并将NOMA与正交多址(Orthogonal Multiple Access,OMA)两种多址接入方案进行有效结合,以期增强用户体验,提升系统容量。仿真结果表明,与单控制中心时的VLC系统性能相比,多控制中心UE决策时虽然能接入系统的UE比例略小,但平均UE体验质量略优。
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