[发明专利]一种毫米波MIMO-NOMA系统下的用户分组和功率分配方法

权利要求书

1.一种基于消息传递的毫米波MIMO-NOMA系统下用户分组和功率分配方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一，基站获取用户的下行信道信息，进行模拟预编码；

步骤二，以最大化系统的加权和速率的目标，提出了一种基于最小求和消息传递策略的用户分组算法，得到用户与射频链的匹配结果；

步骤三，根据步骤二中得到的用户分组，利用迫零数字预编码抑制组间干扰，采用功率分配方法使系统的加权和速率最大化；

步骤一中，基站获取用户的下行信道信息，进行模拟预编码的方法如下：通过获取到用户k的到达角的阵列响应向量，以及基站处的离去角的阵列响应向量以得出模拟预编码，用户k处第l个非视距路径的到达角的阵列响应向量表示为：表示基站处第l路径的离去角的阵列响应向量，其中，l为第l个非视距路径，0≤l≤L，L是非视距路径的总数；N_UE为用户的天线数；N_BS为基站的天线数；在用户k和射频链r处的模拟预编码分别表示为：

进一步得到射频链r上用户k的有效信道：

其中，为用户k的下行链路信道矩阵；

将用户k的有效信道向量表示为：

步骤二的具体方法如下：混合系统中的射频链的数量是有限的，假设每个用户只能分配一个射频链，即连接到每个射频链的用户的数量是有限的，即其中，M_r是允许访问射频链的用户的数量，x_k,r＝1为用户k匹配到射频链r，x_k,r＝0为用户k未匹配到射频链r；用户分配到相应的射频链，将其转化为一个最小代价问题，x_k,r作为变量定义函数节点W_r(x)和C_k(x)：

其中，Ω_k,r(x_k,r)＝w_k,rR_k,r(x_k,r)表示系统的加权和速率，其中，w_k,r为加权因子，K为用户总数，求解系统的加权和速率最大化的问题表示为：

根据最小和消息传递范例，考虑一般函数f(x₁,…,x_J)，由变量节点x_j传递给一般函数节点f_l的消息是：

其中，J表示变量节点的个数，L表示函数节点的个数；

由一般函数节点f_l传递给变量节点x_j的消息是：

那么从函数节点W_r(x)传递到变量节点x_k,r的消息为：

从函数节点C_k(x)传递到变量节点x_k,r的消息表示为：

由此得到用户与射频链的匹配结果x_k,r为：

τ_k,r为每个用户和射频链的节点边缘：

τ_k,r＝μ_k,r+μ_r,k (13)

其中，分别表示来自函数节点W_r(x)和C_k(x)的规范化消息。

2.根据权利要求1所述一种基于消息传递的毫米波MIMO-NOMA系统下用户分组和功率分配方法，其特征在于，根据步骤二中得到的用户分组，利用迫零数字预编码来抑制组间干扰，采用功率分配方法使系统的加权和速率最大化，具体方法如下：

在权重满足条件或的情况下，通过组间加权注水功率分配算法进行功率分配；

在权重不满足的情况下，采用了一种迭代算法，通过对权值因子和辅助变量的更新，得到最优功率分配的求解方法：

即首先应用拉格朗日对偶转换，得到辅助变量Y_k,r的最优值

其中，为用户与射频链的最终匹配结果；p_k,r为用户的分配功率，d_r表示与射频链r相关联的NOMA组的数字预编码，并且||d_r||²＝1；σ²是噪声功率；

其次在此基础上应用上二次转换，得到辅助变量z_k,r的最优值

最后引入拉格朗日乘子λ，得到功率分配因子p_k,r的最优值