液晶智能超表面辅助的室内可见光通信系统优化设计

摘要

可见光通信(VLC)作为6G的候选技术，具备广阔的免许可频谱、更高的安全级别、避免射频干扰等诸多优势，这些特点使得VLC成为射频通信的有效补充方案.本文设计并优化了一种基于功率域非正交多址(PD-NOMA)技术的室内VLC下行链路通信系统，该系统中包括一块位于信道中间的同时透射和反射智能超表面(STAR-RIS)和一个基于液晶智能超表面(LC-RIS)的接收器.为了评估所设计的系统性能，本文提出了一个和速率最大化问题，并考虑了实际情况下发射机和接收机之间的视距(LoS)路径存在非用户遮挡因素.由于所提出优化问题的非凸性，首先使用二次变换将目标函数转化为一个分式规划(FP)问题，其次采用分步优化算法和凸优化(CVX)工具来获得可行解.此外，本文分析了发光二极管(LED)的数量、入射光波长以及液晶折射率对室内可见光通信系统和速率的影响.数值仿真结果表明，在能量分裂(ES)操作协议下，STAR-RIS和LC-RIS联合辅助的室内VLC系统的和速率明显高于仅有反射智能超表面(RIS)和无LC-RIS的VLC系统.LED灯数量、入射光波长以及液晶(LC)折射率均会在一定程度上对系统性能产生影响.这些研究结果为室内可见光通信系统的设计和优化提供了重要参考.

关键词

可见光通信 / 同时透射和反射智能超表面 / 液晶智能超表面 / 功率域非正交多址 / 分式规划

基金资助

国家自然科学基金资助项目（62161023,62061030,62161024）; 江西省主要学科学术和技术带头人省级人才项目（20232BCJ23085）; 江西省自然科学基金资助项目（20224BAB212002）; 中国博士后科学基金资助项目（2021TQ0136,2022M711463）; 江西省科技研发计划项目（20242BCC32016）