[发明专利]一种适用于协作NOMA系统的二分图匹配用户配对方法

权利要求书

1.一种适用于协作NOMA系统的二分图匹配用户配对方法，基于协作NOMA下行传输系统实现，所述下行传输系统，包括1个基站和K个用户；基站位于通信覆盖的圆圈区域的中心位置；圆圈区域的外侧设置有圆环区域；所述圆圈区域内随机设置有K_n个近用户，所述圆环区域内随机设置有K_f个远用户；其特征在于，具体步骤如下：

(1)传输过程模拟

(A)第一阶段

假设第i个近用户和第j个远用户配对，基站将混合信号a_ix_i+a_jx_j发送给近用户，其中x_i、x_j分别为近用户、远用户的调制信号，a_i、a_j分别为近用户、远用户的功率分配系数；近用户接收的信号为：

式(Ⅰ)中，P为基站发送功率，ω_i为高斯白噪声，d_i为基站到第i个近用户的距离，β为衰落因子；h_i为基站到第i个近用户的小尺度瑞利衰落，信道参数的概率密度函数PDF为：

对(Ⅱ)积分得到|h_i|²的CDF为：

远用户和近用户的信干噪比分别为：

σ²为高斯白噪声功率密度；

(B)第二阶段

如果近用户成功解码x_i和x_j，则为配对的远用户转发信息；假设第i个近用户的发送功率为P_ij，则第j个远用户接收到的信息为：

ω_j为第二阶段的高斯白噪声，η_ij为第二阶段的信道参数，具体表达如下：

d_ij和h_ij分别为第i个近用户到第j个远用户的距离和第i个近用户到第j个远用户的小尺度瑞利衰落，β为衰落因子；x_j在第二个阶段的SNR为：

(2)计算系统中断概率

假设所有近用户和远用户被分成G组，第i个近用户和第j个远用户被分配到第g组；定义Ω_g为第g组的中断事件；当第一阶段或者第二阶段中断时，Ω_g发生；即第i个近用户和第j个远用户均成功译码信息时，第g组正常通信；因此，第g组的中断概率为：

和分别表示第一阶段和第二阶段的中断事件，和分别表示对应的补集事件；

发生在第i个近用户成功译码x_i和x_j时，因此的概率为：

Γ_j和Γ_i分别为第j个远用户和第i个近用户的目标SINR；将公式(4)和(5)带入公式(10)中，进一步写为：

其中和

经过上述计算，被转换成求|h_i|²的CDF,进一步写为：

为第j个远用户成功译码x_j的概率；当第i个近用户在第一个阶段成功译码并转发x_j后，第j个远用户译码x_j；利用公式(8)可得：

其中

将公式(14)和(15)代入(9)中，第g组的中断概率为：

系统处于中断状态即任意一个用户配对处于中断状态；因此，系统的中断概率为：

(3)基于二分图匹配进行用户配对

定义为包含第j个远用户和第i个近用户的第g组的二维用户集；将用户配对问题规划为：目标函数：

限制条件：

||·||为集合的基数，为第g′组的二维用户集，为第g组的近用户，为第g组的远用户，g′为用户配对的标号，表示第g′组用户配对；第一个限制条件限定一个近用户和一个远用户只能分配到一个配对中；第二个、第三个限制条件分别限定所有近用户和远用户都能够被配对；

将近用户和远用户的关系用二分图B(V₁，V₂，E)表示，V₁和V₂分别表示包含近用户和远用户的两个顶点集；E为连接V₁中每个顶点与V₂中每个顶点的边集，E中元素的数量为K_nK_f；

定义第g组中第i个近用户和第j个远用户的边权重为：

利用对数函数的单调递增性质，最小化系统的中断概率等价于如下的最大化问题：