[发明专利]单天线NOMA系统中功率分配方法

摘要

本发明公开了一种单天线NOMA系统中的功率分配方法，适用于包括1个基站和2K个用户的单天线下行NOMA系统。基站根据信道条件以及每个用户的速率需求计算每个用户所需的最低功率以及每个簇所需的最低功率，推导每个簇的最大速率与该簇的总功率之间的关系，以每个簇所需的最低功率以及所有簇需要的总功率作为约束条件，以每个簇的功率作为变量，建立使得所有簇的最大速率之和最大化的功率分配优化问题，在不考虑每个簇所需的最低功率的约束条件下，采用拉格朗日方法求出系统总速率最大时每个簇的功率，再结合每个簇的最低功率约束分配功率。

主权项

1.单天线NOMA系统中的功率分配方法，适用于包括1个基站和2K个用户的单天线下行NOMA系统，其特征在于：包括如下步骤：A，基站根据自身到2K个用户的信道将用户分簇，每个簇包含两个用户，共分为K个簇，分别用uk1和uk2表示第k个簇的用户，其中k＝1,2,…,K，基站到uk1和uk2的信道分别为hk1和hk2，|hk1|≥|hk2|，基站为每个簇分配一个子频段，簇间子频段正交，子频段的带宽为B；B，分别用p_k1和p_k2表示基站为u_k1和u_k2分配的功率，p_k是基站为第k个簇分配的总功率p_k＝p_k1+p_k2，基站根据信道计算u_k1译码自身期望接收信号时的信干噪比s_k1，基站根据信道计算u_k2译码自身期望接收信号时的信干噪比s_k2，k＝1,2,…,K，K是簇的总数，N₀是用户接收到的噪声的单边带功率谱密度的高度，B是子频段的带宽；C，基站根据u_k1要求的最低速率r_k1得到u_k1所需的功率满足a_k1是u_k1的最低速率需求r_k1对应的信干噪比，基站根据u_k2要求的最低速率r_k2得到u_k2所需的功率满足a_k2是u_k2的最低速率需求r_k2对应的信干噪比，k＝1,2,…,K，K是簇的总数，N₀是用户接收到的噪声的单边带功率谱密度的高度，B是子频段的带宽；D，基站根据步骤C得到的u_k1和u_k2所需的功率满足的条件以及p_k＝p_k1+p_k2计算得到第k个簇所需的最低功率p_k0，k＝1,2,…,K，K是簇的总数，N₀是用户接收到的噪声的单边带功率谱密度的高度，B是子频段的带宽；E，基站推导第k个簇的最大速率与该簇的总功率pk的关系，k＝1,2,…,K，第k个簇的最大速率用公式表达为其中，K是簇的总数，N0是用户接收到的噪声的单边带功率谱密度的高度，B是子频段的带宽；F，基站设置总功率建立使得系统总速率最大化的功率分配优化问题，其中，约束条件C1表示基站的总功率为Pmax，约束条件C2表示为第k个簇分配的功率不能低于该簇所需的最低功率，否则无法满足第k个簇内用户的速率要求，pk′是为第k个簇分配的最优功率，k＝1,2,…,K，K是簇的总数，N0是用户接收到的噪声的单边带功率谱密度的高度，B是子频段的带宽；G，基站求解步骤F中的优化问题，得到pk′；H，基站根据p_k′为每个用户分配功率，为u_k1分配功率为u_k2分配功率进一步，所述步骤G具体包括：G1，构造拉格朗日函数F(pk,λ,k＝1,2,…,K)，其表达形式如下，其中，λ是拉格朗日乘子；G2，分别求F(pk,λ,k＝1,2,…,K)关于pk和λ的一阶偏导，并令其等于零，k＝1,2,…,K，得到方程组，其中，K是簇的总数，N0是用户接收到的噪声的单边带功率谱密度的高度，B是子频段的带宽；G3，求解步骤G2中的方程组，可得，其中，bi＝|hi1|2|hi2|2、ci＝N0B|hi2|2(1+ai2)且di＝ai2N0B|hi1|2，i＝2,3,…,K，K是簇的总数，N0是用户接收到的噪声的单边带功率谱密度的高度，B是子频段的带宽；G4，将步骤G3得到的pk与步骤D得到第k个簇所需的最低功率pk0相比较，k＝1,2,…,K，K是簇的总数，若对于所有的k都满足pk≥pk0，则步骤G3得到的功率pk即为最优功率pk′，无需执行步骤G5和步骤G6，否则执行步骤G5和步骤G6；G5，令集合U和集合V均为空集，比较G3得到的pk和步骤D得到第k个簇所需的最低功率pk0，k＝1,2,…,K，K是簇的总数，若pk其中，是为集合U中的簇分配的功率之和，约束条件C1指集合V中的簇的总功率，约束条件C2表示为集合V中的每个簇分配的功率不能低于该簇所需的最低功率，否则无法满足用户的速率要求，p_v′是为第v个簇分配的最优功率，v∈V，N₀是用户接收到的噪声的单边带功率谱密度的高度，B是子频段的带宽；G6，采用与步骤G1至步骤G3相同的方法求解步骤G5中的优化问题，得到pv，v∈V，然后比较pv与步骤D得到的该簇所需的最低功率pv0，若对于所有的v都满足pv≥pv0，则pv等于集合V中簇的最优功率，否则采用与步骤G5和步骤G6相同的方法再次建立优化问题并分配功率，直到为所有簇分配的功率都不低于该簇所需的最低功率。