[发明专利]基于公平性及频谱效率最优的功率分配方法

说明书

本发明公开了一种基于公平性及频谱效率最优的功率分配方法，将通过设置各个用户分配发射功率的约束条件、可达数据率的约束条件以及信噪比的约束条件，构建最优化问题求解最优分配发射功率作为下行NOMA‑RS系统中各个用户的分配发射功率。对于最优分配发射功率的具体求解，本发明设计了一种迭代优化方法，简化求解过程，提高求解效率。采用本发明可以有效提高下行NOMA‑RS系统中的用户可达数据率，在保证用户数据率公平性的基础上，从而使系统频谱效率达到最优。

技术领域

本发明属于NOMA通信系统技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于公平性及频谱效率最优的功率分配方法。

背景技术

非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access，NOMA)是5G的一个热门技术。NOMA跟以往的正交多址接入(Orthogonal Multiple Access-relaying system,OMA)不同，NOMA采用非正交的功率域来区分用户，所谓非正交就是说用户之间的数据可以在同一个时隙，同一个频点上传输，而仅仅依靠功率的不同来区分用户。

而作为一种能够进一步提高移动通信系统性能以及覆盖范围的有效手段，基于NOMA的中继系统(NOMA-based relaying system,NOMA-RS)吸引了越来越多研究人员的关注。

根据研究表明，在下行NOMA-RS中，用户之间的功率分配方案对用户可达数据率以及系统可达数据率都有较大的影响。例如，在基站处功率受限的情况下，远端用户(距离基站较远的用户)需要被分配更多的功率才能保证其可达数据率；但若给远端用户分配过多的功率又不能保证近端用户的可达数据率，亦会使通信系统的频谱效率降低。因此，如何更合理的为用户分配功率，是下行NOMA-RS发展的一个重要问题。

目前在下行NOMA-RS中，业内也提出了一些功率分配算法。例如，从能量效率(Energy-Efficient)最优、最大化用户最小可达数据率等方面，研究人员均提出了相应的功率分配算法，然而目前已有的研究文献中，还未有从公平性的角度对下行NOMA-RS中的功率分配算法进行研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于公平性及频谱效率最优的功率分配方法，有效提高下行NOMA-RS系统中的用户可达数据率，在保证用户数据率公平性的基础上，从而使系统频谱效率达到最优。

为实现上述发明目的，本发明基于公平性及频谱效率最优的功率分配方法通过求解以下最优化问题(P₁)，将得到的最优分配发射功率作为下行NOMA-RS系统中各个用户的分配发射功率：

其中，p＝{p_m,n}，p_m,n表示下行NOMA-RS系统中第m簇中第n个用户的分配发射功率，m＝1,2,…,M，M表示下行NOMA-RS系统中所有用户所划分得到簇的数量，n＝1,2,…,N，N表示每个簇中的用户数量，簇中用户按照中继到用户的信道增益升序排列；表示用户在NOMA-RS系统中的可达数据率；P表示下行NOMA-RS系统基站S处的总发射功率；表示用户在OMA-RS系统中的用户可达数据率；γ_m,n表示用户处检测得到的中继对用户发射符号s_m,n的信噪比，表示用户处检测得到的中继对同一簇中第k个用户发射符号s_m,k的信噪比，k＝n+1,n+2,…,N。