[发明专利]5G网络的非正交多址接入跨层功率分配优化方法

说明书

本发明提供了一种适用于5G网络的非正交多址接入(NOMA)跨层功率分配优化方法。根据NOMA工作原理确定对服务质量(QoS)的期望速率和中断率有要求的功率分配计算模型。将应用服务器分为严格QoS限制和非严格显示2类，有严格QoS限制的服务器向5G的控制平面反馈QoS指标，控制平面转换成优化信令发送到接入平面，进行功率分配优化。应用服务器向5G控制平面提交请求，实现跨层功率分配优化。基站利用拉格朗日优化方法，在获得各个终端的QoS指标后，进行功率分配的优化，最终确定各个终端NOMA功率复用需要的分配系数。不同终端不同时刻应用层的要求反馈到物理层进行功率分配的优化，使得NOMA中的功率分配更加具有针对性，从而达到更好的效果。

技术领域

本发明涉及一种适用于5G网络的非正交多址接入(NOMA)跨层功率分配优化方法，属于移动通信技术领域。

背景技术

随着通信业务类型不断丰富，第五代移动通信(5G)技术的业务提供能力要求也同第四代移动通信(4G)有较大的提升，5G将提供更加丰富的通信能力，以及针对多种场景的差异化通信指标。国际电信联盟(ITU)定义了5G的主要应用场景，包括：移动宽带、大规模机器通信和高可靠低时延通信。不同应用场景对技术指标要求不同，因此 5G的核心指标不再像4G演进时重点强调峰值速率，而是综合考虑峰值速率、用户体验速率、频谱效率、移动性、时延、连接数密度、网络能量效率和流量密度等指标，因为5G的丰富的应用场景，要求不同应用侧重不同的指标，例如用户上网更多强调用户体验速率，而车联网和自动驾驶更多强调时延。

移动通信由于所有用户共享频率资源，因此多址接入技术成为核心技术之一。4G中采用了正交频分多址(OFDMA)技术，从多用户信息论的角度看，正交多址方式只能达到多用户容量界的内界，为满足5G 对速率等各项指标的要求，需要研究更加先进的多址接入技术以获得更高的频谱效率。在现有5G的多址接入技术研究中，非正交多址 (Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)被认为是非常有前途的一种方案。NOMA可以在功率域由多个用户共享，在接收端系统采用干扰消除(Successive Interference Cancellation，SIC)技术区分不同用户，具有更高的频谱利用率。

从NOMA工作原理看，功率分配优化算法是NOMA中核心研究之一，发送端功率分配直接影响接收端译码的性能和用户的信道容量。在现有的NOMA功率分配优化研究中，没有考虑终端的类型和业务需求，5G的大量应用，例如车联网和自动驾驶等应用对时延有严格的要求，而中断会造成不可控时延，因此本发明重点研究中断概率指标要求下的功率分配优化方法。

5G架构会采用网络功能虚拟化(NFV)和软件定义网络(SDN)。 NFV使网元功能与物理实体分离，采用通用硬件代替专用硬件，不仅有利于降低基础平台的成本，也提高了资源的配置能力。另外一方面， SDN使得转发分离和控制功能重构，简化了核心网的架构，提供灵活高效的控制转发功能和开放的网络能力，从而为跨层优化提供了基础。

虽然满足一定中断概率指标的功率分配优化进行了研究并提出了相应的优化算法，但是由于5G每种应用对不同指标侧要求差异较大，单纯依靠物理层进行功率分配的优化，往往不能适应高层的需求，达不到预期的目的。

本发明将不同终端不同时刻应用层的要求反馈到物理层进行功率分配的优化，使得NOMA中的功率分配更加具有针对性，从而达到更好的效果。

发明内容