上行NOMA系统中最大化能量效率的功率分配方法技术方案

本发明专利技术公开了上行NOMA系统中最大化能量效率的功率分配方法，适用于包括1个基站和

Power allocation method for maximizing energy efficiency in uplink noma system

The invention discloses a power distribution method for maximizing energy efficiency in an uplink noma system, which is suitable for including a base station and

【技术实现步骤摘要】
上行NOMA系统中最大化能量效率的功率分配方法
本专利技术涉及通信领域，尤其是上行NOMA系统中最大化能量效率的功率分配方法。
技术介绍
随着物联网和互联网的快速发展，智能终端日渐普及，对移动通信系统的连接数密度、流量密度、用户体验速率、峰值速率、时延、移动性等要求越来越高。同时，日益短缺的频谱资源限制了大规模智能终端的连接。因此，在面对海量用户接入时，引入了非正交多址接入(Non-OrthogonalMultipleAccess,NOMA)技术。功率域复用的NOMA技术是5G网络的候选技术之一，在满足5G对频谱效率的需求的同时，还可以满足低时延、高可靠性、大规模连接等需求。NOMA技术引入了一个新的维度即功率域，将多个用户的信号叠加在相同的时频资源上，接收端接收到信号后采用连续干扰消除(SuccessiveInterferenceCancellation,SIC)技术以减少用户间的干扰，从而实现多址接入。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。很多文献研究了单小区上行NOMA系统中的功率分配，其中功率分配的目标有三类：最大化和速率、最大化能量效率及最大公平。最大化能量效率的功率分配以单个用户的功率作为约束条件，以最大化和速率与总功率的比值为目标，求解每个用户的功率。现有的最大化能量效率的功率分配多采用迭代算法，计算复杂度较高。
技术实现思路
本专利技术提出了上行NOMA系统中最大化能量效率的功率分配方法，适用于包括1个基站和M个用户的上行NOMA系统，且基站和用户都配置单天线。本专利技术是利用基站根据信道条件以及每个用户的最低单位带宽速率需求计算每个用户所需的最低功率，建立满足用户的最低速率需求且最大化能量效率的功率分配优化问题，求解该优化问题，得到能量效率最大时所有用户的总功率，然后按照信道强度递减的次序为第二个用户至最后一个用户分配该用户所需的最低功率，并将其余的功率分配给信道强度最高的用户。综上所述，本专利技术提出的上行NOMA系统中最大化能量效率的功率分配方法，适用于包括1个基站和M个用户的上行NOMA系统，且基站和用户都配置单天线，包括如下步骤：A，用um表示第m个用户，um到基站的信道为hm，|h1|2≥|h2|2≥…≥|hM|2，pm表示um的发送功率，表示um的最大发送功率，Rmin表示单个用户的最低单位带宽速率需求，基站计算得到pm的取值满足pm≥c(c+1)M-mαm，其中，c是满足用户最低单位带宽速率需求时对信干噪比(SINR)的最低要求，σ2是用户接收到的噪声的方差，故um所需的最低功率为m＝1,2,...,M，M是用户的总数；B，基站构建最大化能量效率的功率分配优化问题，其中，m＝1,2,...,M，M是用户的总数，基站将优化问题转化为约束条件表示用户u1的功率不能超过该用户的最高发送功率；C，基站求解步骤B中的优化问题，得到能量效率最大时所有用户的总功率，用P*表示；D，基站根据步骤C得到的用户总功率P*为每个用户分配功率，令为用户u1分配功率为用户um分配功率m＝2,...,M，M是用户的总数。进一步，所述步骤C具体包括：C1，令其中，用P0表示P1和P2的中间值，即m＝1,2,...,M，M是用户的总数；C2，令ω(P)＝G1P-ln(2)[G1P-G1δ+χ]log2[G1(P-δ)+χ]，计算ω(P0)，若ω(P0)＞ε，ε是预先设定的非常小的正数，则令P1＝P0且执行步骤C3，若ω(P0)＜-ε，则令且P2＝P0，执行步骤C3，若|ω(P0)|＜ε，则令P*＝P0，不再执行步骤C3；C3，令重复步骤C2，直至|ω(P0)|＜ε。有益效果与已有的上行NOMA系统中最大化能量效率的功率分配方案相比，本专利技术公开的方法考虑到了每个用户的最低速率需求，减少了计算量。上行系统中的多个簇采用正交频段时，不同簇用户间的功率不存在制约关系，单簇的功率分配方案可直接应用于多簇场景中的每个簇。附图说明图1是本专利技术实施的系统模型；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M个用户的单小区上行NOMA系统，基站和用户都配置单根天线。用um表示第m个用户，m＝1,2,…M。所有的用户使用相同的频段，um到基站的信道为hm，|h1|2≥|h2|2≥…≥|hM|2。um的功率为pm，是用户um最大的发送功率。用y表示基站的接收信号，y的表达形式为其中，xm是um的发送信号，n是基站接收到的高斯白噪声，均值为零方差为σ2。与文献“Energy-efficientpowerallocationforuplinkNOMA”相同，基站按信号强度递减的顺序依次检测每个用户的发送信号并消减该信号带来的干扰。u1首先检测出x1，并消除该信号对y造成的干扰，然后再检测x2，并消除该信号对y造成的干扰，依次检测其他信号并消除这些信号对y造成的干扰，直至检测出xM。基站检测xm时的信干噪比(SignaltoInterferenceandNoiseRatio,SINR)为假定单个用户的最低单位带宽速率需求为Rmin，该速率对应的信干噪比为c，因此，要满足由此可推出，pm的取值满足首先推导满足um的最低单位带宽需求的条件下，pm的取值范围。令式(4)中的m＝M时，可推出pM的取值范围满足pM≥cαM(5)其中，m＝1,2,...,M。令式(4)中的m＝M-1时，可推出p(M-1)的取值范围满足令式(4)中的m＝M-2时，可推出pk(M-2)的取值范围满足令式(4)中的m＝M-3时，可推出pk(M-3)的取值范围满足令式(4)中的m＝M-4时，可推出pk(M-4)的取值范围满足采用归纳法可得，pm的取值满足式(10)用表示满足um的最低单位带宽速率需求时um所需的最低功率，的取值为根据式(2)，um的单位带宽速率Rm的表达形式为系统中M个用户的和速率为其中，m＝1,2,...,M。所提方案的目标是：在满足每个用户最低单位带宽速率需求下，通过分配适当的功率，最大化系统的能量效率。功率分配的目标用公式表示为若直接求解式(14)中的优化问题，则要采取迭代的方法，复杂度极高。为此，先求解所有用户的总功率为某一常数即时最大的能量效率，然后再求解所有用户的总功率变化时最大的能量效率。时最大化能量效率的优化问题可以表示为式(15)所示的优化问题等效于最大化由于G1≥G2≥…≥GM，若不考虑约束条件，则p1＝P且p2＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.上行NOMA系统中最大化能量效率的功率分配方法，其特征在于：适用于包括1个基站和M个用户的上行NOMA系统，且基站和用户都配置单天线，包括如下步骤：/nA，用u

【技术特征摘要】
1.上行NOMA系统中最大化能量效率的功率分配方法，其特征在于：适用于包括1个基站和M个用户的上行NOMA系统，且基站和用户都配置单天线，包括如下步骤：
A，用um表示第m个用户，um到基站的信道为hm，|h1|2≥|h2|2≥…≥|hM|2，pm表示um的发送功率，表示um的最大发送功率，Rmin表示单个用户的最低单位带宽速率需求，基站计算得到pm的取值满足pm≥c(c+1)M-mαm，其中，c是满足用户最低单位带宽速率需求时对信干噪比(SINR)的最低要求，σ2是用户接收到的噪声的方差，故um所需的最低功率为M是用户的总数；
B，基站构建最大化能量效率的功率分配优化问题，






其中，m＝1,2,...,M，M是用户的总数，基站将优化问题转化为

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴旺，陈慧，黄玉霞，李晓静，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41