一种基于有效容量的5G网络功率分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于有效容量的5G网络功率分配方法，所述方法包括以下步骤：获取两个用户渐近最优的功率分配方式，通过优化功率来最大化有效容量；将传输网络推导到单载波信道上多个用户的场景；利用在单载波信道中两个用户信号传输的特点，为多用户传输设定好最优的前提条件，再求解出总的最大有效容量。本发明专利技术能够有效克服目前这些局限于功率分配的研究，而没有考虑到在特定QoS约束情况下的技术性问题。

A Power Allocation Method for 5G Networks Based on Effective Capacity

【技术实现步骤摘要】
一种基于有效容量的5G网络功率分配方法
本专利技术涉及5G网络功率分配领域，尤其涉及一种基于有效容量的5G网络功率分配方法。
技术介绍
在科学技术日益进步的今天，通信技术的实现场景已由最初的语音电话演化到后来的数字通信，再到多媒体通信，应用场景也从对通信要求单一的语音通信发展到了包含视频会议、物联网、车联网、卫星定位等在内的一系列对通信时延、信号传输质量有高要求的场景。5G通信技术就是在这样的大背景下应运而生。由于人们对通信服务质量(QualityofService,QoS)的要求越来越高，同时又由于无线通信资源受限且信道环境复杂多变的特点，如何能够合理有效地分配好有限的资源显得越来越重要。随着5G网络定义的出现，人们开始对相关的内容进行大量的研究，有效容量区仍是一个重要的内容由于5G网络与4G网络中所采用的制式不同，采用了正交多址的4G网络中信号间没有干扰，而在5GNOMA网络中因为采用的是非正交传输，信号在传输过程中会互相干扰，由此可知在两种不同的环境下会产生不同的结果，所以要重新对有效容量区进行研究。目前已有的研究在功率分配方面做了不少工作，包括：利用对称矩阵的用户分组算法被提出来研究非正交多址接入系统中资源分配机制；针对基于容量的NOMA系统下行链路子载波和功率分配优化问题，提出了一种用户分组及功率分配方案；以及通过对NOMA的功率分配算法进行研究，提出了相应的改进策略等。但是目前这些研究仅局限于功率分配算法的研究，没有考虑在特定QoS约束下的情况。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于有效容量的5G网络功率分配方法，本专利技术能够有效克服目前这些局限于功率分配的研究，而没有考虑到在特定QoS约束情况下的技术性问题，详见下文描述：一种基于有效容量的5G网络功率分配方法，所述方法包括以下步骤：获取两个用户渐近最优的功率分配方式，通过优化功率来最大化有效容量；将传输网络推导到单载波信道上多个用户的场景；利用在单载波信道中两个用户信号传输的特点，为多用户传输设定好最优的前提条件，再求解出总的最大有效容量。其中，所述获取两个用户渐近最优的功率分配方式具体为：采用一个具有两用户的NOMA网络，P1和P2是两个用户端的功率，f是频率域，H1和H2是两个用户端的信道增益，P1|h1|1和P2|h2|2分别代表两个用户传输信号的功率；在NOMA网络中信号的传输分为上行和下行，上行是手机终端发送信号给基站，下行是基站发送信号给手机终端。进一步地，所述利用在单载波信道中两个用户信号传输的特点，为多用户传输设定好最优的前提条件，再求解出总的最大有效容量具体为：根据用户信道的增益大小确定解码顺序，在解码增益最大信号时把其他信号产生的干扰当成噪声处理；在该信号解码完成后从总信号中减去，从剩下信号中再优先解码增益次大信号，直到仅剩下增益最小信号；所述最小信号仅受信道中的噪声干扰，从而得到最大有效容量。其中，其中，为最优的功率分配方案，Hi，i＝1，2表示载波噪声比CNR，θk,k＝1,2分别表示两个用户端的服务质量约束指数，βi＝θiT/ln2，λi是与功率约束相关的对偶变量的向量，wi第i个用户基站接收端收到的干扰和噪声，S为持续时间。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1、本专利技术通过对QoS约束下的无线资源分配问题深入的研究，得到了在单载波信道上，两个用户渐近最优的功率分配算法，从而通过优化功率来最大化有效容量。在此基础上将其推导到了单载波信道上多个用户的场景，求出多用户场景下的最大有效容量。解决了因为无线通信资源受限且信道环境复杂多变，无法合理有效地分配好有限的资源的问题。2、本专利技术运用蒙特卡罗方法进行模拟实验，与基于最大化吞吐量为目标的功率分配算法进行对比，实验结果证明了本方法的正确性和有效性：即，当三个用户间的权重比例接近于1时可以得到最大的有效容量和，与基于最大吞吐量(ST)方法为评价标准的功率分配算法进行对比实验，通过对比实验结果的方法来观察不同QoS约束对多用户有效容量的影响，以及本专利技术中提出的基于有效容量来进行功率分配算法(EC)与基于最大吞吐量来进行功率分配算法(ST)的效果差异，基于最大总吞吐量的功率分配算法(ST)没有考虑到QoS约束对无线网络系统的影响，最后所得到的最大吞吐量数据也是趋向一个定值。附图说明图1为一种基于有效容量的5G网络功率分配方法的流程图；图2为功率分配模型的示意图；图3为不同lambda值时两用户有效容量的和的示意图；图4为不同theta值时两用户的最大有效容量的示意图；图5为不同权重比下三个用户的有效容量总和的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1为实现上述目的，本专利技术实施例提出了一种基于有效容量的5G网络功率分配方法，参见图1，该方法包括以下步骤：101：获取两个用户渐近最优的功率分配算法，通过优化功率来最大化有效容量；102：将传输网络推导到单载波信道上多个用户的场景；103：利用在单载波信道中两个用户信号传输的特点，为多用户传输设定好最优的前提条件，再求解出总的最大有效容量；104：实验证明本专利技术提出的功率分配方法的正确性和有效性。在一个实施例中，步骤101通过将原问题转化为数学问题，获取两个用户渐近最优的功率分配算法，具体步骤如下：首先考虑上行网络单载波上两个用户的情况，本专利技术实施例设计的功率分配模型(如图2所示)考虑采用一个具有两用户的NOMA网络，P1和P2是用户端1和2的功率，f是频率域，H1和H2是用户端1和2的信道增益，P1|h1|1和P2|h2|2代表用户1和用户2传输信号的功率。在NOMA网络中信号的传输分为上行和下行，其中上行是手机终端发送信号给基站，下行是基站发送信号给手机终端。当在考虑发送端时，在两用户仿真模型中本专利技术实施例考虑采用单小区，生成一个基站，在接收端采用串行干扰删除编码来正确解出原始信号，当在最终成功解码的条件下，解码的顺序不会影响合速率，因此可以设置任意的解码顺序。通过公式计算后得到最优功率分配方案：即较大的约束条件对应较小的有效容量，较小的约束条件对应较大的有效容量。在一个实施例中，步骤102对传输网络的重新分析推导，将其推导到了单载波信道上多个用户的场景，具体步骤如下：在发送端仍然采用多个用户在相同的时频资源进行叠加传输的方法，在接收端采用串行干扰消除检测算法进行接收。在发送端的各项设置采用与两用户模型相同的参数，不同之处是将两个用户转变为多个用户，然后在多个用户的条件下继续分析QoS约束和有效容量的关系。在一个实施例中，步骤103利用在单载波信道中两个用户信号传输的已知特点，为多用户传输设定好最优的前提条件，再求解出总的最大有效容量，具体步骤如下：仍然采用主动引入干扰的方式，考虑在多用户条件下根据用户信道的增益大小来确定解码顺序，即先要确定各个用户的增益大小，在首先解码增益最大的信号时把其他信号产生的干扰当成噪声处理，在该信号解码完成后就从总信号中减去，从剩下的信号中再优先解码增益次大的信号，类似于之前的步骤，直到仅剩下增益最小的信号，其不受其他信号的干扰，而仅仅受到信道中的噪声干扰，从而得到最大有效容量。在一个实施例中，步骤104进行实验证明本专利技术实施例提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有效容量的5G网络功率分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取两个用户渐近最优的功率分配方式，通过优化功率来最大化有效容量；将传输网络推导到单载波信道上多个用户的场景；利用在单载波信道中两个用户信号传输的特点，为多用户传输设定好最优的前提条件，再求解出总的最大有效容量。

【技术特征摘要】
1.一种基于有效容量的5G网络功率分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取两个用户渐近最优的功率分配方式，通过优化功率来最大化有效容量；将传输网络推导到单载波信道上多个用户的场景；利用在单载波信道中两个用户信号传输的特点，为多用户传输设定好最优的前提条件，再求解出总的最大有效容量。2.根据权利要求1所述的一种基于有效容量的5G网络功率分配方法，其特征在于，所述获取两个用户渐近最优的功率分配方式具体为：采用一个具有两用户的NOMA网络，P1和P2是两个用户端的功率，f是频率域，H1和H2是两个用户端的信道增益，P1|h1|1和P2|h2|2分别代表两个用户传输信号的功率；在NOMA网络中信号的传输分为上行和下行，上行是手机终端发送信号给基站，下行是基站发送信号给手机终端。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：于健，尤波，刘志强，高洁，徐天一，王建荣，李雪威，娄超，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12