[发明专利]一种基于NOMA的D2D辅助中继系统功率分配方法

说明书

本发明公开了一种基于NOMA的D2D辅助中继系统功率分配方法，其首先构建了两阶段NOMA‑D2D辅助中继的系统模型，得到系统各态历经容量表达式，建立优化目标最大化系统各态历经容量，然后分析表达式与两阶段功率分配因子的关系简化优化问题，并利用凸函数性质和朗伯W函数性质重点优化对增大系统容量起决定作用的第一阶段功率分配因子，得到优化后的功率分配因子，代入原优化问题得优化后的容量。本发明将原始优化问题简化为只与两阶段功率分配因子有关的函数，利用凸函数性质得到优化后的功率分配因子，提高了系统各态历经容量，并且能够推导出用户的中断概率，能够对系统的中断性能进行分析。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于NOMA的D2D辅助中继系统功率分配方法。

背景技术

随着近年来智能移动化设备的爆炸式增长以及人们对各种各样多媒体应用的需求不断增加，传统蜂窝网络受到了极大的挑战。NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术作为第五代移动通信的关键技术之一，它能够通过功率分配和串行干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)技术使得多个用户共享同一资源，如时间、频率等资源，从而使得系统的吞吐量和能量效率得到极大的提升。D2D(Device-to-Device,D2D)技术作为第五代移动通信的关键技术之一，它允许通信网中临近设备之间进行直接通信而不需要通过核心设备或中心设备等基础设施的帮助，从而大大降低通信系统核心网络的数据压力，提升网络的频谱效率，降低传输时延，增大系统吞吐量。毋庸置疑，D2D技术的引入使得通信网络更加高效，灵活，智能得运行。

因此，在基于NOMA的蜂窝网络中，如何根据信道状态和用户数量进行合理的资源分配，以及如何将NOMA技术与其他先进技术如D2D和辅助中继等相结合进一步提高系统容量，成为了当前通信领域的一个研究热点。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种在NOMA 蜂窝网络场景中，利用D2D和辅助中继技术来提高系统各态历经容量，并且能够推导分析用户的中断性能的D2D辅助中继系统功率分配方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于NOMA的D2D辅助中继系统功率分配方法，包括以下步骤：

1)构建系统模型，系统由两阶段NOMA-D2D辅助中继模型构成，第一阶段BS以NOMA方式发送信号给UE1和UE2，第二阶段UE2充当D2D发射端和中继以NOMA方式发送信号给UE1和UE3；

2)根据系统模型得到用户UE1、UE2和UE3的速率和

3)构建最大化系统各态历经容量的目标函数为其中a₂和b₂分别为第一二阶段的分配给强用户的功率分配因子；

4)从系统各态历经容量中提取只含两阶段功率分配因子a₂和b₂的因式，构造新的优化目标；

5)对优化目标求一阶导数，利用凸函数性质和朗伯W函数性质推导得到第一阶段最优功率分配因子

6)将步骤5中得到的代入原目标函数得到最大的系统各态历经容量。

进一步地，所述步骤2中系统的各态历经容量其中且代表在MN链路上解码L的SINR，E[X]表示随机变量X的期望。

进一步地，所述步骤4具体如下：

将改写为其中C₁(a₂)、 C₂(a₂,b₂)和C₃(b₂)都是只与功率分配因子有关的函数，C₄为定值，将目标函数改写为

进一步地，所述步骤5具体如下：