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基于MIMO-NOMA的可见光通信系统性能分析(Matlab代码实现)

MATLAB性能系统通信代码 实现 分析 基于
2023-09-14 09:05:25 时间

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📋📋📋本文目录如下:🎁🎁🎁

目录

💥1 概述

📚2 运行结果

🎉3 文献来源

🌈4 Matlab代码实现


💥1 概述

在本文中,我们应用非正交多址(NOMA)技术来提高基于多输入多输出(MIMO)的多用户可见光通信(VLC)系统的可实现总和率。为了保证基于MIMO-NOMA的室内VLC系统的高效、低复杂度的功率分配,该文首先利用用户的信道条件,提出了一种归一化增益差功率分配(NGDPA)方法。我们通过数值模拟研究了基于室内2×2 MIMO-NOMA的多用户VLC系统的性能。结果表明,采用NOMA和NGDPA方法可以显著提高2×2 MIMO-VLC系统的可实现和速率。结果表明,采用NOMA和NGDPA方法可以显著提高2×2 MIMO-VLC系统的可实现和速率。

白光发光二极管(LED)具有免许可频谱、低成本前端、高安全性和抗电磁干扰能力强等诸多固有优势,近年来在高速和短距离无线通信中引起了相当大的关注[1]。开发大容量VLC系统的主要挑战是现成LED的小调制带宽。到目前为止,已经提出了一些技术来提高VLC系统的容量,例如正交频分复用(OFDM),多输入多输出(MIMO)等[2][3]。

在实际的VLC系统中,一个LED发射器通常有望支持多个用户。因此,多用户VLC系统中的多路访问是必不可少的。在[4]中,正交频分多址(OFDMA)已应用于VLC系统。然而,由于频谱划分,采用OFDMA的可实现数据速率不可避免地会降低。最近,由于具有卓越的频谱效率,提出了通过电源域多路复用的非正交多址(NOMA)用于5G系统[5]。在NOMA系统中,所有用户都可以通过在发射器侧的电源域叠加编码和接收器侧的连续干扰消除(SIC)来使用系统的整个调制带宽。研究表明,NOMA在高信噪比(SNR)场景中的表现要好得多[6]。考虑到由于发射器和接收器之间的距离较短,VLC 系统提供高 SNR,因此在下行链路 VLC 系统中应用 NOMA 是有益的。基于NOMA的VLC系统的性能已被广泛研究[7]-[10]。在[7]中,作者建议NOMA作为高速VLC系统的潜在候选者,并提出了增益比功率分配(GRPA)方法。[8]和[9]中报道了更先进的NOMA-VLC功率分配方法,但计算复杂度相对较高。在[10]中,提出了一种相位预失真方法,以提高上行链路NOMA-VLC系统的误码率性能。

作为增加系统容量和扩展系统覆盖范围的自然而有效的方法,MIMO已通过利用照明LED阵列[2],[11]在VLC系统中得到广泛应用。然而,NOMA在MIMO-VLC系统中的应用几乎没有被研究过。在[12]中,基于MIMO-NOMA的VLC系统进行了实验验证,但没有考虑功率分配。在应用MIMO时,单LED NOMA-VLC系统的功率分配方法不能直接用于基于MIMO-NOMA的VLC系统。到目前为止,文献中已经提出了几种用于MIMO-NOMA射频(RF)系统的功率分配方法,例如混合预编码和后检测[13]以及信号对齐[14]。然而,这些方法具有很高的计算复杂度。在实际的VLC系统中,计算复杂度低的高效功率分配方法对于MIMO-NOMA技术的潜在广泛应用至关重要。

在这封信中,我们将NOMA应用于MIMO-VLC系统中,并提出了一种新的功率分配方法,即归一化增益差功率分配(NGDPA),用于MIMO-NOMA-VLC系统中高效和低复杂度的功率分配。室内总和速率性能2×2 MIMO-NOMA-VLC系统通过数值模拟进行评估。结果表明,可实现的求和率2×2 与采用GRPA的NOMA相比,采用NOMA和提出的NGDPA方法可以大大改进MIMO-VLC系统。

📚2 运行结果

部分代码:


%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%% Function for the calculation of total noise power %%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

function noise_power = sigma2_noise(Prx,symbol_rate)

% Parameters
q = 1.6e-19; % Electronic charge
R = 0.53; % Responsivity of PD, A/W

% I_bg = 5100e-6; % Background current: direct sun light without optical filter, A
% I_bg = 1000e-6; % Background current: direct sun light with optical filter, A
% I_bg = 190e-6; % Background current: indirect sun light with optical filter, A
I_bg = 58e-6; % Background current: incandescent light and fluorescent light with optical filter, A

I2 = 0.562; % Noise bandwidth factor
B = symbol_rate; % Equivalent noise bandwidth
k = 1.38e-23; % Boltzmann constant
T = 300; % Kelvin, K
G = 10; % Open loop voltage gain
eta = 112e-12 / 1e-4; % Fixed capacitance, F/m
area_PD = 10^(-4); % Physical area of the PD, 1 cm^2
Gamma = 1.5; % Field-effect transistor (FET) channel noise factor
g_m = 30e-3; % FET transconductance, Siemens
I3 = 0.0868;

%% Total noise power calculation
% Shot noise power
sigma2_shot = 2*q*(R*Prx + I_bg*I2)* B;

% Thermal noise power
sigma2_thermal = 8*pi*k*T*eta*area_PD*B^2*(I2/G + 2*pi*Gamma*eta*area_PD*I3*B/g_m);

% Total noise power
noise_power = sigma2_shot + sigma2_thermal;

🎉3 文献来源

部分理论来源于网络,如有侵权请联系删除。

[1]Chen Chen (2018) MIMO-NOMA based VLC with NGDPA power allocation.

🌈4 Matlab代码实现