[发明专利]一种非理想信道状态信息的多用户NOMA下行功率分配方法

权利要求书

1.一种非理想信道状态信息的多用户NOMA下行功率分配方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

S101：针对单小区多用户NOMA下行无线通信系统，所有用户向基站发送上行导频，基站接收用户端发来的导频进行信道估计，获取所有用户的非理想信道状态信息；

S102：根据步骤S101中基站获取到的所有用户的非理想信道状态信息，利用用户选择方案对用户进行筛选，并把筛选好的用户组成簇；

在S102步骤中，用户选择方案具体步骤如下：

步骤S2a：定义u(t）表示第t个用户，其中t∈[1，2，...，M]，获取M个用户的非理想信道状态信息分别为上标(·)^H表示矩阵的共轭转置运算；

步骤S2b：从用户集Q中随机选择K个用户，定义为u(1)，...，u(K)，U＝{u(1)，...，u(K)}表示随机选择K个用户的用户集，系统中用户的大尺度衰落因子为b₁和b₂，且b₁＞b₂，i初始化为1，用户u(i)从剩余用户集S中选择配对用户，定义剩余用户集S＝{u(K+1)，...，u(M)}，共有M-K个用户，需满足以下条件：

其中，j∈[K+1，...，M]，m₀为用户u(i)和用户u(j)的信道相关系数，为用户u(j)的估计信道，r为固定常量；j从K+1依次取值带入m(i，j)中，计算出m(i，j)与信道相关系数m₀进行比较，若m(i，j)的计算结果小于等于m₀，执行步骤S2c，若j取值代入m(i，j)计算出的结果大于m₀，且执行步骤S2d；

步骤S2c：将j继续依次往后取值带入到m(i，j)，计算出m(i，j)的结果与信道相关系数m₀比较，直到找到满足条件的j为止；

步骤S2d：用户u(i)和用户u(j)配对成功，将用户u(i)和用户u(j)组合成一组形成一个簇，j停止取值计算，执行步骤S2e；

步骤S2e：对于配对成功的用户u(i)和u(j)，估计信道矩阵分别为和则表示u(i)为同一组簇中的强用户，表示u(j)为同一组簇中的弱用户，执行步骤S2f；

步骤S2f：去掉与用户u(i)配对的用户u(j)，即用户u(j)不再参与剩余用户的配对，执行i＝i+1，执行步骤S2b，继续用户集合U中剩余用户配对，直到集合U中所有用户配对完成；

S103：利用所筛选用户的非理想信道状态信息，计算发送预编码矩阵，依据同一簇中所有用户的总容量最大化原则，在确保系统中用户公平性的约束下，计算最佳功率分配因子，然后基站按照求出的最佳功率分配结果发送信号，进行信号传输；

在S103步骤中，发送端采用正则化迫零预编码，计算正则化参数其中ρ为信噪比，且P为下行发送功率，σ²为下行链路用户的复高斯白噪声功率，N为基站天线数，L为系统用户总数，根据强用户的非理想估计信道矩阵和正则化参数β，计算其中(·)^-1表示矩阵的逆运算，定义G为N×K的发送预编码矩阵，预编码矩阵受到发送功率的限制，满足tr(GG^H)≤NP，P＞0，tr(·)表示矩阵的求迹运算，根据发送预编码矩阵的约束条件，计算其中ε表示满足基站发射功率约束的归一化参数，根据前面已经计算出的结果，计算发送预编码矩阵：

其中I_N为N×N的单位阵；

在S103步骤中，同组用户的功率分配因子随着用户的非理想信道状态信息变化而变化，因此计算出最佳功率分配因子，实现最优的动态功率分配，具体步骤如下：

步骤S3a：假设基站与第k个簇中第i个用户之间的真实信道为向量大小为1×N，且其中为1×N的复高斯随机向量，其元素满足0均值，方差1/N的独立同分布，T_k，i是N×N的确定性非负定矩阵；从而获得第k个簇中弱用户的真实信道向量根据发送预编码矩阵G，计算第k个簇中用户的有效功率其中E_x{f(x)}表示关于变量x对f(x)求期望，|·|²表示向量模的平方运算；

步骤S3b：利用第k个簇中弱用户的真实信道向量和发送预编码矩阵G，计算其中U_B为系统中其他簇对第k个簇的干扰，所有簇的强用户估计信道矩阵去掉第k个簇中强用户估计信道向量得到矩阵大小为(K-1)×N；

步骤S3c：根据第k个簇中用户的有效功率U_A和簇间干扰U_B，计算第k个簇中强用户的最优功率分配因子：

其中，ε表示满足基站发射功率约束的归一化参数，ρ为信噪比，且P为发射总功率，第k个簇中弱用户的最优功率分配因子为