一种NOMA的自适应比特功率分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种NOMA的自适应比特功率分配方法，根据用户在各个子载波上的信道增益值来得到NOMA系统中用户在各个等效子载波上的增益值；采用按子载波增益排序后连续划分分块的方式进行等效子载波的划分，使得每个等效子载波中各个子载波的幅度尽可能的接近；按greedy算法为单用户等效子载波分配比特和功率，使得分配结果接近最优。根据等效子载波增益情况为其自适应的分配合理的比特和功率，使得传输性能得以提升。

【技术实现步骤摘要】
一种NOMA的自适应比特功率分配方法
本专利技术涉及自适应传输
，特别是一种非正交多址接入(Non-OrthogonalMultipleAccess，NOMA)的自适应比特功率分配方法。
技术介绍
为了进一步提高NOMA系统的性能来提供更高质量的服务，对单个用户的比特功率分配变得越来越重要。在对单用户自适应比特功率算法的设计中，使用非常广泛的一种算法是贪婪算法(greedyalgorithm)。Hughes-Hartogs最早提出用于ADSL系统的逐步增加比特的greedy分配算法，但是存在过高的迭代次数和运算复杂度的问题。为了改善这个问题，S.K.Lai等提出了分组的方法。改善之后的方法被证明是可以达到最优的。RVSonalkar应用拟阵理论证明采用逐步减少比特的greedy分配算法一样可以达到最优分配结果。另外Chow和Fisher算法的比特功率调整均属于greedy分配算法。虽然greedy算法经过了不断的改进，但是迭代次数过大的问题仍然存在。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不同而提供一种NOMA的自适应比特功率分配方法，根据等效子载波增益情况为其自适应的分配合理比特功率，使得传输性能得以提升。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案:根据本专利技术提出的一种NOMA的自适应比特功率分配方法，包括以下步骤：根据自适应等效子载波分配算法，得到第k个用户占用的等效子载波数N；根据信道增益的大小，按子载波增益排序后连续划分分块方式，将排序后的子载波连续划分成B个等效子载波；计算单用户等效子载波信道增益；最后利用greedy算法对生成的等效子载波进行单用户自适应比特功率分配。作为本专利技术所述的一种NOMA的自适应比特功率分配方法进一步优化方案，等效子载波数：每个用户所占用的等效子载波数由该用户的速率决定，每个用户所占用的等效子载波数是1个或者N个，由用户传输速率、采用的调制方式及每个等效子载波的子载波数计算；每个IFFT/FFT周期为Ts，假设调制级数为M,每个等效子载波有子载波Xa个，某个用户要求传输速率为Rk,这个传输速率为Rk的用户应占用N个等效子载波，满足作为本专利技术所述的一种NOMA的自适应比特功率分配方法进一步优化方案，按子载波增益排序后连续划分分块方式：所有子载波的信道增益集合表示为{hj,j＝1,2…B·Xa}，Xa表示每个等效子载波所包含的子载波数，B·Xa表示子载波的总个数，hj为第j个子载波的信道增益；然后根据子载波信道增益的大小进行降序或者升序排序，排序后载波的信道增益集合表示为{hj′,j＝1,2…B·Xa}，hj′为排序后第j个子载波的信道增益，该集合满足下列关系：或将排序后相邻的子载波连续划分成B块，每块成为一个新的等效子载波，每个等效子载波中包含的子载波数目相同。作为本专利技术所述的一种NOMA的自适应比特功率分配方法进一步优化方案，所述的单用户等效子载波信道增益：在对所有子载波进行按信道增益大小排序再连续划分分块之后，需要计算单用户各个分块上的等效子载波增益，利用算术平均值增益方式其中，yi是第k个用户在第i个等效子载波上信道增益的值，表示排序后第i个等效子载波上第x个子载波的信道增益，i＝1,2…B，x＝1,2…Xa，Xa表示的是每个等效子载波所包含的子载波数。作为本专利技术所述的一种NOMA的自适应比特功率分配方法进一步优化方案，所述的greedy算法：指每次只将一个比特分配到需要最少额定功率的子载波，当所有的比特分配完时,整个比特分配便结束；其中有两种分配方式：按比特增加分配方式和按比特减少分配方式；按比特增加分配方式：先初始化所有的子载波分配比特数为0，然后为子载波进行分配；其中，每次分配选择的子载波要使NOMA系统总功率增量最小，直到再给系统分配一个比特，系统的总功率将超过最大功率限制，从而分配过程结束；而按比特减少分配方式是指：先初始化所有子载波的比特数为最大比特数，然后为子载波减少比特数；每次减少一个比特时，选择让总功率减少量最大的子载波上，当再减少一个比特后，NOMA系统总功率将小于最大功率限制则结束分配过程；在系统目标误码率BERtarget满足预设要求且比特传输速率Rb比特/符号固定的条件下，使得发送功率最小；从比特步长分配，以及比特数目、功率的初始化分配两个方面对greedy算法加以改进；选取系统调制方式为{0，BPSK，QAM，16QAM，64QAM，128QAM}，其中0表示不发送信号，每个子载波最大的比特数目为6；比特分配步长用d表示，分为1和2两种情况。作为本专利技术所述的一种NOMA的自适应比特功率分配方法进一步优化方案，利用greedy算法对生成的等效子载波进行单用户自适应比特功率分配：(1)确定第k个用户进行等效子载波分块后每个等效子载波所包含的子载波数目Xa，并得到所需的等效子载波数目N，k＝1,2…K，K为总的用户数；(2)按照各个等效子载波增益值，求出第k个用户占用的N个等效子载波的信噪比其中，pi表示第k个用户在第i个等效子载波上的总发送功率，|yi|2表示第k个用户在第i个等效子载波上传输增益模的平方，σ2是第k个用户在第i个等效子载波中高斯噪声的方差；(3)由各个等效子载波的信噪比SNRi对各个子载波分配初始比特数目，即其中，bi表示第i个等效子载波中一个子载波上的比特数，D为信噪比差额，表示的是实际发送速率和信道容量之间有一个差值；则第i个等效子载波上被分配的初始比特总数目为香农信道容量公式为其中，Ri为第i个等效子载波的传输速率，Ci为第i个等效子载波的信道容量，Wi为第i个等效子载波的信道带宽；对于QAM调制方式，误码率Pe计算公式为其中，e为自然底数；由公式(4)和(6)得其中，BERtarget为目标误码率；(4)、由公式(3)和(4)得到传输比特数目为bi′的第i个等效子载波的每个子载波的发送信号功率pi为传输比特数目为bi′的第i个等效子载波发送总功率为(5)、由式计算出已经分配的比特数，Btotal为当前已分配的比特数，再与传输速率Rb进行比较；如果Btotal＝Rb，分配过程结束；否则：如果Btotal＜Rb，转到步骤(6)；如果Btotal＞Rb，转到步骤(7)；(6)、找出I＝{i|bi′+d·Xa≤6·Xa,i＝1,2…B}，这个集合包含着所有能够继续增加d·Xa个比特的等效子载波，d为比特分配步长；计算集合I中每个等效子载波增加d·Xa个比特时，为达到目标误码率所需要增加的发送功率其中f(b)表示等效子载波传输速率为b比特/符号时，为达到目标误码率所需要的传输功率，即取功率增量最小的等效子载波i′，将第i′个等效子载波增加d·Xa个比特；增加之后比特数为bi′＝b′i″+d·Xa，传输比特数目为bi′的第i′个等效子载波发送总功率更新为p′i″表示更新前第i′个等效子载波的发送功率，为达到目标误码率第i′个等效子载波所需要增加的发送功率；返回步骤(5)；(7)、找出I＝{i|bi′-d·Xa≥0,i＝1,2…B}，这个集合包含所有能够继续减少d·Xa个比特的等效子载波；计算集合I中每个子载波减少d·Xa个比特时，为达到目标误码率所需要减少的发送功率取功率减少量最大的子载波i′，将第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种NOMA的自适应比特功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：根据自适应等效子载波分配算法，得到第k个用户占用的等效子载波数N；根据信道增益的大小，按子载波增益排序后连续划分分块方式，将排序后的子载波连续划分成B个等效子载波；计算单用户等效子载波信道增益；最后利用greedy算法对生成的等效子载波进行单用户自适应比特功率分配。

【技术特征摘要】
1.一种NOMA的自适应比特功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：根据自适应等效子载波分配算法，得到第k个用户占用的等效子载波数N；根据信道增益的大小，按子载波增益排序后连续划分分块方式，将排序后的子载波连续划分成B个等效子载波；计算单用户等效子载波信道增益；最后利用greedy算法对生成的等效子载波进行单用户自适应比特功率分配。2.根据权利要求1所述的一种NOMA的自适应比特功率分配方法，其特征在于，等效子载波数：每个用户所占用的等效子载波数由该用户的速率决定，每个用户所占用的等效子载波数是1个或者N个，由用户传输速率、采用的调制方式及每个等效子载波的子载波数计算；每个IFFT/FFT周期为Ts，假设调制级数为M,每个等效子载波有子载波Xa个，某个用户要求传输速率为Rk,这个传输速率为Rk的用户应占用N个等效子载波，满足3.根据权利要求1所述的一种NOMA的自适应比特功率分配方法，其特征在于，按子载波增益排序后连续划分分块方式：所有子载波的信道增益集合表示为{hj,j＝1,2…B·Xa}，Xa表示每个等效子载波所包含的子载波数，B·Xa表示子载波的总个数，hj为第j个子载波的信道增益；然后根据子载波信道增益的大小进行降序或者升序排序，排序后载波的信道增益集合表示为{hj′,j＝1,2…B·Xa}，hj′为排序后第j个子载波的信道增益，该集合满足下列关系：|h'1|≤|h'2|≤…|h'B·Xa|≤|h'B·Xa|或h'1|≥|h'2|≥…|h'B·Xa-1|≥|h'B·Xa|；将排序后相邻的子载波连续划分成B块，每块成为一个新的等效子载波，每个等效子载波中包含的子载波数目相同。4.根据权利要求1所述的一种NOMA的自适应比特功率分配方法，其特征在于，所述的单用户等效子载波信道增益：在对所有子载波进行按信道增益大小排序再连续划分分块之后，需要计算单用户各个分块上的等效子载波增益，利用算术平均值增益方式其中，yi是第k个用户在第i个等效子载波上信道增益的值，h′x+(i-1)·Xa表示排序后第i个等效子载波上第x个子载波的信道增益，i＝1,2…B，x＝1,2…Xa，Xa表示的是每个等效子载波所包含的子载波数。5.根据权利要求1所述的一种NOMA的自适应比特功率分配方法，其特征在于，所述的greedy算法：指每次只将一个比特分配到需要最少额定功率的子载波，当所有的比特分配完时,整个比特分配便结束；其中有两种分配方式：按比特增加分配方式和按比特减少分配方式；按比特增加分配方式：先初始化所有的子载波分配比特数为0，然后为子载波进行分配；其中，每次分配选择的子载波要使NOMA系统总功率增量最小，直到再给系统分配一个比特，系统的总功率将超过最大功率限制，从而分配过程结束；而按比特减少分配方式是指：先初始化所有子载波的比特数为最大比特数，然后为子载波减少比特数；每次减少一个比特时，选择让总功率减少量最大的子载波上，当再减少一个比特后，NOMA系统总功率将小于最大功率限制则结束分配过程；在系统目标误码率BERtarget满足预设要求且比特传输速率Rb比特/符号固定的条件下，使得发送功率最小；从比特步长分配，以及比特数目、功率的初始化分配两个方面对greedy算法加以改进；选取系统调制方式为{0，BPSK，QAM，16QAM，64QAM，128QAM}，其中0表示不发送信号，每个子载波最大的比特数目为6；比特分配步长用d表示，分为1和2两种情况。6.根据权利要求1所述的一种NOMA的自适应比特功率分配方法，其特征在于，利用greedy算法对生成的等效子载波进行单用户自适应比特功率分配：(1)确定第k个用户进行等效子载波分块后每个等效子载波所包含的子载...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓光，孙彦景，杨悦，云霄，王博文，陈岩，郭柯，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32