[发明专利]一种非正交多址接入系统的功率控制方法

说明书

本发明公开了一种非正交多址接入系统的功率控制方法，联合优化系统的能效和谱效，包括：S1：构建下行多用户NOMA系统模型，设置系统参数；S2：定义一个新的系统性能度量函数，构建联合优化系统EE和SE的目标问题；S3:将原始的多目标优化问题转化为仅包含单变量的单目标优化问题，提出一种基于两层优化的功率分配算法求解目标问题；S4：内层，依据KKT条件推导出最佳的用户功率分配系数的闭合形式的表达式，在此基础上，外层基于二分搜索算法寻找使联合目标函数最大化的最优系统发射功率。本发明考虑了EE和SE的联合优化问题，提出一种基于多用户下行NOMA系统的功率优化分配方法。假设完美的CSI条件，保证所有接入用户的QoS，可根据时变的通信需求实现系统在EE和SE之间的有效折中。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种非正交多址接入的功率控制方法。

背景技术

近年来，无线通信技术的不断更新换代给人类社会生活的各个方面带来了深刻的变革。同时，伴随着物联网与第五代移动通信技术的快速发展，未来无线通信技术也面临着越来越严峻的挑战。除了低时延、移动性、可靠性等指标之外，其对大容量的需求变得异常显著。为了更好地满足5G通信系统高于4G系统100～1000倍的数据通信速率、10～100倍的设备接入量以及支持更多样化QoS的发展需求，对现有技术的改进以及对原有技术的创新迫在眉睫。作为一种对传统正交多址接入(OMA)技术的改进方案，非正交多址接入(NOMA)就是此时被提出的。NOMA作为一种突出的无线电技术，主要通过功率复用使发射端在同一频率域内能够同时叠加传输多个用户的信息，因而在NOMA传输系统中，用户不再单纯地受限于频带和时间资源的二进制选择，通过对正交无线资源限制条件进行松弛，实现系统在功率域、码域以及接收机设计方面的联合优化。在相同的时间或者频率资源上，不同的用户可以通过非正交的波形加以区分，这意味着在同一时频资源中，NOMA可以支持多个用户共享接入，在当前无线频谱资源短缺的背景下，这一技术方案在改善系统频谱效率方面具有显著优势。

因而，为保证NOMA技术优势，对相关系统中功率控制问题进行的研究，不仅顺应了新兴通信技术的发展趋势，也在一定程度上缓解了无线频带资源匮乏的问题，这对于提升无线通信系统的性能以及推动社会经济的发展是十分有益的。

另一方面，据研究表明，当今信息与通信技术的基础设施消耗了全球范围能源的3％以上，其中大部分都被基站消耗。因此，在关注数据通信需求的同时，以能量利用率为主要研究内容的绿色无线无线电已经成为当今学术和工业界不可避免的趋势。目前关于NOMA系统中的功率分配设计问题，均是以能量效率(EE)或频谱效率(SE)为目标的单目标优化问题。然而在实际的通信网络中，根据不同通信场景往往需要对系统的EE和SE进行有效的权衡以更好的适应通信需求，尤其在目前通信设备消耗高，数据速率需求大导致电磁污染的背景下，联合研究EE和SE的权衡问题是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，建立了多用户NOMA下行系统的网络模型，提出了一种联合优化系统EE和SE的功率控制方案，同时考虑了基站的发射功率限制和用户的QoS约束：

要解决的技术问题有：

问题1：针对下行多用户NOMA系统模型，对基于系统EE和SE的联合优化问题进行数学建模；

问题2：根据具体的数学优化问题，利用多目标问题处理方法，将原始多目标问题转化为单目标问题，设计并分析功率控制算法。

本发明的目的是这样实现的：

一种非正交多址接入系统的功率控制方法，它包括：

S1:构建下行多用户NOMA系统模型，设置系统参数；

S2:定义一个新的系统性能度量函数，构建联合优化系统EE和SE的目标问题；

S3：将原始的多目标优化问题转化为仅包含单变量的单目标优化问题，提出一种基于两层优化的功率分配算法求解目标问题；