基于NOMA和CR网络的功率分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于NOMA和CR网络的功率分配方法，通过限制分配给所有从用户的总功率来确保从用户对主用户的干扰不超过主用户所能承受的最大干扰门限，从而确保主用户的通话质量，与此同时，充分考虑NOMA系统的特性，在不对主用户正常通信造成影响的情况下，根据所有从用户可以分配的总功率再对每一个从用户以NOMA的方式进行功率分配，最大化接入系统的从用户数量。本发明专利技术细化了不同的主用户对从用户的干扰，在充分考虑主用户的功率，信道增益，信干噪比以及从用户的信道的情况下，进行功率分配。与现有技术相比本发明专利技术在复杂度提升不大的情况下可以获得更好的性能，能够接入更多的从用户，提高频谱效率。

【技术实现步骤摘要】
基于NOMA和CR网络的功率分配方法
本专利技术涉及的是一种功率分配的方法，具体是将认知无线电CR和非正交多址接入NOMA相结合，细化主从用户之间的相互干扰部分，并在这个混合系统中进行功率分配。
技术介绍
认知无线网络的设想是允许授权用户和非授权用户共享信道，通过异构的无线框架和动态的频谱接入技术来给非授权用户提供更多的带宽。除此之外，采用频谱效率更高的分配接入方式同样也可以实现这一目标，例如采用非正交多址接入(NOMA,Non-OrthogonalMultipleAccess)方式。结合了连续干扰抵消(SIC,SuccessiveInterferenceCancellation)技术的NOMA已经被理论证明可以进一步提升频谱的利用率以及在系统的容量和吞吐量上获得更为显著的成效。和以往的正交多址接入方式不同，NOMA以提升接收机的复杂度为代价，通过引入可控的干扰，来实现系统用户的过载，从而提高系统的效率。经对现有技术的文献检索发现，在这样一个结合了CR和NOMA的混合系统中，主从用户之间的干扰是相互的，主用户对不同的从用户产生的干扰应该是不同的，但是没有文章或专利技术仔细考虑了这一干扰项的影响。《PowerAllocationforCognitiveRadioNetworksEmployingNon-orthogonalMultipleAccess》一文中将CR和NOMA进行了结合，考虑CR中的从用户之间以NOMA的方式接入系统，通过限制分配给从用户的总功率来确保从用户对主用户造成的干扰不会超过主用户能够承受的范围，其不足就在于没有充分考虑主用户对从用户的干扰，仅仅将其假设为一个常量，这是不合理的，主用户数量、位置等参数若发生了变化，则其对从用户产生的干扰也一定会相应改变，并且在从用户的通信参数发生变化的同时，主用户也应该进行相应的调整。例如当从用户的通话质量提高时，主用户的质量应该更高才对。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，细化了在CR网络与NOMA相结合的混合系统中不同的主用户对从用户造成的干扰，在充分考虑每个主用户的功率，信道增益，信干噪比以及每个从用户的信道的情况下，对每一个从用户以NOMA的方式进行功率分配，并且确保从用户不会对主用户正常通信造成影响，最大化接入系统的从用户数量。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术考虑的CR系统采用Underlay模式，从用户通过从基站在小区中进行通信，同时小区中还随机地分布有若干对主收发信机，研究下行链路通信的情况。假设每个主用户(即主接收机)存在一个最大可以容忍的干扰门限，而主从用户的服务质量(QoS,QualityofService)要求分别由其信干噪比SINR决定。首先根据每个主用户的SINR确定所有从用户所能够支配的总功率，然后对每个从用户进行功率分配，从用户之间的干扰可以通过SIC进行部分的消除，而主用户产生的干扰对于每个从用户而言都是不同的，对于SINR要求无法满足的从用户，系统会拒绝其接入。本专利技术包括以下步骤：步骤一：计算每个主用户的功率：首先根据主用户的信道情况，计算每个主用户在正常通信要求的SINR下所需要的功率，完成对主用户的功率分配。每个主用户的功率需要满足：其中表示第i个主发送机到第i个主用户的信道增益，表示第i个主发送机的发射功率，表示第i个主用户正常通信所必须满足的SINR阈值，表示其余的主发送机对第i个主用户造成的干扰，表示所有从用户对第i个主用户造成的干扰，N0则表示背景白噪声。步骤二：计算从用户所能分配的总功率PS：根据从基站到每个主用户的信道增益，考虑主用户的最大干扰门限，对从用户的总功率进行限制，确保在对从用户进行功率分配的同时，不会对主用户的正常通信产生影响。对于从用户而言，其对主用户的干扰不能超过主用户所能承受的门限，有：其中表示主用户所能承受的门限，表示从基站到第i个主用户的信道增益，如果令则结合可以将上式改写为：其中指的是从基站所能发送的最大功率，是从基站总功率的约束，PS确保了从用户不会对主用户的正常通信造成影响。步骤三：根据PS对从用户进行功率分配：从用户以NOMA的方式接入系统，从用户之间的相互干扰通过SIC可以进行部分抵消，从而使系统能够接入更多的从用户数量。采用了SIC技术之后，每个从用户的功率求解如下：其中表示从基站发送给第j个从用户的功率，表示从基站发送给第i个从用户的功率，表示所有的主发送机对第j个从用户造成的干扰，表示第j个从用户正常通信所必须满足的SINR阈值，表示从基站到第j个从用户的信道增益。认为每个从用户就以SINR阈值所要求的功率进行通信，此时上式变为：可以看出每一个从用户的功率可以通过有顺序的迭代进行求解，即可以直接求解，根据可以求得根据和又可以求得以此类推。对于上述有顺序的迭代，其终止条件为：即表示第j个从用户所需要的功率大于从用户总功率所剩下的能继续分配的功率，此时就没有足够的功率来支持第j个及之后的从用户接入系统了，迭代终止。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术将认知无线电网络和NOMA相结合，并对这个混合网络提出了一种功率分配方法，使得网络中能够接入的从用户数量达到最大，本专利技术在考虑了主用户的SINR要求和信道增益的情况下，细化了主用户对不同从用户造成的干扰部分，而不是将其假设为一个常量，适用范围更广。为了显示本专利技术的优越性，将其与较为经典的FTPC进行比较，仿真结果表明本实施例的方法性能优于FTPC，尤其在主用户数量N较少的情况下，两种方法的复杂度Ο(N·M)和Ο(M)相差不大，但是本专利技术可以在同等条件下接入更多的从用户。从图3-图6可以看出，不论是在什么情况下，本专利技术都能比FTPC接入更多的从用户数量，尤其在主用户数量较少或者从用户SINR要求较低的情况下，两种方法所能接入的从用户数量相差了一倍，这是由于FTPC只根据每个从用户的信道情况来进行功率分配，在满足最低SINR要求即可正常通信的情况下，会存在给用户多分配功率造成功率浪费的情况，不能最大化合理利用可分配的功率。附图说明图1是系统模型示意图。图2是FTPC随αftpc的变化关系。图3是两种方法随请求接入从用户数量的变化关系。图4是两种方法随从用户SINR的变化关系。图5是两种方法随主用户数量的变化关系。图6是本专利技术方法随主用户数量的变化关系。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本实施例通过以下步骤实现：步骤一：计算每个主用户的功率：首先根据主用户的信道情况，计算每个主用户在正常通信要求的SINR下所需要的功率，完成对主用户的功率分配。如图1所示，本实施例假设有一个从用户小区，小区的中心有一个从基站，小区中随机地分布有若干个从用户和若干对主收发信机，下文中主用户对应主接收机，考虑下行链路通信的情况。由于这些用户的链路会相互干扰，因此必须考虑从用户对主用户造成的干扰以及主从用户的QoS要求。假设每个主用户存在一个最大可以容忍的干扰门限，而主从用户的QoS要求分别由其信干噪比SINR决定。认知无线电系统采用Underl本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于NOMA和CR网络的功率分配方法，其特征在于，该方法的应用场景包括一个从基站、若干个从用户和若干对主收发信机，其中主接收机对应主用户，CR网络采用Underlay模式，从用户以NOMA的方式接入系统；该方法包括如下步骤：步骤1：计算每个主用户的功率；步骤2：计算从用户所能分配的总功率PS；步骤3：根据PS对从用户进行功率分配。

【技术特征摘要】
1.基于NOMA和CR网络的功率分配方法，其特征在于，该方法的应用场景包括一个从基站、若干个从用户和若干对主收发信机，其中主接收机对应主用户，CR网络采用Underlay模式，从用户以NOMA的方式接入系统；该方法包括如下步骤：步骤1：计算每个主用户的功率；步骤2：计算从用户所能分配的总功率PS；步骤3：根据PS对从用户进行功率分配。2.根据权利要求1所述的基于NOMA和CR网络的功率分配方法，其特征在于，步骤1中，所述每个主用户的功率需满足：其中表示第i个主发送机到第i个主用户的信道增益，Pi(p)表示第i个主发送机的发射功率，表示第i个主用户正常通信所必须满足的SINR阈值，表示其余的主发送机对第i个主用户造成的干扰，表示所有从用户对第i个主用户造成的干扰，N0则表示背景白噪声。3.根据权利要求1所述的基于NOMA和CR网络的功率分配方法，其特征在于，步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨震，时安谊，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32