NOMA下行链路用户配对方法和存储介质技术

本发明专利技术提供了NOMA下行链路用户配对方法和存储介质，包括确定用户可达速率、用户的累计吞吐量以及用户公平性优先级；以最大化NOMA系统能量效率为目标函数，基于用户可达速率、用户的累计吞吐量以及用户公平性优先级构建约束条件，获得用户配对模型；求解所述用户配对模型，获得用户配对方法。本发明专利技术提出的基于用户可达速率、用户的累计吞吐量以及用户公平性优先级的用户配对方法，兼顾系统公平性与用户个体公平性，能保障边缘用户的个体公平性。

【技术实现步骤摘要】
NOMA下行链路用户配对方法和存储介质
本专利技术涉及非正交多址通信
，尤其涉及NOMA下行链路中用户配对方法，属于通信

技术介绍
作为5G的关键技术之一，非正交多址接入(NOMA,non-orthogonalmultipleaccess)技术具有提高系统整体吞吐量和改善小区边缘用户服务质量(QoS,qualityofservice)的优势，能够满足移动蜂窝网络超大容量与密集接入的需求。功率域NOMA技术使得一个蜂窝小区中的多个用户可以同时使用相同的物理资源。在发送端，通过适当的用户调度策略，辅以合理的功率分配算法，发送多个用户的叠加信号；在接收端，信号接收器通过串行干扰消除(SIC,successiveinterferencecancellation)技术对接收到的叠加信号进行逐级分离，从而实现功率复用。目前，NOMA功率分配的研究主要集中在增大系统吞吐量、提高系统公平性等性能优化方面。但是现有技术中用户配对和功率分配的方案，未能保障边缘用户的个体公平性。为了降低能源消耗和运营成本，如何提高NOMA系统能量效率(EE,energyefficiency)也是目前工业界和学术界研究的热点。
技术实现思路
本专利技术旨在针对现有技术中用户配对和功率分配的方案未能保障边缘用户的个体公平性的技术问题，提出了NOMA下行链路用户配对方法。为实现上述技术目的，本专利技术采用以下技术方案。本专利技术提供了NOMA下行链路用户配对方法，包括以下步骤：确定用户可达速率、用户的累计吞吐量以及用户公平性优先级；获取用户配对模型，所述用户配对模型以最大化NOMA系统能量效率为目标函数，以用户可达速率、用户的累计吞吐量以及用户公平性优先级构建约束条件；求解所述用户配对模型，获得用户配对方法。进一步地，确定用户可达速率的具体方法包括：步骤1：初始可达速率设定为：Ri[k]＝Rmin[k]，其中Ri[k]为第k个时隙用户i的可达速率，Rmin[k]为第k个时隙用户最小可达速率，步骤2：令k＝1，遍历用户i直至i＝N，N为用户数，根据近端用户m的可达速率计算公式和远端用户n的可达速率计算公式分别计算用户在k＝1时的近端用户可达速率和远端用户可达速率，取二者较大值为用户可达速率，记为Ri[k]，其余用户可达速率为0；近端用户m的可达速率表示为远端用户n的可达速率表示为令k+1，重复步骤2，直至所有用户的可达速率Ri[k]不为0。进一步地，确定用户的累计吞吐量的方法为：步骤1：初始可达速率设定为：Ri[k]＝Rmin[k]，Ri[k]为第k个时隙用户i的可达速率，初始累计吞吐量设定为：Ci[k]＝Rmin[k]，Rmin[k]为第k个时隙用户最小可达速率，Ci[k]为k时刻内用户i的累计吞吐量；步骤2：令k＝1，遍历用户i直至i＝N，N为用户数，计算第k个时隙用户i的累计吞吐量Ci[k]，表达式如下：其中，Ri[τ]为用户各时刻可达速率，令k+1，重复步骤2，直至确定所有用户的累计吞吐量。进一步地，确定用户公平性优先级的具体方法包括：步骤1：初始可达速率设定为：Ri[k]＝Rmin[k]，Ri[k]为第k个时隙用户i的可达速率，初始累计吞吐量设定为：Ci[k]＝Rmin[k]，Rmin[k]为第k个时隙用户最小可达速率，Ci[k]为k时刻内用户i的累计吞吐量；步骤2：令k＝1，遍历用户i直至i＝N，N为用户数，求出每个用户的公平性优先级ρi，表达式如下：其中，Ci[k-1]为前一个用户的累计吞吐量，为第k个时隙系统速率，为近端用户m的信干噪比，为远端用户n的信干噪比；令k+1，重复步骤2，直至确定所有用户的公平性优先级。进一步地，所述用户配对模型表示为：s.t.0≤α≤1Ri[k]≥Rmin[k]其中，EE为NOMA系统能量效率，α为系统功率分配因子，ρi[k]为第k个时隙用户i的公平性优先级，Ri[k]为第k个时隙用户可达速率，Rmin[k]为第k个时隙用户最小可达速率。再进一步地，所述用户配对模型的求解方法包括以下步骤：步骤1：初始化，包括：由N个用户组成的粒子群，记为X＝(X1,X2,…,XN)T，每个粒子代表一个潜在解，设yi＝xi＝(αi,j)T；αi为用户i的功率分配因子，j为与用户i随机配对的用户，αi属于[0,1]且服从均匀分布；j属于[1,N]且服从均匀分布；步骤2：将所述用户配对模型转化为无约束问题，表达式为：其中，Rmin[k]为第k个时隙用户最小可达速率，λ为设定正数；R1i(α)为用户i作为近端用户时的可达速率，R2j(α)为用户j作为远端用户时的可达速率，Ri[k]为第k个时隙用户i的可达速率，第i个粒子表示为Xi＝(xi1,xi2)T＝(αi,ji)T，Xi为粒子潜在解，xi1为用户i作为近端用户的最优解，xi2为用户i作为远端用户的最优解，αi为用户i的功率分配因子，ji为用户i的最佳配对用户；求解使系统能量效率EE最大的最优解，以下表达式成立：其中，个体极值向量Pi＝(αiP,jiP)T为粒子最佳位置，设第k个时隙第i个粒子的速度为Si＝(Si1,Si2)T，全体最佳位置为全局极值向量，记作G＝(αG,jG)T；Si1为用户i作为近端用户的速率，Si2为用户i作为远端用户时的速率，αiP为用户i在个体最佳位置时的功率分配因子，jiP为用户i在个体最佳位置时的最佳配对用户，αG为用户i在全局最佳位置时的功率分配因子，jG为用户i在全局最佳位置时的最佳配对用户；步骤3：对于用户i的功率分配因子αi，更新表达式Si1[k+1]＝δSi1[k]+l1r11(αip[k]-αi[k])+l2r21[k](αG-αi[k])xi1[k+1]＝αi[k+1]＝αi[k]+Si1[k+1]Si1[k+1]为第k+1时隙第i个粒子作为近端用户时的瞬时速率，Si1[k]为第k时隙第i个粒子作为近端用户时的瞬时速率，l1、l2为学习因子，均取非负常数，r11(αip[k]-αi[k])以及r21[k](αG-αi[k])为伪随机数，r11、r22相互独立且服从在[0,1]上的均匀分布，αip[k]为第k时隙用户i处于最佳位置时的功率分配因子，αi[k]为第k时隙用户i的功率分配因子，xi1[k+1]为第k+1时隙用户i作为近端用户的最优解，αi[k+1]为第k+1时隙用户i的功率分配因子，δ为动力常量，对于与用户i配对的用户ji，每个粒子群遍历N个用户，有Si2[k+1]＝1xi2[k+1]＝ji[k+1]＝ji[k]+Si2[k+1]其中，Si2[k+1]为第k+1时隙第i个粒子作为远端用户时的瞬时速率，xi2[k+1]为第k+1时隙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.NOMA下行链路用户配对方法，其特征在于，包括以下步骤：/n确定用户可达速率、用户的累计吞吐量以及用户公平性优先级；/n获取用户配对模型，所述用户配对模型以最大化NOMA系统能量效率为目标函数，以用户可达速率、用户的累计吞吐量以及用户公平性优先级为约束条件；/n求解所述用户配对模型，获得用户配对方法。/n

【技术特征摘要】
1.NOMA下行链路用户配对方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定用户可达速率、用户的累计吞吐量以及用户公平性优先级；
获取用户配对模型，所述用户配对模型以最大化NOMA系统能量效率为目标函数，以用户可达速率、用户的累计吞吐量以及用户公平性优先级为约束条件；
求解所述用户配对模型，获得用户配对方法。


2.根据权利要求1所述的NOMA下行链路用户配对方法，其特征在于，确定用户可达速率的具体方法包括：
步骤1：初始可达速率设定为：Ri[k]＝Rmin[k]，其中Ri[k]为第k个时隙用户i的可达速率，Rmin[k]为第k个时隙用户最小可达速率；
步骤2：令k＝1，遍历用户i直至i＝N，N为用户数，根据下式分别计算用户在k＝1时的近端用户可达速率和远端用户可达速率，取二者较大值为用户可达速率，记为Ri[k]，其余用户可达速率为0；
近端用户m的可达速率表示为



远端用户n的可达速率表示为



令k+1，重复步骤2，直至所有用户的可达速率Ri[k]不为0。


3.根据权利要求1所述的NOMA下行链路用户配对方法，其特征在于，确定用户的累计吞吐量的方法为：
步骤1：初始可达速率设定为：Ri[k]＝Rmin[k]，Ri[k]为第k个时隙用户i的可达速率，初始累计吞吐量设定为：Ci[k]＝Rmin[k]，Rmin[k]为第k个时隙用户最小可达速率，Ci[k]为k时刻内用户i的累计吞吐量；
步骤2：令k＝1，遍历用户i直至i＝N，N为用户数，计算第k个时隙用户i的累计吞吐量Ci[k]，表达式如下：



其中，Ri[τ]为用户各时刻可达速率，
令k+1，重复步骤2，直至确定所有用户的累计吞吐量。


4.根据权利要求1所述的NOMA下行链路用户配对方法，其特征在于，确定用户公平性优先级的具体方法包括：
步骤1：初始可达速率设定为：Ri[k]＝Rmin[k]，Ri[k]为第k个时隙用户i的可达速率，初始累计吞吐量设定为：Ci[k]＝Rmin[k]，Rmin[k]为第k个时隙用户最小可达速率，Ci[k]为k时刻内用户i的累计吞吐量；
步骤2：令k＝1，遍历用户i直至i＝N，N为用户数，求出每个用户的公平性优先级ρi，表达式如下：



其中，Ci[k-1]为前一个用户的累计吞吐量，为第k个时隙系统速率，为近端用户m的信干噪比，为远端用户n的信干噪比，Ri[τ]为用户各时刻可达速率；
令k+1，重复步骤2，直至确定所有用户的公平性优先级。


5.根据权利要求1所述的NOMA下行链路用户配对方法，其特征在于，所述用户配对模型表示为：



s.t.0≤α≤1



Ri[k]≥Rmin[k]
其中，EE为NOMA系统能量效率，α为系统功率分配因子，ρi[k]为第k个时隙用户i的公平性优先级，Ri[k]为第k个时隙用户可达速率，Rmin[k]为第k个时隙用户最小可达速率。


6.根据权利要求5所述的NOMA下行链路用户配对方法，其特征在于，所述用户配对模型的求解方法包括以下步骤：
步骤1：初始化，包括：由N个用户组成的粒子群，记为X＝(X1,X2,…,XN)T，每个粒子代表一个潜在解，设yi＝xi＝(αi,j)T；αi为用户i的功率分配因子，j为与用户i随机配对的用户，αi属于[0,1]且服从均匀分布；j属于[1,N]且服从均匀分布；
步骤2：将所述用户配对模型转化为无约束问题，表达式为：



其中，



Rmin[k]为第k个时隙用户最小可达速率，λ为设定正数；R1i(α)为用户i作为近端用户时的可达速率，R2j(α)为用户j作为远端用户时的可达速率，Ri[k]为第k个时隙用户i的可达速率，
第i个粒子表示为Xi＝(xi1,xi2)T＝(αi,ji)T，Xi为粒子潜在解，xi1为用户i作为近端用户的最优解，xi2为用...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆音，杨凌青，杨楚瀛，杨佩佩，李清远，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32