单小区NOMA系统中的功率分配方法技术方案

本发明专利技术公开了一种单小区NOMA系统内中的功率分配方法，适用于包括1个基站和MK个用户的下行NOMA系统，基站和用户都配置单天线。基站将用户分簇并为用户簇分配正交的子频段，基站根据信道条件基站计算满足串行干扰消除时每个簇所需的最低总功率以及系统所需的最低总功率，以单个簇所需的最低功率作为约束条件，计算该簇内所有用户的速率都相同时为每个用户分配的功率与该簇的总功率之间的关系，基于此结果，以系统所需的最低总功率作为约束条件，求解MK个用户的速率都相同时为每个簇分配的功率，最后为每个簇内的每个用户分配功率。

【技术实现步骤摘要】
单小区NOMA系统中的功率分配方法
本专利技术属于通信领域，尤其涉及一种单小区NOMA系统中的功率分配方法。
技术介绍
非正交多址接入(Non-OrthogonalMultipleAccess,NOMA)技术是5G的关键技术之一，具有较高的系统吞吐量和频谱效率，能满足无线数据业务量的爆炸式增长。NOMA技术在发送端为用户分配功率并将他们的信号复用在同一时频资源上，主动引入多址干扰，接收端通过串行干扰消除(SuccessiveInterferenceCancellation,SIC)技术消除干扰并检测期望接收的信号。功率分配不仅关系到各用户信号的检测次序，还影响到系统的可靠性和有效性，因此，NOMA系统中的功率分配是近年的研究热点之一。很多文献对单小区下行NOMA系统中功率分配方案进行了研究，其中功率分配的目标主要分为三类：最大化速率、最大化能量效率及最大公平。最大化速率的功率分配方案以总功率或单个用户的速率作为约束条件，采用注水算法或其他算法求解能最大化所有用户的和速率的功率分配。最大化能量效率的功率分配方案也以总功率或单个用户的速率作为约束条件，以最大化用户的和速率与总功率的比值为目标求解为各用户分配的功率。文献“Onoptimalpowerallocationfordownlinknon-orthogonalmultipleaccesssystems”提出了最大公平功率分配方案，使得所有用户的速率都相同，实现了用户在速率上的公平性。然而，该方案仅限于每个簇包含两个用户的场景，并且没有考虑到满足SIC时对系统总功率的约束，有可能导致无法正确检测信号。专利
技术实现思路
本专利技术提出了单小区NOMA系统中的功率分配方法，适用于包括1个基站和MK个用户的单天线下行NOMA系统且用户和基站都配置单天线。实现本专利技术的技术思路是：基站将用户分簇并为用户簇分配正交的子频段，基站根据信道条件基站计算满足串行干扰消除时每个簇所需的最低总功率以及系统所需的最低总功率，以单个簇所需的最低功率作为约束条件，计算该簇内所有用户的速率都相同时为每个用户分配的功率与该簇的总功率之间的关系，基于此结果，以系统所需的最低总功率作为约束条件，求解MK个用户的速率都相同时为每个簇分配的功率，最后为每个簇内的每个用户分配功率。综上所述，一种单小区NOMA系统中的功率分配方法，适用于包括1个基站和MK个用户的单天线下行NOMA系统且用户和基站都配置单天线，包括如下步骤：A，基站将MK个用户分为K个簇，每个簇包含M个用户，基站为每个簇分配一个子频段，簇间子频段正交；B，用ukm表示第k个簇中的第m个用户，k＝1,2,…,K，m＝1,2,…,M，基站到ukm的信道为hkm，|hk1|2≥|hk2|2≥…≥|hkM|2，用r0表示正确检测信号时对信干噪比(SignaltoInterferenceandNoiseRatio,SINR)的最低要求，基站根据hkm和r0计算满足串行干扰消除(SerialInterferenceCancellation,SIC)时ukm所需的最低功率，用pkm0表示，m＝1时，时，σ2是用户接收到的噪声方差，K是簇的总数，M是每个簇中包含的用户数；C，基站计算满足SIC时第k个簇所需的最低总功率pk0以及系统所需的最低总功率Pmin，K是簇的总数，M是每个簇中包含的用户数；D，用pk表示第k个簇内所有用户的总功率，k＝1,2,…,K，令pk≥pk0，pk0是步骤C求得的第k个簇所需的最低功率，以每个簇所需的最低总功率作为约束条件，基站求解该簇内所有用户的速率都相等时为每个用户分配的功率与该簇的总功率之间的关系；E，用pk表示第k个簇内所有用户的总功率，用Pmax表示基站的总功率，令Pmax≥Pmin，Pmin是步骤C求得的系统所需的最低总功率，以系统所需的最低总功率作为约束条件，基站求解MK个用户的速率都相等时为每个簇分配的功率与系统总功率之间的关系；F，将步骤E中得到的pk′代入步骤D中得到的函数fpkm(pk)，得到fpkm(pk′)，fpkm(pk′)就是为第k个簇内的第m个用户分配的功率，k＝1,2,…,K，m＝1,2,…,M，K是簇的总数，M是每个簇中包含的用户数。进一步，所述步骤D具体包括：D1，用pkm表示为ukm分配的功率，将pk视为已知变量，将pkm视为未知变量，基站求解方程组(1)，得到多组解，k＝1,2,…,K，m＝1,2,…,M，K是簇的总数，M是每个簇中包含的用户数；D2，从步骤D1得到的多组解中选出pk1、pk2、…、pkM均为正数且都小于pk的一组，用函数fpkm(pk)表示求解式(1)得出的pkm与pk的关系，该函数与M的取值有关，k＝1,2,…,K，m＝1,2,…,M，K是簇的总数，M是每个簇中包含的用户数。进一步，所述步骤E具体包括：E1，将Pmax视为已知变量，将pk视为未知变量，基站求解方程组(2)，得到多组解，k＝1,2,…,K，K是簇的总数；E2，从步骤E1得到的多组解中选出每个簇的总功率均为正数且都小于Pmax的一组解，用p1′、p2′、…、pK′表示该组解。有益效果：本专利技术公开的方法将最大公平的功率分配方案扩展到每个簇包含任意用户的场景，推导了在满足SIC时每个簇所需的最低总功率以及系统所需的最低总功率，在满足SIC的同时，实现了用户在速率上的公平性。附图说明图1是本专利技术实施例的系统模型；图2是本专利技术的流程图。具体实施方式下面给出本专利技术的一种实施例，对本专利技术做进一步详细的说明。如图1所示，考虑包含1个基站和MK个用户的下行NOMA系统，基站和用户都配置单根天线。用户被分为K个簇，每个簇包含M个用户，用ukm表示第k个簇中的第m个用户，k＝1,2,…,K，m＝1,2,…,M。基站到ukm的信道为hkm，|hk1|2≥|hk2|2≥…≥|hkM|2。基站为第k个簇分配的总功率为pk，其中ukm的功率为pkm，pk1≤pk2≤…≤pkM，基站为每个簇分配一个子频段，簇间子频段正交。用ykm表示ukm的接收信号，ykm的表达形式为其中，xkm是ukm的期望接收信号，nkm是ukm接收到的高斯白噪声，均值为零方差为σ2。uk1进行串行干扰消除(SuccessiveInterferenceCancellation,SIC)，即首先检测出xkM，并消除该信号对yk1造成的干扰，然后再检测xk(M-1)，并消除该信号对yk1造成的干扰，依次检测其他信号并消除这些信号对yk1造成的干扰，直至检测出xk1。uk1检测xkm时的信干噪比(SignaltoInterferenceandNoiseRatio,SINR)为同理，ukj检测xkm时的SINR为其中，j≤m，m＝1,2,…,M，j＝1,2,…,M。假定r0是正确检测信号时对SINR的最低要求，为了执行SIC，ukj检测xkm时的SINR必须不低于r0，因此，要求下式成立由此可推出，pkm的取值满足令l(|hkj|2)是的|hkj|2单调递减函数。由于|hk1|2≥|hk2|2≥…≥|hkM|2，当j＝m时，l(|hkj|2)达到最大值，即式(5)可化为令式(6)中的m＝1，得到pk1的取值范围为令式(6)中的m＝2，得到pk2的取值范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.单小区NOMA系统中的功率分配方法，适用于包括1个基站和MK个用户的单天线下行NOMA系统且用户和基站都配置单天线，其特征在于：包括如下步骤：A，基站将MK个用户分为K个簇，每个簇包含M个用户，基站为每个簇分配一个子频段，簇间子频段正交；B，用ukm表示第k个簇中的第m个用户，k＝1,2,…,K，m＝1,2,…,M，基站到ukm的信道为hkm，|hk1|

【技术特征摘要】
1.单小区NOMA系统中的功率分配方法，适用于包括1个基站和MK个用户的单天线下行NOMA系统且用户和基站都配置单天线，其特征在于：包括如下步骤：A，基站将MK个用户分为K个簇，每个簇包含M个用户，基站为每个簇分配一个子频段，簇间子频段正交；B，用ukm表示第k个簇中的第m个用户，k＝1,2,…,K，m＝1,2,…,M，基站到ukm的信道为hkm，|hk1|2≥|hk2|2≥…≥|hkM|2，用r0表示正确检测信号时对信干噪比(SignaltoInterferenceandNoiseRatio,SINR)的最低要求，基站根据hkm和r0计算满足串行干扰消除(SerialInterferenceCancellation,SIC)时ukm所需的最低功率，用pkm0表示，m＝1时，时，σ2是用户接收到的噪声方差，K是簇的总数，M是每个簇中包含的用户数；C，基站计算满足SIC时第k个簇所需的最低总功率pk0以及系统所需的最低总功率Pmin，K是簇的总数，M是每个簇中包含的用户数；D，用pk表示第k个簇内所有用户的总功率，k＝1,2,…,K，令pk≥pk0，pk0是步骤C求得的第k个簇所需的最低功率，以每个簇所需的最低总功率作为约束条件，基站求解该簇内所有用户的速率都相等时为每个用户分配的功率与该簇的总功率之间的关系，具体过程如下：D1，用pkm表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：田心记，任铭，李晓静，张丹青，
申请(专利权)人：田心记，
类型：发明
国别省市：河南,41