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支持能量收集的可见光通信系统的频谱效率-照明帕累托前沿

DOI：10.1109/TCOMM.2019.2944913 期刊：IEEE Transactions on Communications 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 光学能量收集设备的持续改进推动了利用此类可用免费能源的可见光通信系统的发展。本文研究了一种室外可见光通信(VLC)系统，其中VLC基站向多个具备光能收集能力的用户发送数据。该系统采用时分多址(TDMA)技术为多个用户提供服务，并通过非均匀的时间与功率分配来实现系统通信和照明目标。在室外场景中，系统照明目标是最大化平均照度通量，而通信设计目标则是最大化频谱效率(SE)。通过建立多目标优化问题来获取SE-照明区域的帕累托前沿。为此，首先采用低复杂度算法求解边际优化问题，随后基于所提算法开发了基于Karush-Kuhn-Tucker条件的算法，以获得SE-照明权衡帕累托前沿的内界。通过不同系统参数下的多个仿真场景验证，该帕累托前沿内界与最优帕累托边界高度吻合。
作者： Amr M. Abdelhady，Osama Amin，Anas Chaaban，Basem Shihada，Mohamed-Slim Alouini
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研究概述 实验方案

研究目的

研究具有能量收集能力的室外可见光通信（VLC）系统中频谱效率（SE）与照明性能的权衡关系，并构建多目标优化问题（MOOP）以在服务质量（QoS）约束条件下获取频谱效率与照明效果之间的最佳权衡曲线（帕累托前沿）。

研究成果

该论文对具有能量收集功能的室外可见光通信系统在频谱效率与照明效果之间的权衡进行了全面研究。通过建立并求解多目标优化问题，作者获得了频谱效率-照明区域的帕累托前沿，为最优资源分配策略提供了见解。所提出的低复杂度算法性能接近最优解，适用于实际部署。

研究不足

该研究假设发射端通过反馈能完全获知信道增益，但这一条件在所有场景中可能并不实际。此外，优化问题的可行性取决于与用户数量和系统参数相关的特定条件，这可能会限制其在某些情况下的适用性。

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