【技术实现步骤摘要】
本申请涉及无线通信，尤其涉及一种基于用户公平性的noma下行链路功率分配方法及系统。
技术介绍
1、noma技术是多址接入技术演进过程中的关键技术之一，noma技术突破了对资源的使用方式，将资源的利用形式由正交域转变到了非正交域。在功率域noma系统中，用户可以对频域资源进行复用，以便提高频谱效率，应对当前移动用户数量的增长，使用相同的资源接入更多的用户。然而，随着生活水平的提高，人们对通信业务的体验也有了更高的要求，不再只满足于良好的网络可靠性，而追求更加人性化的体验。在功率域noma技术里，如果用户信道条件较差，为保证其通信质量，基站往往要分配更多的发射功率给该用户，此时同组中强信道用户的通信速率会降低，造成子频带中用户间的不公平。现有的noma功率分配方法大多以最优的系统性能为目标或最好的用户公平性为目标，不能处理好系统性能与用户公平性之间的矛盾。因此，如何处理好系统性能与用户公平性之间的矛盾是一个亟需解决的问题。
技术实现思路
1、本申请的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于用户公平性的noma下行链路功率分配方法及系统，通过在保证较好用户通信速率的前提下，最大化用户公平性，可以有效平衡好系统性能与用户公平性之间的矛盾，实现更优的用户体验，提升用户服务质量。
2、为了达到上述目的，本申请采用以下技术方案：
3、第一方面，本申请提供了一种基于用户公平性的noma下行链路功率分配方法，包括下述步骤：
4、构建noma下行链路系统
5、将加权比例公平因子作为度量用户公平性的指标，所述加权比例因子是在比例公平因子的基础上引入权重因子；
6、基于所述用户公平性的指标，构建约束条件下的用户公平性最大化模型；
7、对所述用户公平性最大化模型的目标函数引入近似条件，将非凸优化问题转化为凸优化问题；
8、求解所述凸优化问题，得到最优功率分配因子。
9、作为优选的技术方案，所述设置接收信号解调机制是指用户采用串行干扰消除技术对接收信号进行解调，按照信号功率由强到弱的顺序依次对各用户进行解调，具体的：
10、对于子频带k中的第m个用户，其传输的数据速率rm,k表示为：
11、
12、其中，wsc为带宽，n0为信道中的加性高斯白噪声，hm,k为子频带k上用户m的信道增益，pm,k为子频带k中的第m个用户的发射功率；
13、当有mmax个用户在子频带k中传输时，将依据信道增益h对各用户排序为h1,k≥h2,k…≥
14、作为优选的技术方案，所述将加权比例公平因子作为度量用户公平性的指标，所述加权比例因子是在比例公平因子的基础上引入权重因子，具体为：
15、对于子频带k中的用户m，其度量用户公平性的指标加权比例公平因子表示为：
16、
17、
18、其中，rm,k(t)为第m个用户在第k个子频带、第t帧时刻的瞬时数据速率，tm(t)为第m个用户在第t帧时刻的平均数据速率，mmax为子频带k中的用户个数；为比例公平算法中度量用户公平性的指标，是用户的瞬时数据速率和一段时间内的平均速率的比值；wm,k(t)为t时刻加给子频带k中用户m的权重因子，是1减去用户平均数据速率与系统总的平均数据速率的比值。
19、作为优选的技术方案，所述用户公平性最大化模型是以使子频带中加权比例公平因子最差的用户获得最好的公平性为目标，功率分配因子为优化变量，用户服务质量不等式为约束条件进行优化，用户公平性最大化模型的目标函数表达式为：
20、
21、其中，α为功率分配因子；
22、所述用户服务质量不等式为约束条件是表示相同信道状况下noma系统中用户瞬时数据速率不差于oma系统中用户瞬时数据速率。
23、作为优选的技术方案，所述约束条件还包括发射功率约束条件和系统带宽约束条件；
24、所述发射功率约束条件表示用于分配给各用户的总功率不得超过基站的功率资源上限，
25、所述系统带宽约束条件表示分配给各个子频带的系统带宽资源为固定值。
26、作为优选的技术方案，所述对所述用户公平性最大化模型的目标函数引入近似条件，将非凸优化问题转化为凸优化问题，具体的：
27、当一个正数b很大时，有并省去k和t，即将用户的平均数据速率近似为常数，得到只含功率分配因子的凸优化函数，将目标函数转化为凸优化函数的表达式为：
28、
29、其中，ri为用户i的瞬时数据速率，与用户i的功率分配因子αi相关，ti为用户i一段时间内的平均数据速率，wi为给用户i加的权值。
30、作为优选的技术方案，所述求解所述凸优化问题的步骤包括：
31、根据用户服务质量约束条件，求出功率分配因子的取值不等式；
32、根据目标函数和功率分配因子的取值不等式，再结合拉格朗日表达式和kkt条件，得到凸优化问题的最优解。
33、作为优选的技术方案，还包括对所述得到凸优化问题的最优解进行验证，若满足约束条件，选择最优解作为功率分配因子对各用户进行功率分配；若不满足约束条件，对各用户按照信道增益由强到弱依次取满足约束条件的最小值作为功率分配因子，对各用户进行功率分配。
34、第二方面，本申请提供了一种基于用户公平性的noma下行链路功率分配系统，应用于所述的基于用户公平性的noma下行链路功率分配方法，包括构建链路系统模型模块、公平性指标模块、构建公平性最大化模型模块、目标函数转化模块以及求解凸优化模块；
35、所述构建链路系统模型模块，用于构建noma下行链路系统模型，并设置接收信号解调机制；
36、所述公平性指标模块，用于将加权比例公平因子作为度量用户公平性的指标，所述加权比例因子是在比例公平因子的基础上引入权重因子；
37、所述构建公平性最大化模型模块，用于基于所述用户公平性的指标，构建约束条件下的用户公平性最大化模型；
38、所述目标函数转化模块，用于对所述用户公平性最大化模型的目标函数引入近似条件，将非凸优化问题转化为凸优化问题；
39、所述求解凸优化模块，用于求解所述凸优化问题，得到最优功率分配因子。
40、第三方面，本申请提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
41、至少一个处理器；以及，
42、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
43、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的基于用户公平性的noma下行链路功率分配方法。
44、第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现所述的基于用户公平性的nom本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于用户公平性的NOMA下行链路功率分配方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述基于用户公平性的NOMA下行链路功率分配方法，其特征在于，所述设置接收信号解调机制是指用户采用串行干扰消除技术对接收信号进行解调，按照信号功率由强到弱的顺序依次对各用户进行解调，具体的：
3.根据权利要求1所述基于用户公平性的NOMA下行链路功率分配方法，其特征在于，所述将加权比例公平因子作为度量用户公平性的指标，所述加权比例因子是在比例公平因子的基础上引入权重因子，具体为：
4.根据权利要求1所述基于用户公平性的NOMA下行链路功率分配方法，其特征在于，所述用户公平性最大化模型是以使子频带中加权比例公平因子最差的用户获得最好的公平性为目标，功率分配因子为优化变量，用户服务质量不等式为约束条件进行优化，用户公平性最大化模型的目标函数表达式为：
5.根据权利要求4所述基于用户公平性的NOMA下行链路功率分配方法，其特征在于，所述约束条件还包括发射功率约束条件和系统带宽约束条件；
6.根据权利要求1所述基于用户公平性的NO
7.根据权利要求1所述基于用户公平性的NOMA下行链路功率分配方法，其特征在于，所述求解所述凸优化问题的步骤包括：
8.根据权利要求7所述基于用户公平性的NOMA下行链路功率分配方法，其特征在于，还包括对所述得到凸优化问题的最优解进行验证，若满足约束条件，选择最优解作为功率分配因子对各用户进行功率分配；若不满足约束条件，对各用户按照信道增益由强到弱依次取满足约束条件的最小值作为功率分配因子，对各用户进行功率分配。
9.基于用户公平性的NOMA下行链路功率分配系统，其特征在于，应用于权利要求1-8中任一项所述的基于用户公平性的NOMA下行链路功率分配方法，包括构建链路系统模型模块、公平性指标模块、构建公平性最大化模型模块、目标函数转化模块以及求解凸优化模块；
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
11.一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1-8任一项所述的基于用户公平性的NOMA下行链路功率分配方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于用户公平性的noma下行链路功率分配方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述基于用户公平性的noma下行链路功率分配方法，其特征在于，所述设置接收信号解调机制是指用户采用串行干扰消除技术对接收信号进行解调，按照信号功率由强到弱的顺序依次对各用户进行解调，具体的：
3.根据权利要求1所述基于用户公平性的noma下行链路功率分配方法，其特征在于，所述将加权比例公平因子作为度量用户公平性的指标，所述加权比例因子是在比例公平因子的基础上引入权重因子，具体为：
4.根据权利要求1所述基于用户公平性的noma下行链路功率分配方法，其特征在于，所述用户公平性最大化模型是以使子频带中加权比例公平因子最差的用户获得最好的公平性为目标，功率分配因子为优化变量，用户服务质量不等式为约束条件进行优化，用户公平性最大化模型的目标函数表达式为：
5.根据权利要求4所述基于用户公平性的noma下行链路功率分配方法，其特征在于，所述约束条件还包括发射功率约束条件和系统带宽约束条件；
6.根据权利要求1所述基于用户公平性的noma下行链路功率分配方法，其特征在于...
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