[发明专利]一种非圆信号辅助NOMA系统的功率分配方法

说明书

本发明公开了一种非圆信号辅助NOMA系统的功率分配方法，包括如下步骤：根据非圆信号能够改变发送信号二阶统计量的特性，将非圆信号应用于非正交多址接入系统中，使得非正交多址接入系统能够达到更大的系统吞吐量；针对该设计方案提出了非圆系数和功率分配的联合设计方案；把非圆系数和功率分成若干个等级，通过自定义奖励函数，动作空间等系统配置，将原来的优化问题转化为可以用强化学习求解的模型；通过迭代学习至收敛，获得了用户最小速率约束下的非圆系数和功率分配方案设计。该方案有助于实现比基于圆信号的非正交多址接入系统更大的系统吞吐量，能够有效地提高系统的容量。

技术领域

本发明涉及一种非圆信号辅助NOMA系统的功率分配方法，属于无线通信系统技术领域。

背景技术

新一代无线通信系统，特别是物联网，将支持数以亿计的智能设备，对频谱效率、能耗和大规模连接提出了较高的要求。传统的正交多址接入技术已经不能满足这些严格要求。当前，非正交多址接入技术受到了广泛的关注，它允许多个用户在同一个资源块使用不同的功率，比如在载波上进行叠加传输。在接收端可以使用干扰消除的方法解调出各用户的发送信号，大大提高了频谱利用率。

非圆信号是指发送信号的两路数据发送功率不相等，并且它们之间具有相关性。此时协方差已经不能完全描述信号的二阶统计特性，这是因为非圆信号的伪协方差不是零。通信系统中常用的非圆信号调制方式有脉冲幅度调制(Pulse amplitude modulation,PAM)、二进制相移键控(Binary phase shift keying,BPSK) 和连续相位调制(Continuousphase modulation,CPM)等。

研究表明在传统通信系统中，比如点对点通信等，传统信号可以达到信道容量。而在一些相对比较复杂的系统中，比如中继网络和干扰通信网络，非圆信号可以提高系统的容量。在非圆信号应用的系统中，研究重点在于如何设计非圆系数来提高系统容量。针对以上描述，本发明提出了一种非圆信号辅助的非正交多址接入系统中基于最大化吞吐量的功率分配方案。

发明内容

发明目的：针对两用户的下行非正交多址接入系统最大化吞吐量的问题，我们提出了一种非圆信号辅助NOMA系统的功率分配方法。通过将非圆系数和功率分成若干个等级，将原来的优化问题转化为可以用强化学习求解的模型。通过迭代学习，获得了用户最小速率约束下的非圆系数和功率分配设计。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非圆信号辅助NOMA系统的功率分配方法包括如下步骤：

(1)将非圆信号应用于非正交多址接入系统，写出各用户的接收信号表达式，推导出基于非圆信号的系统各用户的传输速率表达式；

(2)构建以最大化系统吞吐量为优化目标，以用户最小速率受限为约束条件的优化问题模型；

(3)使用强化学习Q learning的方法求解步骤(2)所述优化问题模型；

3.1)将非圆系数和用户功率平均分成若干个等级，即均匀分布的离散值，将离散的非圆系数和用户功率组合作为系统的动作向量；

3.2)将系统的奖励设定为当前动作执行后的系统速率，如若不满足用户的最小功率限制则奖励为负值；

3.3)最后，通过强化学习的方法迭代得出用户最小速率约束下的非圆系数和功率分配方案设计。

进一步的，步骤(1)所述各用户的接收信号表达式推导过程为：

所述非正交多址接入系统为一个两用户的下行非正交多址接入系统，其中靠近基站的近距离用户1分配较小的功率p₁，远离基站的远距离用户2分配较大的功率p₂，即p₁≤p₂；