一种应用于NOMA中的功率分配系统及功率分配方法技术方案

本发明专利技术涉及一种应用于NOMA中的功率分配系统及功率分配方法，其中，所述系统包括基本信息获取模块，用于读取用户信道状态信息、用户目标信干噪比以及用户分组结果；用户目标速率计算模块，用于计算已经成功分组的用户组中用户的目标速率；组内最小功率计算模块，用于在用户速率大于所述目标速率的前提下，计算每个用户组的预编码矢量，以求得每个用户组所需的最小功率；最小功率分配模块，用于计算每个用户组内用户的功率分配因子，并根据所述功率分配因子将用户组所需的最小功率在用户之间进行分配；功率分配结果输出模块，用于输出每个用户组中的功率分配结果。本发明专利技术提供的技术方案，能够支持同组用户所消耗总功率最小的功率分配机制。

Power distribution system and power allocation method applied in NOMA

The power distribution system and power distribution method, the present invention relates to an application in NOMA, the system includes basic information acquiring module is used to read the user channel state information, user target SINR and user grouping results; user target rate calculation module, has been successfully used in the calculation of user groups in the the target rate calculation module; the minimum power group, used in the premise of the user rate is greater than the target rate, the calculation of each group of users pre encoding vector, to obtain the minimum power required for each user group; the minimum power allocation module for power distribution factor is calculated for each user within a group of users, and the minimum the power users group required allocation among users according to the power distribution factor; power allocation result output module, output for each Power allocation results in a family group. The technical scheme provided by the invention can support the power allocation mechanism of the total power consumed by the same group of users.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，涉及一种应用于NOMA中的功率分配系统及功率分配方法。
技术介绍
在无线通信系统中，随着用户需求的不断提高，用户数目的不断增加，智能终端普及诸如物联网、人工智能、虚拟现实等技术的发展，无线通信速率不能满足未来需求，因而需要对资源进行复用，满足多用户接入的需求。多用户接入技术主要分为正交多址接入技术(OrthogonalMultipleAccess,OMA)和非正交多址接入技术(Non-orthogonalMultipleAccess,NOMA)。但是OMA并不能满足下一代移动通信爆炸式增长的用户需求，因此，关于NOMA的研究成为一个热点。NOMA,是指允许多个用户同时复用同一时域、频域或码域资源，对复用同一个资源的用户(即同组用户)在发射端分配不同功率，在接收端通过采用先进的串行干扰消除接收机(SuccessiveInterferenceReceiver,SIC)对各个用户信号实现解调。针对NOMA现有的研究成果中，对于功率分配机制已经有一定的研究。其主要思想是对一定的功率进行用户组内固定比例分配(类型1，Type1)，或是对组内用户进行动态的功率分配(类型2，Type2)。在类型1的功率分配机制中，基站端获知用户信道状态信息，根据一定时间内信道状态的平均值。将用户信道状态平均值在该时间段内信道状态，根据同组用户信道状态强弱，对强用户分配一个固定的功率分配因子β1，对弱信道用户分配固定的功率分配因子β2。且满足β1+β2＝1。且在该时间段内，功率分配因子是固定的。这样做降低了接收机解调的复杂度，但是，固定的功率分配因子不能够根据用户信道状态情况的变化而变化，对于系统容量的提升造成了一定的限制。在类型2的功率分配机制中，同组用户中的功率分配因子随着瞬时用户信道状态而变化，现常用的功率分配方式可以根据用户信道状态变化实时改变功率分配因子，主要的动态功率分配机制主要有基于注水算法的功率分配机制，基于TTPA的功率分配机制等，可以较好提高系统容量，但是这类功率分配机制都是根据给定的功率进行分配，并没有求出满足用户速率的最小功率。针对上述应用于NOMA的功率分配机制，都是对给定的功率进行组内用户功率分配，并没有支持同组用户所消耗总功率最小的功率分配机制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种应用于NOMA中的功率分配系统及功率分配方法，能够支持同组用户所消耗总功率最小的功率分配机制。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种应用于NOMA中的功率分配系统，所述系统包括基本信息获取模块、用户目标速率计算模块、组内最小功率计算模块、最小功率分配模块以及功率分配结果输出模块，其中：所述基本信息获取模块，用于在用户分组及功率分配周期到来时，读取用户信道状态信息、用户目标信干噪比以及用户分组结果，并统计已经成功分组的用户组；所述用户目标速率计算模块，用于计算已经成功分组的用户组中用户的目标速率；所述组内最小功率计算模块，用于在用户速率大于所述目标速率的前提下，计算每个用户组的预编码矢量，以求得每个用户组所需的最小功率；所述最小功率分配模块，用于计算每个用户组内用户的功率分配因子，并根据所述功率分配因子将用户组所需的最小功率在用户之间进行分配；所述功率分配结果输出模块，用于输出每个用户组中的功率分配结果。进一步地，所述基本信息获取模块中包括缓存读取模块，所述缓存读取模块用于从基站的缓存中读取用户信道状态信息、用户目标信干噪比以及用户分组结果。进一步地，所述用户目标速率计算模块按照下述公式计算用户组中用户的目标速率：Γ＝log2(1+γ)其中，Γ表示用户组中用户的目标速率，γ表示所述用户的目标信干噪比。进一步地，所述用户目标速率计算模块还用于在计算出用户的目标速率之后，将计算结果存入缓存，并继续计算下一个或者下一组中用户的目标速率。进一步地，所述组内最小功率计算模块按照下述公式计算每个用户组的中心用户预编码矢量：其中，ωi表示用户组i的预编码矢量，hi,1表示用户组i中用户1的信道矢量，hi,2表示用户组i中用户2的信道矢量，Γi,2表示用户组i中用户2的目标速率，符号H表示共轭转置，符号||||表示矢量的二范数。进一步地，所述组内最小功率计算模块按照下述公式计算每个用户组所需的最小功率：Pi,min＝min||2ωi||2其中，Pi,min表示用户组i所需的最小功率。进一步地，所述最小功率分配模块按照下述公式计算每个用户组内中心用户的功率分配因子：βi,2＝1-βi,1其中，βi,1表示用户组i中用户1的功率分配因子，βi,2表示用户组i中用户2的功率分配因子，σi表示用户组i的加性高斯白噪声，ωi表示用户组i的预编码矢量，hi,1表示用户组i中用户1的信道矢量，hi,2表示用户组i中用户2的信道矢量，符号H表示共轭转置。进一步地，所述最小功率分配模块在计算功率分配因子时，遵循以下限制条件：其中，Γi,1表示用户组i中用户1的目标速率，Γi,2表示用户组i中用户2的目标速率。另一方面，一种应用于NOMA中的功率分配方法，所述方法包括：在用户分组及功率分配周期到来时，读取用户信道状态信息、用户目标信干噪比以及用户分组结果，并统计已经成功分组的用户组；计算已经成功分组的用户组中用户的目标速率；在用户速率大于所述目标速率的前提下，计算每个用户组的预编码矢量，以求得每个用户组所需的最小功率；计算每个用户组内用户的功率分配因子，并根据所述功率分配因子将用户组所需的最小功率在用户之间进行分配；输出每个用户组中的功率分配结果。进一步地，读取用户信道状态信息、用户目标信干噪比以及用户分组结果包括：从基站的缓存中读取用户信道状态信息、用户目标信干噪比以及用户分组结果。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过NOMA用户组功率最小化求取组内中心用户的预编码矢量，并且获得同组用户满足目标速率的条件下最小功率，且在求得组内最小消耗功率的前提下，对该功率进行用户组内分配，满足用户通信目标速率的前提下使得系统容量最大化。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1是应用于NOMA的功率分配机制流程图；图2是用户目标速率计算模块流程图；图3是组内最小功率计算模块流程图；图4是最小功率分配模块流程图；图5是功率分配结果输出模块流程图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。请参阅图1至图5，本申请实施方式提供一种应用于NOMA中的功率分配系统，所述系统包括基本信息获取模块、用户目标速率计算模块、组内最小功率计算模块、最小功率分配模块以及功率分配结果输出模块，其中：所述基本信息获取模块，用于在用户分组及功率分配周期到来时，读取用户信道状态信息、用户目标信干噪比SNR以及用户分组结果，并统计已经成功分组的用户组；所述用户目标速率计算模块，用于计算已经成功分组的用户组中用户的目标速率；所述组内最小功率计算模块，用于在用户速率大于所述目标速率的前提下，计算每个用户组的预编码矢量，以求得每个用户组所需的最小功率；所述最小功率分配模块，用于计算每个用户组内用户的功率分配因子，并根据所述功率分配因子将用户组所需的最小功率在用户之间进行分配；所述功率分配结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于NOMA中的功率分配系统，其特征在于，所述系统包括基本信息获取模块、用户目标速率计算模块、组内最小功率计算模块、最小功率分配模块以及功率分配结果输出模块，其中：所述基本信息获取模块，用于在用户分组及功率分配周期到来时，读取用户信道状态信息、用户目标信干噪比以及用户分组结果，并统计已经成功分组的用户组；所述用户目标速率计算模块，用于计算已经成功分组的用户组中用户的目标速率；所述组内最小功率计算模块，用于在用户速率大于所述目标速率的前提下，计算每个用户组的预编码矢量，以求得每个用户组所需的最小功率；所述最小功率分配模块，用于计算每个用户组内用户的功率分配因子，并根据所述功率分配因子将用户组所需的最小功率在用户之间进行分配；所述功率分配结果输出模块，用于输出每个用户组中的功率分配结果。

【技术特征摘要】
1.一种应用于NOMA中的功率分配系统，其特征在于，所述系统包括基本信息获取模块、用户目标速率计算模块、组内最小功率计算模块、最小功率分配模块以及功率分配结果输出模块，其中：所述基本信息获取模块，用于在用户分组及功率分配周期到来时，读取用户信道状态信息、用户目标信干噪比以及用户分组结果，并统计已经成功分组的用户组；所述用户目标速率计算模块，用于计算已经成功分组的用户组中用户的目标速率；所述组内最小功率计算模块，用于在用户速率大于所述目标速率的前提下，计算每个用户组的预编码矢量，以求得每个用户组所需的最小功率；所述最小功率分配模块，用于计算每个用户组内用户的功率分配因子，并根据所述功率分配因子将用户组所需的最小功率在用户之间进行分配；所述功率分配结果输出模块，用于输出每个用户组中的功率分配结果。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基本信息获取模块中包括缓存读取模块，所述缓存读取模块用于从基站的缓存中读取用户信道状态信息、用户目标信干噪比以及用户分组结果。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用户目标速率计算模块按照下述公式计算用户组中用户的目标速率：Γ＝log2(1+γ)其中，Γ表示用户组中用户的目标速率，γ表示所述用户的目标信干噪比。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用户目标速率计算模块还用于在计算出用户的目标速率之后，将计算结果存入缓存，并继续计算下一个或者下一组中用户的目标速率。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述组内最小功率计算模块按照下述公式计算每个用户组的中心用户预编码矢量：ωi=hi,1||hi,1||21+Γi,2(1+Γi,2sin2θ)-Γi,2ki,2H||hi,2||hi,1||hi,1||2hi,2||hi,2||]]>sin2θ=||ki,1||2||hi,2||2-hi,1Hhi,2hi,2Hhi,1||hi,1||2||hi,2||2]]>其中，ωi表示用户组i的预编码矢量，hi,1表示用户组i中用户1的信道矢量，hi,2表示用户组i中用户2的信道矢量，Γi,2表示用户组i中用户2的目标速率，符号H表示共轭转置，符号||||表示矢量的二范数。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述组内最小功率计算模块按照下述公式计算每个用户组所需的最小功率：Pi,min＝min||2ωi||2其中，Pi,min表示用户组i所需的最小功率。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述最小功率分配模块按照下述公式计算每个用户组内中心用户的功率分配因子：βi,1=1hi,1Hhi,1[σi2σi2+hi,2Hhi,2-hi...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘占军，于中华，丁凯，胡腾，陈前斌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50