基于非正交多址技术的星地联合波束形成和功率分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于非正交多址技术（NOMA）的星地联合波束形成和功率分配方法，在该网络中，卫星通信子网络服务多个地面站，地面蜂窝子网络服务多个蜂窝用户，两个子网络实现频谱共享。首先，地面蜂窝子网络中采用NOMA技术，基于蜂窝用户之间信道的相关性和信道增益的差异性，提出了多用户分簇方法；其次，在用户服务质量得到保证，以及卫星和基站发射功率受限的条件下，建立整个系统的和速率最大化的优化问题；接着，采用S‑Procedure和泰勒展开法，将该非凸问题转换成凸优化问题，并进一步利用迭代罚函数法得到卫星和基站的最优波束形成权矢量和功率分配因子。本发明专利技术将波束形成和非正交多址技术相结合，为提升星地融合网络信息传输的有效性提供技术方案。

【技术实现步骤摘要】
基于非正交多址技术的星地联合波束形成和功率分配方法
本专利技术涉及卫星通信
，具体涉及基于非正交多址技术的星地联合波束形成和功率分配方法。
技术介绍
地面移动通信覆盖范围较为狭窄，且会受到地形因素等多方面因素的影响。卫星通信覆盖范围较广，不易受地理环境影响，无论是海洋、高原或是盆地都能实现良好的通信效果，在通信方面发挥了巨大的作用。星地融合网络结合地面网络和卫星网络各自的优势，利用地面网络容量大、传输速率高的优点，结合卫星网络覆盖范围广、通信服务机动灵活等特点，组成了一个高效的融合网络，能有效地提升网络资源的利用率和用户的服务质量，已成为当前的研究热点。为了满足大规模连接的需要，传统的正交多址(OMA)系统中，无线资源是正交分配的，这限制了可服务用户的数量。与OMA相比，NOMA技术频谱效率高，小区边缘吞吐量高，传输延迟低，因卫星通信频谱资源匮乏，NOMA技术通过资源分配提升了系统频谱利用率。现有技术中，系统能量常常出现消耗过大的情况。如何在保证用户服务质量以及和速率需求的同时，合理地分配功率，使总能量消耗最小，是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于非正交多址技术的星地联合波束形成和功率分配方法，其特征在于，包括以下过程：/n以信道增益和信道相关性为指标，对地面蜂窝用户进行分簇；/n所述地面蜂窝用户分簇后，按照预定的约束条件，以所述星地联合系统的和速率最大化为准则，建立优化问题的目标函数；/n将所述优化问题转化成含有迭代变量的凸优化问题；/n通过求解所述凸优化问题，计算得到卫星及基站处的最优波束形成权矢量和功率分配因子，并按照波束生成结果为卫星和基站分配发射功率。/n

【技术特征摘要】
1.基于非正交多址技术的星地联合波束形成和功率分配方法，其特征在于，包括以下过程：
以信道增益和信道相关性为指标，对地面蜂窝用户进行分簇；
所述地面蜂窝用户分簇后，按照预定的约束条件，以所述星地联合系统的和速率最大化为准则，建立优化问题的目标函数；
将所述优化问题转化成含有迭代变量的凸优化问题；
通过求解所述凸优化问题，计算得到卫星及基站处的最优波束形成权矢量和功率分配因子，并按照波束生成结果为卫星和基站分配发射功率。


2.根据权利要求1所述的基于非正交多址技术的星地联合波束形成和功率分配方法，其特征在于，所述对所述地面蜂窝用户进行分簇，包括如下步骤：
步骤1、将全部所述蜂窝用户K放入一个集合中S中，设待分组第m簇集合为Sm，初始化m＝0；
步骤2、将满足ci,j≥ρ，ζi,j≥γ条件的蜂窝用户构成一个新集合Gm，定义NOMA效用函数计算dij最大值，并获得相应的蜂窝用户j；
其中，ρ为预设的相关阈值，γ为信道增益差分阈值，ci,j为信道相关性，ζi,j为信道增益差分值，hi,hj表示蜂窝用户i，j的信道增益；
步骤3、将Gm集合中的第i个蜂窝用户移到第m簇集合Sm中，更新第i个蜂窝用户顺序如果集合Sm中存在不能满足相关阈值ρ和信道增益差分阈值γ要求的蜂窝用户，重复步骤2，并将该蜂窝用户从集合Sm中删除；
步骤4、重复步骤3，直到集合Gm＝0，至此第m簇集合Sm构成；
步骤5、将第m簇集合Sm中的蜂窝用户从集合S中移除，回到步骤2，直到集合S为空，即所有K个蜂窝用户都被分配到蜂窝用户配对簇中。


3.根据权利要求1所述的基于非正交多址技术的星地联合波束形成和功率分配方法，其特征在于，所述约束条件为：第l个地面站信干噪比γl和第m簇第k个蜂窝用户信干噪比γm,k分别大于阈值门限Λl，Λm,k，卫星天线发射功率不大于Ps,j、基站天线发射功率不大于Pb,i；其中，Ps,j为卫星天线第j根天线功率，Pb,i为基站天...

【专利技术属性】
技术研发人员：林敏，袁祖霞，刘笑宇，孔槐聪，吴晓欢，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32