一种非正交多址接入功率分配方法组成比例

本发明专利技术请求保护一种非正交多址接入功率分配方法，首先在获得各子信道的注水等效信道增益的基础上，采用注水原理得到各子信道的复用功率；然后在单个子信道上叠加用户间根据分数阶或固定功率分配方式得到各叠加用户的功率。该方法在算法复杂度增加不大的情况下，相比Benjebbour功率分配方法提高了大约7％的系统总吞吐量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于移动通信
，涉及一种基于非正交多址接入(non-orthogonalmultipleaccess,NOMA)系统的功率分配方法。
技术介绍
高速增长的无线应用促使了第五代移动通信系统的研究热潮。IMT-2020(5G)推进组在《5G愿景与需求白皮书》中提出5G对未来无线网络更高要求，即用户体验速率要达到0.1-1Gbps，设备连接承受能力要达到106/km2，频谱效率要比4G提升5～15倍。为了满足人们日益增长的移动业务需求，迫切需要改进现有的多址接入技术。在这种背景下Saito等人提出了非正交多址接入技术(non-orthogonalmultipleaccess，NOMA)。NOMA的基本原理是在发送端先对各个用户信号独立进行编码调制，在对各个用户信号分配不同的功率后进行线性叠加，叠加后的信号还可以采用正交频分复用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，OFDM)技术来进行传输；接收端通过串行干扰消除检测技术完成用户信号的接收。NOMA是一种基于功率域复用的多址技术，各用户通过信号功率的不同来进行区分，从而可以将时域、频域等资源提供给多个用户共享，以提高系统的频谱效率、系统容量。目前，NOMA系统功率分配问题的研究已经有了初步成果。NOMA首次将功率域由单用户独占改为由多用户共享，使功率分配变得更加复杂。BenjebbourA和LiA等人提出了一种在总功率约束下最大化系统吞吐量的功率分配方法。该方法先将功率平均分配给每个子信道，然后在单个子信道上采用分数阶功率分配方法进行功率再分配。这种方法虽然计算复杂度低，但是功率分配效率很差。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种检测方法。本专利技术的技术方案如下：一种非正交多址接入功率分配方法，其包括以下步骤：步骤1、基站首先通过公共控制信道获取向小区内发送信息的用户集；步骤2、基站端估计用户集的信道状态信息CSI，获得当前各用户不同信道状态情况；步骤3、对于每个子信道，穷举出所有用户组合并给该用户组合初次分配功率，并计算出各用户组合的吞吐量，找到最大吞吐量的用户组合，将最大吞吐量的用户组合作为该子信道的叠加用户集；其中用户组合初次分配功率先将总功率Ptot平均分配给N个子信道，然后在单个子信道上采用分数阶或固定功率分配方式对用户进行功率再分配；步骤4、基站给各子信道上的叠加用户集(采用注水原理)进行功率分配。进一步的，所述步骤3在单个子信道上采用分数阶或固定功率分配方式得到各叠加用户的功率，即给信道条件较好的用户分配αfpaPtot/N，给信道条件较差的用户分配(1-αfpa)Ptot/N，其中αfpa为各叠加用户的功率比，其中0<αfpa<0.5，假设对所有子信道来说αfpa都为常数。进一步的，所述步骤4基站给各子信道上的叠加用户集进行功率分配包括步骤：a)找出各子信道的注水等效信道增益，第n个子信道的注水等效信道增益为h′n；b)初始化关键参数，其中包括初始注水水位α，实际参与本次注水的子信道集合Son、子信道数Non和调整步长μ，初始注水水位按下式求得：α=1N(Ptot+Σn=1N1Hn)---(a.1)]]>其中B表示总带宽，N0表示加性高斯白噪声的功率谱密度，Ptot为基站发射功率，N为子信道个数；Hn表示子信道信噪比。c)得到本次实际分配中所有子信道功率pn，若某一子信道的功率pn<0，将其置为零，且把该子信道从剩余的迭代过程中剔除，子信道的复用功率按下式求得：pn＝1/α-1/Hn(a.2)d)如果c)中所有子信道的功率pn都非负，则转至e)；否则，更新注水水位，并返回c)，每次迭代中注水水位α更新为：α←α+μ1Non(Ptot-Σn=1Npn)---(a.3)]]>e)进行各子信道上叠加用户间功率再分配，得到各叠加用户的功率，第n个子信道上用户i的功率按下式分配：pi,n=hi,n-2αftpapnΣj∈Ωnhj,n-2αftpa---(a.4)]]>其中Ωn表示第n个子信道上叠加用户集合，αftpa(0≤αftpa≤1)为分数阶功率分配方式的功率衰减因子。进一步的，当采用固定功率分配方式时第n个子信道上用户i和用户j的功率关系表示为：pi,n＝αfixpj,n(a.5)，其中i∈Ωn,j∈Ωn。进一步的，所述步骤c)中最优的子信道功率pn是通过拉格朗日算法，构造拉格朗日函数并求导求得。本专利技术的优点及有益效果如下：本专利技术方法基于整个信道资源被预先分给了K个用户前提下，首先对所有子信道进行注水，得到各个子信道的复用功率；然后在单个子信道上采用分数阶或固定功率分配方式进行功率再分配，得到各叠加用户的发送功率。本专利技术主要创新点体现在子信道间功率分配上。在子信道间功率分配过程中，本专利技术每次迭代需要执行2N次加法和N+2次乘法，其运算量为O(N)，整个子信道间功率分配的运算量为O(kN)，其中N为每次注水的子信道个数，k为迭代次数。该方法在增加少量计算复杂度的前提下，相比Benjebbour功率分配方法提高了大约7％的系统总吞吐量。附图说明图1是本专利技术提供优选实施例NOMA系统下行链路模型；图2是用户接收机的SIC检测处理流程；图3是用户组合选择和功率分配流程图；图4是本专利方法系统吞吐量分析。具体实施方式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、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例。本专利技术的技术方案如下：图1为NOMA系统下行链路模型。假设小区中用户数为Kfαpa，子信道数为N，总带宽为B，总发射功率为Ptot，第n个子信道上叠加的用户数为kn，基站和接收端天线数都为1。在发送端，子信道n上的叠加信号sn可表示为:sn=Σi=1knpi,nxi,n---(1)]]>其中,xi,n表示在子信道n上第i个用户的发送信号，pi,n代表第i个用户在子信道n上分配的功率。在接收端，用户UEk在子信道n上的接收信号为：yk,n=hk,nsn+wk,n=pk,nhk,nxk,n+Σi=1,i≠kknpi,nhk,nxi,n+wk,n---(2)]]>其中，hk,n和wk,n分别表示子信道n上基站到接收端k的信道增益和噪声，假设噪声的均值为零，方差为从等式(2)可以得知，接收端除了包含自身有用的信号外，还包含其他用户的干扰信号。UE接收机采用串行干扰消除技术(successiveinterferencecancellation，SIC)进行检测。当其他用户解码之后，便可以将对本用户的干扰消除，本用户便可以正确解码。不同UE接收机的检测过程有所不同，对所有UE接收机而言，正常解码顺序为载波干扰噪声比(CINR)升序。假设在第n个子信道上功率域叠加用户根据载波干扰噪声比从大到小排序为：其中UEm接收机进行SIC检测处理时，其依次消除叠加用户信号的影响，之后将用户UE1,UE2,…,UEm-1信号都当成干扰处理。图2表示UE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非正交多址接入功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、基站首先通过公共控制信道获取向小区内发送信息的用户集；步骤2、基站端估计用户集的信道状态信息CSI，获得当前各用户不同信道状态情况；步骤3、对于每个子信道，穷举出所有用户组合并给该用户组合初次分配功率，并计算出各用户组合的吞吐量，找到最大吞吐量的用户组合，将最大吞吐量的用户组合作为该子信道的叠加用户集；其中用户组合初次分配功率先将总功率Ptot平均分配给N个子信道，然后在单个子信道上采用分数阶或固定功率分配方式对用户进行功率再分配；步骤4、基站给各子信道上的叠加用户集采用注水原理进行功率分配。

【技术特征摘要】
1.一种非正交多址接入功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、基站首先通过公共控制信道获取向小区内发送信息的用户集；步骤2、基站端估计用户集的信道状态信息CSI，获得当前各用户不同信道状态情况；步骤3、对于每个子信道，穷举出所有用户组合并给该用户组合初次分配功率，并计算出各用户组合的吞吐量，找到最大吞吐量的用户组合，将最大吞吐量的用户组合作为该子信道的叠加用户集；其中用户组合初次分配功率先将总功率Ptot平均分配给N个子信道，然后在单个子信道上采用分数阶或固定功率分配方式对用户进行功率再分配；步骤4、基站给各子信道上的叠加用户集采用注水原理进行功率分配。2.根据权利要求1所述的非正交多址接入功率分配方法，其特征在于，所述步骤3在单个子信道上采用分数阶或固定功率分配方式得到各叠加用户的功率，即给信道条件较好的用户分配αfpaPtot/N，给信道条件较差的用户分配(1-αfpa)Ptot/N，其中αfpa为各叠加用户的功率比，其中0<αfpa<0.5，假设对所有子信道来说αfpa都为常数。3.根据权利要求1所述的非正交多址接入功率分配方法，其特征在于，所述步骤4基站给各子信道上的叠加用户集进行功率分配包括步骤：a)找出各子信道的注水等效信道增益，第n个子信道的注水等效信道增益为h'n；b)初始化关键参数，其中包括初始注水水位α，实际参与本次注水的子信道集合Son、子信道数Non和调整步长μ，初始注水水位按下式求得：α=1N(Ptot+&Sig...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云，肖杰，郑焕平，吴广富，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50