[发明专利]单天线NOMA系统中功率分配方法

说明书

本发明公开了一种单天线NOMA系统中的功率分配方法，适用于包括1个基站和2K个用户的单天线下行NOMA系统。基站根据信道条件以及每个用户的速率需求计算每个用户所需的最低功率以及每个簇所需的最低功率，推导每个簇的最大速率与该簇的总功率之间的关系，以每个簇所需的最低功率以及所有簇需要的总功率作为约束条件，以每个簇的功率作为变量，建立使得所有簇的最大速率之和最大化的功率分配优化问题，在不考虑每个簇所需的最低功率的约束条件下，采用拉格朗日方法求出系统总速率最大时每个簇的功率，再结合每个簇的最低功率约束分配功率。

技术领域

本发明属于通信领域，尤其涉及单天线NOMA系统中的功率分配方法。

背景技术

移动通信中的多址技术包括时分多址、频分多址、码分多址和空分多址，分别对时域、频域、码域和空间资源进行复用，不但能容纳更多的用户，还提高了系统吞吐量。2014年提出了非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)通过功率域复用，进一步提高了频谱效率，在学术界和工业界获得了广泛的关注。

NOMA系统将用户分为多个簇，每个簇至少包含两个用户。同一簇的用户占用相同的时频资源。同一个簇内信道较好的用户称为近用户，信道较差的用户称为远用户。对于下行链路而言，基站为近用户分配较低的功率，为远用户分配较高的功率，然后将发送给同一簇的两个用户的信号叠加在一起并且发送出去。近用户首先检测远用户的期望接收信号，并且消除这些信号对其接收信号造成的干扰，然后再检测自身的期望接收信号。远用户直接检测期望接收的信号。NOMA系统中，合理地功率分配能满足用户的速率需求，提高吞吐量，是NOMA中的关键技术之一。

国内外很多学者对NOMA中的功率分配方法进行了研究。这些研究中，大多假设基站为每个簇分配相等的功率。然而，每个簇中的用户的信道条件差别甚大，信道条件较好的簇需要少量的功率就能满足用户的速率需求，信道条件较差的簇需要较高的功率才能满足用户的速率需求，因此若为每个簇分配相等的功率，不但会造成部分簇内功率资源的浪费，还可能无法满足部分用户的速率需求。

发明内容

综上所述，本发明提出了单天线NOMA系统中的功率分配方法，适用于包括1个基站和2K个用户的单天线下行NOMA系统，该方法可以最大化NOMA系统的速率。

本发明的技术思路是：基站根据信道条件以及每个用户的速率需求计算每个用户所需的最低功率以及每个簇所需的最低功率，推导每个簇的最大速率与该簇的总功率之间的关系，以每个簇所需的最低功率以及所有簇需要的总功率作为约束条件，以每个簇的功率作为变量，建立使得所有簇的最大速率之和最大化的功率分配优化问题，在不考虑每个簇所需的最低功率的约束条件下，采用拉格朗日方法求出系统总速率最大时每个簇的功率，再结合每个簇的最低功率约束分配功率。

本发明的技术方案适用于包括1个基站和2K个用户的单天线下行NOMA系统，步骤如下：

A，基站根据自身到2K个用户的信道将用户分簇，每个簇包含两个用户，共分为K个簇，分别用u_k1和u_k2表示第k个簇的用户，其中k＝1,2,…,K，基站到u_k1和u_k2的信道分别为h_k1和h_k2，|h_k1|≥|h_k2|，基站为每个簇分配一个子频段，簇间子频段正交，子频段的带宽为B；