[发明专利]上行NOMA系统中最大化能量效率的功率分配方法

说明书

本发明公开了上行NOMA系统中最大化能量效率的功率分配方法，适用于包括1个基站和M个用户的上行NOMA系统，且基站和用户都配置单天线。基站根据信道条件以及每个用户的最低单位带宽速率需求计算每个用户所需的最低功率，建立满足用户的最低速率需求且最大化能量效率的功率分配优化问题，求解该优化问题，得到能量效率最大时所有用户的总功率，然后按照信道强度递减的次序为第二个用户至最后一个用户分配该用户所需的最低功率，并将其余的功率分配给信道强度最高的用户。

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其是上行NOMA系统中最大化能量效率的功率分配方法。

背景技术

随着物联网和互联网的快速发展，智能终端日渐普及，对移动通信系统的连接数密度、流量密度、用户体验速率、峰值速率、时延、移动性等要求越来越高。同时，日益短缺的频谱资源限制了大规模智能终端的连接。因此，在面对海量用户接入时，引入了非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术。功率域复用的NOMA技术是5G网络的候选技术之一，在满足5G对频谱效率的需求的同时，还可以满足低时延、高可靠性、大规模连接等需求。NOMA技术引入了一个新的维度即功率域，将多个用户的信号叠加在相同的时频资源上，接收端接收到信号后采用连续干扰消除(Successive InterferenceCancellation,SIC)技术以减少用户间的干扰，从而实现多址接入。功率分配不仅关系到各用户信号的检测次序，还影响到系统的可靠性和有效性，因此，NOMA系统中的功率分配是近年的研究热点之一。

很多文献研究了单小区上行NOMA系统中的功率分配，其中功率分配的目标有三类：最大化和速率、最大化能量效率及最大公平。最大化能量效率的功率分配以单个用户的功率作为约束条件，以最大化和速率与总功率的比值为目标，求解每个用户的功率。现有的最大化能量效率的功率分配多采用迭代算法，计算复杂度较高。

发明内容

本发明提出了上行NOMA系统中最大化能量效率的功率分配方法，适用于包括1个基站和M个用户的上行NOMA系统，且基站和用户都配置单天线。

本发明是利用基站根据信道条件以及每个用户的最低单位带宽速率需求计算每个用户所需的最低功率，建立满足用户的最低速率需求且最大化能量效率的功率分配优化问题，求解该优化问题，得到能量效率最大时所有用户的总功率，然后按照信道强度递减的次序为第二个用户至最后一个用户分配该用户所需的最低功率，并将其余的功率分配给信道强度最高的用户。

综上所述，本发明提出的上行NOMA系统中最大化能量效率的功率分配方法，适用于包括1个基站和M个用户的上行NOMA系统，且基站和用户都配置单天线，包括如下步骤：

A，用u_m表示第m个用户，u_m到基站的信道为h_m，|h₁|²≥|h₂|²≥…≥|h_M|²，p_m表示u_m的发送功率，表示u_m的最大发送功率，R^min表示单个用户的最低单位带宽速率需求，基站计算得到p_m的取值满足p_m≥c(c+1)^M-mα_m，其中，c是满足用户最低单位带宽速率需求时对信干噪比(SINR)的最低要求，σ²是用户接收到的噪声的方差，故u_m所需的最低功率为m＝1,2,...,M，M是用户的总数；

B，基站构建最大化能量效率的功率分配优化问题，

其中，m＝1,2,...,M，M是用户的总数，基站将优化问题转化为