本发明涉及异构网络中的资源分配，尤其是涉及一种vlc/rf融合小区缩放的功率控制与用户关联方法。
背景技术：
1、随着物联网的迅猛发展，连接的设备数量在急剧增加，其中，移动终端数量的增加使移动互联网流量快速增长。我国2022年移动互联网接入流量达1241亿gb，移动流量的快速增长对当前5g及其他网络提出了更高的要求，如更短的时延、更高的通信速率、更好的网络覆盖等。传统的射频(rf)系统对可用频带有严格的管理，有限的频谱资源已经难以满足人们对无线频谱爆炸性的数据需求。
2、作为6g通信中的新兴技术，光通信为射频通信的拥堵问题提供了一种解决方案，该技术被纳入最新的802.11bb协议中。可见光通信利用发光二极管(led)这种高能效光源进行通信，可以提供高吞吐量和低成本的数据通信。然而，由于vlc高度依赖视线(los)通道来实现良好的性能，容易受到室内场景中的障碍物(如墙壁、天花板、地板、家具和人体)引起的阻挡，并且覆盖范围有限，这有可能会降低vlc的用户服务质量(qos)。而rf虽然频谱资源有限，但是在没有los传输的情况下，rf系统也可以提供广泛的覆盖范围，对los链路的缺陷有很强的抵抗力，表现出更高的传输可靠性。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种vlc/rf融合小区缩放的功率控制与用户关联方法，充分利用了vlc和rf的优势，使vlc和rf技术的结合成为提高传输可靠性、实现高速传输的实用解决方案；另外小区缩放可以提供重新排列网络中小区覆盖区域的机会，同时保持照明系统所需的照明，可以在满足用户数据速率要求的同时实现高传输速率，解决了频谱资源有限和传输速率不高的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种vlc/rf融合小区缩放的功率控制与用户关联方法，包括以下步骤：
3、s1、根据室内混合vlc/rf异构网络融合小区缩放的场景建立数学模型；
4、s2、根据步骤s1中的数学模型建立混合整数非线性规划minlp的联合优化问题；
5、s3、求解minlp的联合优化问题。
6、优选的，步骤s1中，建立数学模型的具体过程为：根据vlc提供高吞吐量和低成本的数据通信，而rf提供广泛的覆盖范围的特征，将vlc和rf两个网络进行异构，同时将功率和qos约束下异构网络的系统总传输速率建立成数学模型。
7、优选的，步骤s2中，根据步骤s1中的数学模型建立混合整数非线性规划minlp的联合优化问题具体包括以下步骤：
8、s21、建立rf接入点ap和用户之间的传输速率表达式；
9、s22、建立vlc接入点ap和用户之间的传输速率表达式；
10、s23、建立优化目标函数表达式；
11、s24、建立优化问题约束表达式；
12、s25、在满足步骤s24中的约束下，以最大化步骤s23中目标函数的表达式为目标，建立整个优化问题。
13、优选的，步骤s21中，所述建立rf接入点ap和用户之间的传输速率表达式的具体过程如下：
14、在射频网络中，信道增益通常表示为：
15、gk＝10-pl[db]/10
16、其中，pl[db]为射频通信的路径损耗，单位为db；
17、第k个用户在rf接入点ap中n处的下行接收信噪比snr为：
18、
19、其中表示rf接入点ap的集合，为rf接入点ap中n到用户k的传输功率，gn,k是rf接入点ap中n与用户k之间的信道增益，为rf的噪声功率谱密度，brf为rf接入点ap中n的传输带宽；
20、根据shannon公式，得到rf接入点ap中n和用户k之间的传输速率表达式为：
21、
22、其中，αn,k表示rf接入点ap的用户关联决策变量。
23、优选的，步骤s22中，所述建立vlc接入点ap和用户之间的传输速率表达式的具体过程如下：
24、vlc链路的los信道增益采用朗伯发射模型表示，则vlc链路的los信道增益表示为：
25、
26、其中，ar表示pd的有效探测面积，dvlc表示led和用户之间的距离，ψ表示入射角，φ是从led到用户的辐射角，θ＝-ln2/ln(cosφ1/2)表示朗伯指数，φ1/2是led的半功率角，ts(ψ)和g(ψ)分别是滤光片的增益和光集中器在pd处的增益，ψc为接收器的视场角fov；
27、用户k与vlc接入点ap中m之间的接收信噪比sinr表示为：
28、
29、其中μ是pd的响应度，为vlc接入点ap到用户k的传输功率，hm,k为vlc接入点ap中m与用户k之间的信道增益，为vlc的噪声功率谱密度，brf为vlc接入点ap中m的传输带宽；
30、因此，根据shannon公式，vlc接入点ap中m和用户设备k的下行信息传输速率为：
31、
32、其中xm为vlc接入点ap的开关选择变量，xm＝1时，vlc接入点ap中m处于激活状态。
33、优选的，步骤s23中，所述建立优化目标函数的表达式为：
34、
35、优选的，步骤s24中，所述优化问题约束包括用户关联决策约束、功率约束、用户qos约束和0-1变量约束；
36、所述用户关联决策约束的表达式为：
37、
38、所述功率约束的表达式为：
39、
40、所述用户qos约束的表达式为：
41、r≥qall；
42、所述0-1变量约束的表达式为：
43、
44、其中，和分别是rf接入点ap和vlc接入点ap的最大发射功率，pc是vlc接入点ap的最大光功率，qall是vlc和rf链路的所有用户设备的最低数据速率要求。
45、优选的，步骤s3中，采用baron求解器进行minlp的联合优化问题的求解。
46、因此，本发明采用上述一种vlc/rf融合小区缩放的功率控制与用户关联方法，有益效果如下：
47、(1)本发明建立了一种室内混合vlc/rf异构网络融合小区缩放的场景建立数学模型，并根据上述数学模型建立多变量耦合的混合整数非线性规划(minlp)的联合优化问题，以实现功率和用户服务质量(qos)约束下的系统总传输速率最大化的优化问题。
48、(2)本发明运用优化求解器baron有效求解了问题，解决了vlc/rf异构网络中功率控制与用户关联决策相互耦合的问题，融合小区缩放的vlc/rf异构网络能提供更优的功率分配和用户关联，从而提高了总传输速率。
49、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种vlc/rf融合小区缩放的功率控制与用户关联方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种vlc/rf融合小区缩放的功率控制与用户关联方法，其特征在于，步骤s1中，建立数学模型的具体过程为：根据vlc提供高吞吐量和低成本的数据通信，而rf提供广泛的覆盖范围的特征，将vlc和rf两个网络进行异构，同时将功率和qos约束下异构网络的系统总传输速率建立成数学模型。
3.根据权利要求1所述的一种vlc/rf融合小区缩放的功率控制与用户关联方法，其特征在于，步骤s2中，根据步骤s1中的数学模型建立混合整数非线性规划minlp的联合优化问题具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种vlc/rf融合小区缩放的功率控制与用户关联方法，其特征在于，步骤s21中，所述建立rf接入点ap和用户之间的传输速率表达式的具体过程如下：
5.根据权利要求3所述的一种vlc/rf融合小区缩放的功率控制与用户关联方法，其特征在于，步骤s22中，所述建立vlc接入点ap和用户之间的传输速率表达式的具体过程如下：
6.根据权利要求3所述的一种vlc/rf融合小区缩放的功率控制与用户关联方法，其特征在于，步骤s23中，所述建立优化目标函数的表达式为：
7.根据权利要求3所述的一种vlc/rf融合小区缩放的功率控制与用户关联方法，其特征在于：步骤s24中，所述优化问题约束包括用户关联决策约束、功率约束、用户qos约束和0-1变量约束；
8.根据权利要求1所述的一种vlc/rf融合小区缩放的功率控制与用户关联方法，其特征在于：步骤s3中，采用baron求解器进行minlp的联合优化问题的求解。
