[发明专利]一种SCMA系统的子载波和功率分配方法有效

专利信息
申请号: 202011446599.3 申请日: 2020-12-11
公开(公告)号: CN112702790B 公开(公告)日: 2023-01-24
发明(设计)人: 陈月云;刘媛;杜利平 申请(专利权)人: 北京科技大学;北京科技大学顺德研究生院
主分类号: H04W72/04 分类号: H04W72/04
代理公司: 北京市广友专利事务所有限责任公司 11237 代理人: 张仲波;邓琳
地址: 100083*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 scma 系统 载波 功率 分配 方法
【权利要求书】:

1.一种SCMA系统的子载波和功率分配方法,其特征在于,包括以下步骤:

以最大化系统用户总平均意见分数MOS和最小化系统功耗为预设的两个目标,利用权值将所述两个目标同时优化,并以每个用户差异化体验质量需求、基站总发射功率及SCMA稀疏特性为约束,建立子载波和功率分配优化模型;

具体地,MOSk为用户k的MOS函数,在网页浏览业务下表示为:

MOSk=-K1 ln(d(Rk))+K2

其中K1和K2是常数,通过对网页浏览应用的实验结果进行分析确定;函数d(Rk)表示用户发送网页请求到接收到整个网页内容之间的时间延迟,表示为:

其中Rk表示数据速率,RTT表示往返时间,FS表示网页大小,并且MSS表示最大片段大小,参数L表示具有空闲周期的慢启动周期数,即用户和服务器在网页下载期间的包交换周期,L=min[L1,L2],其中参数L1表示阻塞窗口到达带宽延迟乘积所需的循环数,L2表示在网页大小被完全传输之前的慢启动周期数,

往返时间RTT对MOS功能的影响很小,假设RTT≈0,则用户k的MOS函数MOSk简化为:

其中,FSk是用户网页大小;

同一子载波上信道增益大的用户会对信道增益小的用户造成干扰,则用户k在子载波j上的信干噪比SINRk,j表示为:

其中,pk,j为在子载波j上用户k分得的功率,hk,j是用户k和子载波j之间的信道系数,Kj表示根据子载波分配结果可知的子载波j上承载的用户中信道增益比用户k大的用户集合,噪声方差为σ2

实际的用户k在子载波j上的可实现速率为:

Rk,j=Blog2(1+SINRk,j)

其中B为子载波带宽,之后每个用户的数据速率表示为:

其中J表示总子载波数,fk,j为因子矩阵F中的参数,表示子载波分配的情况,为0或1变量;

系统总功耗Ptotal表示为:

其中,ε表示功率放大因子,K表示总用户数,J表示总子载波数,pk,j为在子载波j上用户k分得的功率,fk,j表示子载波分配情况,是因子矩阵中的参数,定义为0或1变量;

利用权值将所述两个目标同时优化,并以每个用户差异化体验质量需求、基站总发射功率及SCMA稀疏特性为约束,表示为:

(P)

其中,K表示总用户数,J表示总子载波数,MOSk为用户k的平均意见分数函数,是用户体验质量的量化指标,MOSk,min表示用户k所要求的最小平均意见分数,Ptotal为系统总功耗,λ1和λ2分别表示用户总平均意见分数和系统功耗的权重系数;pk,j为在子载波j上用户k分得的功率,如果用户k不占用子载波j,则pk,j为0,fk,j为用户k与子载波j的对应情况,即子载波分配情况,是因子矩阵中的参数,定义为0或1变量,Pmax表示基站处给定的总功率,N为用户k占用的最大子载波数,df为子载波j可承载的最大用户数;

将优化问题转化为子载波分配和功率分配两个子问题,利用网格自适应直接搜索算法得到优化的子载波分配方案,根据得到的子载波与用户的对应关系,采用连续凸逼近算法,得到每个用户在子载波上的功率;

其中,在子载波分配子问题中,目标和约束中的变量只包含fk,j,整个问题为整数非线性规划问题,通过网格自适应直接搜索算法求解,得到优化的因子矩阵,作为功率分配的前提条件;

根据得到的子载波与用户的对应关系进行功率分配具体包括:

因子矩阵转变为稀疏的常数矩阵,只包含0和1,功率分配问题P简化为:

(P1)

其中,P1表示功率分配子问题,基于得到的所述子载波与用户的对应关系,利用连续凸逼近算法,得到每个用户在子载波上的功率。

2.根据权利要求1所述的SCMA系统的子载波和功率分配方法,其特征在于,所述用户k的平均意见分数函数用于对用户业务体验质量进行量化,对于不同的无线网络业务,采用不同的平均意见分数模型衡量其体验质量。

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