一种基于NOMA的CR网络系统中两步走的功率分配方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于NOMA的CR网络系统中两步走的功率分配方法，CR网络系统中包括基站以及接收基站发射信号的主要用户和次要用户，所述功率分配方法用于对次要用户进行功率分配，包括步骤：设定基站可接纳的主要用户和次要用户的数量和，确定基站收益最优化问题；先计算最优功率价格，并基于最优功率价格确定两个次要用户的功率分配方案，再通过迭代方法得到所有次要用户基于最优功率价格的功率分配方案；随后根据设定阈值建立SINR准则获取次要用户的功率分配方案；比较同一次要用户基于SINR准则与基于最优功率价格的功率值大小，确定CR网络系统接纳的次要用户数量；本发明专利技术计算复杂度低；能够根据需求调整被系统接纳的阈值最大化基站的收益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于NOMA的CR网络系统中两步走的功率分配方法
本专利技术属于无线移动通信
，尤其涉及一种基于NOMA(Non-orthogonalmultipleaccess，非正交多址接入)的CR(CognitiveRadio，认知无线电)网络系统中两步走的功率分配方法。
技术介绍
目前的全球移动数据正在急速增长，频带资源日渐匮乏。提升频谱效率是解决频谱资源匮乏的主要方法，现有的解决方法一般通过将NOMA和CR网络结合，以此提升频谱效率；但是由于基于NOMA和CR网络的相关研究只是处于起步阶段，现有技术中适用的功率分配方法为：首先，基于用户间的比例公平原则，提出了固定功率分配和部分发射功率控制(FTPC)两种次优化的功率分配方法；然后，当系统中每个子带上的复用用户数量为2或者3时，提出了一种最优功率分配方法和调度策略；最后，利用交替优化原则，提出的一种基于价格的功率分配方法；这种方法虽然可以完成功率分配，但是需要一个比较繁杂的计算过程，导致系统损耗较大，从而也使得整个系统可接纳的用户数量比较少；此外，功率分配过程中基站的收益无法做到最大化，这些都有待于进一步改善。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供了一种基于NOMA的CR网络系统中两步走的功率分配方法，用以解决基于NOMA的CR网络系统的现有技术中计算复杂度高、用户接纳数量少以及基站收益偏低的问题；具体技术方案如下：一种基于NOMA的CR网络系统中两步走的功率分配方法，所述CR网络系统中包括基站以及主要用户和次要用户，其特征在于，所述功率分配方法用于对所述次要用户进行功率分配，具体包括步骤：S1：设定所述CR网络系统中主要用户数量X、次要用户数量Y、第i个次要用户的信道增益Gi、第x个主要用户的信道增益gx，第i个次要用户的单位发射功率价格Si、第i个次要用户受到的干扰Ni、第i个次要用户的SINR的阈值γi以及第x个主要用户受到的最大干扰Zx；并通过公式计算次要用户的功率限制Pact，通过公式计算第i个次要用户的SINR，式中，Pi表示第i个次要用户的发射功率；随后根据单个用户造成的收益为分配给每个用户的功率与单位功率的价格乘积来计算基站的收益，确定基站收益的最优化问题；S2：对第i个次要用户的发射功率Pi求偏导得到第i个次要用户单位发射功率的价格Si，并根据公式求得第i个次要用户的速率Ri；结合Ri和Si计算用户收益，以此求出最优功率价格；S3：确定两个次要用户时基站收益的最优化问题，并根据步骤S2中求出的最优功率价格确定仅有两个次要用户时基站对次要用户的功率分配方案；S4：基于步骤S3的两个次要用户的第一功率分配方案，通过迭代方法，迭代至所有次要用户场景，并计算得到所有次要用户的第一功率分配方案；S5：根据步骤S1设定的阈值参数γi构建准则SINRi≥γi，并基于准则SINRi≥γi根据公式推出所以次要用户满足SINR需求时所需要的最小发射功率，并得到基站对所有次要用户的第二功率分配方案；S6：比较基于步骤S4得到的第一功率分配方案中基站向第i个次要用户发射的发射功率值Pi*与基于步骤S5得到的第二功率分配方案中基站向第i个次要用户发射的发射功率值Pi′大小，若满足条件Pi*＜Pi′或者条件Pi′＝0，基站将不再给次要用户进行功率分配，所述CR网络系统将不再接纳第i个到第Y个次要用户。进一步的，在步骤S1中还包括对Y个所述次要用户的信道增益Gi按G1≥G2≥...,≥GY进行顺序排序。进一步的，在步骤S1中，还包括对第i个次要用户采用SIC技术，并通过公式得到经过SIC技术处理后第i个次要用户的SINR。进一步的，在步骤S4中，由两个次要用户迭代至所有次要用户最多需要经过Y-1次迭代。进一步的，所述CR网络系统采用下垫式频谱共享模式通过基站向所述主要用户和次要用户进行功率分配，且所述主要用户与次要用户在同一频带或不同频带内进行数据传输。本专利技术的基于NOMA的CR网络系统中两步走的功率分配方法，首先基于主要用户和次要用户，设定基站对次要用户在功率分配过程中的相关参数，确定基站的收益最优化问题，并根据次要用户速率和次要用户向基站的支出确定用户的收益，以此计算得到最优功率价格；并基于左右功率价格确定仅有两次要用户时基站的功率分配方案，并基于两个次要用户的功率分配方案通过迭代方法迭代至所有次要用户；接着在根据设定的阈值参数建立SINR准则，并在SINR准则下再次获取次要用户的功率分配方案；最后比较SINR准则下得到的分配方案下次要用户得到的功率与基于最优功率价格时次要用户得到的功率值大小，确定基站是否向次要用户发送功率；与现有技术相比，本专利技术在对次要用户实现功率分配过程中不需要繁杂的计算过程，且可确保次要用户的服务质量，同时，保证了基站收益最大化。附图说明图1为本专利技术实施例中所述基于NOMA的CR网络系统中两步走的功率分配方法的流程框图示意；图2为本专利技术实施例中所述CR网络系统模型图示意；图3为本专利技术实施例中所述功率分配方法和FTPC方法(衰减因子α＝1)的接纳用户数量对比图示意；图4为本专利技术实施例中所述功率分配方法和FTPC方法(衰减因子α＝1)的基站收益对比图示意。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。参阅图2，在本专利技术实施例中，提出了一种基于NOMA的CR网络系统中两步走的功率分配方法，所述CR网络系统中包括基站以及接收基站发射信号的主要用户和次要用户，所述功率分配方法用于对所述次要用户进行功率分配；且CR网络系统采用下垫式频谱共享模式通过基站向主要用户和次要用户进行功率分配，主要用户与次要用户即可在同一频带进行数据传输，也可在不同频带进行数据传输，从而充分利用了NOMA的技术特点，当然，对此本专利技术并不进行限制和固定，可根据实际情况进行选择；结合图1，本专利技术中基于NOMA的CR网络系统中两步走的功率分配方法具体包括步骤：S1：设定所述CR网络系统中主要用户数量X、次要用户数量Y、第i个次要用户的信道增益Gi、第x个主要用户的信道增益gx，第i个次要用户的单位发射功率价格Si、第i个次要用户受到的干扰Ni、第i个次要用户的SINR的阈值γi以及第x个主要用户受到的最大干扰Zx；并通过公式计算次要用户的功率限制Pact，通过公式计算第i个次要用户的SINR，式中，Pi表示第i个次要用户的发射功率，以及通过公式得到经过SIC技术处理后第i个次要用户的SINR；随后根据单个用户造成的收益为分配给每个用户的功率与单位功率的价格乘积来计算基站的收益，确定基站收益的最优化问题，其中，基站收益的最优化问题可通过公式：maxmize和subjectto来计算，且本专利技术为了保证基站对主要用户的服务质量，要保证次要用户与基站通信过程中引入的干扰要低于最大干扰值，即保证次要用户的功率为Pact。此外，还需对Y个次要用户设定的信道增益Gi按G1≥G2≥...,≥GY进行顺序排序。S2：对第i个次要用户的发射功率Pi求偏导得到第i个次要用户单位发射陈功率的价格Si，并根据公式求得第i个次要用户的速率Ri；结合Ri和Si计算用户收益，以此求出最优功率价格；其中，次要用户本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于NOMA的CR网络系统中两步走的功率分配方法，所述CR网络系统中包括基站以及主要用户和次要用户，其特征在于，所述功率分配方法用于对所述次要用户进行功率分配，具体包括步骤：S1：设定所述CR网络系统中主要用户数量X、次要用户数量Y、第i个次要用户的信道增益Gi、第x个主要用户的信道增益gx，第i个次要用户的单位发射功率价格Si、第i个次要用户受到的干扰Ni、第i个次要用户的SINR的阈值γi以及第x个主要用户受到的最大干扰Zx；并通过公式

【技术特征摘要】
1.一种基于NOMA的CR网络系统中两步走的功率分配方法，所述CR网络系统中包括基站以及主要用户和次要用户，其特征在于，所述功率分配方法用于对所述次要用户进行功率分配，具体包括步骤：S1：设定所述CR网络系统中主要用户数量X、次要用户数量Y、第i个次要用户的信道增益Gi、第x个主要用户的信道增益gx，第i个次要用户的单位发射功率价格Si、第i个次要用户受到的干扰Ni、第i个次要用户的SINR的阈值γi以及第x个主要用户受到的最大干扰Zx；并通过公式计算次要用户的功率限制Pact，通过公式计算第i个次要用户的SINR，式中，Pi表示第i个次要用户的发射功率；随后根据单个用户造成的收益为分配给每个用户的功率与单位功率的价格乘积来计算基站的收益，确定基站收益的最优化问题；S2：对第i个次要用户的发射功率Pi求偏导得到第i个次要用户单位发射功率的价格Si，并根据公式求得第i个次要用户的速率Ri；结合Ri和Si计算用户收益，以此求出最优功率价格；S3：确定两个次要用户时基站收益的最优化问题，并根据步骤S2中求出的最优功率价格确定仅有两个次要用户时基站对次要用户的功率分配方案；S4：基于步骤S3的两个次要用户的第一功率分配方案，通过迭代方法，迭代至所有次要用户场景，并计算得到所有次要用户的第一功率分配方案；S5：根据步骤S1设定的阈值参数γi构建准则SINRi≥γi，并基于准则SINRi≥γi...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄学军，刘诗旭，黄秋实，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32