一种基于服务质量的下行NOMA功率分配方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及移动通信技术领域，具体涉及一种基于服务质量的下行NOMA功率分配方法及系统，包括：设置每个子载波上允许功率复用2个用户，分别为第一用户、第二用户，在基站侧获取当前网络信息；构建并改进NOMA功率分配模型；采用迭代注水功率分配算法进行子带间功率分配，完成每个子载波上的功率分配；在每个子载波上，基于用户服务质量QoS，计算出每个用户功率分配系数，完成每个用户的功率分配。本发明专利技术保证了每个子带上的用户吞吐量都大于或等于相同情况下OMA系统用户的吞吐量，最大化系统的总吞吐量。

A QoS based power allocation method and system for downlink noma

【技术实现步骤摘要】
一种基于服务质量的下行NOMA功率分配方法及系统
本专利技术涉及移动通信
，具体涉及一种基于服务质量的下行NOMA功率分配方法及系统。
技术介绍
第五代移动通信网络5G的出现意味着未来的无限网络的频谱效率更高、传输速率更快、系统容量更大，理论上，其频谱效率能够比4G高出5到15倍，其峰值传输速度能够达到10Gbit/s。为了满足新一代无线网络的要求，能够达到更高频谱速率、连接更多的用户数、实现更大的系统容，传统的正交多址接入技术(OrthogonalMultipleAccess，OMA)无法完美的满足这些要求，非正交多址接入技术的提出(Non-OrthogonalMultipleAccess，NOMA)为这一方向找到了突破口。NOMA技术是在发送端采用非正发送，实现多用户功率复用，即给多个用户分配不同的功率，再发送叠加码，然后主动引入干扰，最后再接收端通过串行干扰消除(Serialinterferencecancellation，SIC)检测出各自的信号。NOMA的功率复用技术是在发送端对多用户进行功率分配，一个子带上的时域资源和频域资源不再是分配给一个用户，能够让同一个基站所接入的用户更够获得更多的带宽。信号条件较好的用户在接收端通过SCI技术可以消除其他用户的干扰，信道条件较差的用户可以将其他干扰信息当作噪声处理，直接解调自身信号，从而极大地提高了系统的总容量。NOMA作为5G的关键技术，为了使其在实际应用中发挥出更优越的性能，得到更高的频率效率，更高的吞吐量以及更好的能量效率，对NOMA系统中功率分配的研究尤为必要。传统的NOMA系统功率分配方法都是将系统容量最大化作为目标，在子带内外都采用迭代注水算法，这种算法虽然获得了较好的系统吞吐量，但是在整个迭代过程考虑了子载波上所有的用户，没有考虑到用户的服务质量，甚至有个别用户的吞吐量低于OMA系统下用户的吞吐量，并且整个功率都采用迭代注水算法，复杂度较大不利于实现。
技术实现思路
为了解决上述问题，在总功率限制和保证用户服务质量的条件下最大化系统的总吞吐量，本专利技术提供一种基于服务质量的下行NOMA功率分配方法。一种基于服务质量的下行NOMA功率分配方法，其包括以下步骤：S1、设置每个子载波上允许功率复用2个用户，分别为第一用户、第二用户，在基站侧获取网络信息，获取的网络信息包括：基站发射总功率，系统总带宽，基站与多用户之间的等效信道增益系数h，子载波上用户配对情况；S2、根据获取的网络信息构建NOMA功率分配模型，并根据香农公式改进NOMA功率分配模型；S3、根据改进的NOMA功率分配模型，采用迭代注水功率分配算法进行子带间功率分配，完成每个子载波上的功率分配；S4、在每个子载波上，基于用户的服务质量QoS，采用KKT条件对子载波内的功率分配的最优化问题进行求解，计算出第一用户的最优功率分配系数αopt1、第二用户的最优功率分配系数αopt2；S5、根据步骤S4计算所得的αopt1、αopt2，进行子带内功率分配，完成两个用户的功率分配。一种基于服务质量的下行NOMA功率分配系统，包括：获取小区信息模块：用于获取基站与多用户之间的等效增益系数h，子载波上用户的配对情况，基站发射总功率，系统总带宽以及小区子载波个数；带间功率分配模块：用于分配各个子载波的功率，带间功率分配模块包括了迭代注水模板、带间存储模板，迭代注水模块采用迭代注水算法在子带间给各子载波分配功率；带间存储模板用于存储各子载波上用户配对情况和各子载波上已分配功率情况；带内功率分配模块：用于分配各子载波上用户的功率大小，带内功率分配模块包括了KKT算法模块、功率分配系数选择模块，KKT算法模块根据带间功率分配模块的结果计算出αopt1和αopt2；功率分配系数选择模块根据实际选择功率分配方案，确定子载波上两个用户的功率分配大小。本专利技术的有益效果：本专利技术采用迭代注水算法分配子带之间的功率，在子带内考虑用户服务质量QoS，利用KKT条件最大化系统的总吞吐量，保证用户吞吐量都大于相同情况下OMA系统用户的吞吐量，本专利技术在未损失过多吞吐量的情况下，使得复杂度降低一半。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例的总流程图；图2为为本专利技术实施例的子带间功率分配流程图；图3为本专利技术实施例的子带内功率分配流程图；图4为本专利技术实施例的系统模块图；图5为本专利技术实施例的仿真图。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法进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术的一种基于服务质量的下行NOMA功率分配方法，包括：S1、设置每个子载波上允许功率复用2个用户，分别为第一用户、第二用户，在基站侧获取网络信息，获取的网络信息包括：基站发射总功率，系统总带宽，基站与多用户之间的等效信道增益系数h，子载波上用户配对情况；S2、根据获取的网络信息构建NOMA功率分配模型，并根据香农公式改进NOMA功率分配模型；S3、根据改进的NOMA功率分配模型，采用迭代注水功率分配算法进行子带间功率分配，完成每个子载波上的功率分配；S4、在每个子载波上，基于用户的服务质量QoS，采用KKT条件对子载波内的功率分配的最优化问题进行求解，计算出第一用户的最优功率分配系数αopt1、第二用户的最优功率分配系数αopt2；S5、根据步骤S4计算所得的αopt1、αopt2，进行子带内功率分配，完成两个用户的功率分配。如图4所示，一种基于服务质量的下行NOMA功率分配系统，包括：获取小区信息模块：用于获取基站与多用户之间的等效增益系数h，子载波上用户的配对情况，基站发射总功率，系统总带宽以及小区子载波个数。带间功率分配模块：用于分配各个子载波的功率，带间功率分配模块包括了迭代注水模板、带间存储模板，迭代注水模块采用迭代注水算法在子带间给各子载波分配功率；带间存储模板用于存储各子载波上用户配对情况和各子载波上已分配功率情况。带内功率分配模块：用于分配各子载波上用户的功率大小，带内功率分配模块包括了KKT算法模块、功率分配系数选择模块，KKT算法模块根据带间功率分配模块的结果计算出αopt1和αopt2；功率分配系数选择模块根据实际选择功率分配方案，确定子载波上两个用户的功率分配大小。获取小区信息模块的输出端与带间功率分配模块的输入端连接，带间功率分配模块输出端与带内功率分配模块的输入端连接。本专利技术实施例假设基站功率恒为1W，小区用户数为10人，本专利技术的一种基于服务质量的下行NOMA功率分配方法，包括以下步骤：设置每个子载波上允许功率复用的用户数为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于服务质量的下行NOMA功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、设置每个子载波上允许功率复用2个用户，分别为第一用户、第二用户，在基站侧获取网络信息，获取的网络信息包括：基站发射总功率，系统总带宽，基站与多用户之间的等效信道增益系数h，子载波上用户配对情况；/nS2、根据获取的网络信息构建NOMA功率分配模型，并根据香农公式改进NOMA功率分配模型；/nS3、根据改进的NOMA功率分配模型，采用迭代注水功率分配算法进行子带间功率分配，完成每个子载波上的功率分配；/nS4、在每个子载波上，基于用户的服务质量QoS，采用KKT条件对子载波内的功率分配的最优化问题进行求解，计算出第一用户的最优功率分配系数α

【技术特征摘要】
1.一种基于服务质量的下行NOMA功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设置每个子载波上允许功率复用2个用户，分别为第一用户、第二用户，在基站侧获取网络信息，获取的网络信息包括：基站发射总功率，系统总带宽，基站与多用户之间的等效信道增益系数h，子载波上用户配对情况；
S2、根据获取的网络信息构建NOMA功率分配模型，并根据香农公式改进NOMA功率分配模型；
S3、根据改进的NOMA功率分配模型，采用迭代注水功率分配算法进行子带间功率分配，完成每个子载波上的功率分配；
S4、在每个子载波上，基于用户的服务质量QoS，采用KKT条件对子载波内的功率分配的最优化问题进行求解，计算出第一用户的最优功率分配系数αopt1、第二用户的最优功率分配系数αopt2；
S5、根据步骤S4计算所得的αopt1、αopt2，进行子带内功率分配，完成两个用户的功率分配。


2.如权利要求1所述的一种基于服务质量的下行NOMA功率分配方法，其特征在于，所述NOMA功率分配模型包括：









其中，N表示子载波数，US表示每个子载波上用户数，Ri,n表示第n个子载波上第i用户的吞吐量，pi,n表示第n个子载波上第i用户所分配到的功率大小，P表示基站发射的总功率。


3.如权利要求1所述的一种基于服务质量的下行NOMA功率分配方法，其特征在于，改进后的NOMA功率分配模型包括：









其中，B表示系统总带宽，N表示子载波数，pn表示第n个子载波上所分配的功率，P表示基站发射的总功率，N0表示加性高斯白噪声的功率谱密度，Hn表示噪声归一化信道响应，hn表示第n个子载波上的注水等效信道增益。


4.如权利要求1所述的一种基于服务质量的下行NOMA功率分配方法，其特征在于，采用迭代注水功率分配算法进行子带间功率分配包括以下步骤：
S31、设置注水水位初始值，根据改进的NOMA功率分配模型计算pn；
S32、判断pn，若存在pn＜0，则令pn＝0并将该子载波从下一次的迭代过程中剔除；若所有pn都为非负数，则执行步骤S33，否则更新注水水位，然后返回到步骤S31；
S33、输出pn并完成每个子载波之间的功率分配，
其中，pn表示第n个子载波上所分配的功率。


5.如权利要求1所述的一种基于服务质量的下行NOMA功率分配方法，其特征在于，根据计算的αopt1、αopt2分配两个用户的功率包括：令第一用户的吞吐量为R1,min，根据αopt1计算两个用户所分配的功率p1,n,p2,n，最大化第二用户的吞吐量，其中，R1,min表示第一用户吞吐量的最低要求。


6.如权利要求5所述的一种基于服务质量的下行NOMA功率分配方法，其特征在于，所述根据αopt1计算两个用户所分配的功率p1,n,p2,n，最大化第二用户的吞吐量包括：
第一用户所分配的功率包括：p1,n＝αopt1pn；
第二用户所分配的功率包...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈发堂，邓青，李小文，王丹，王华华，郑焕平，杨黎明，石贝贝，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50