[发明专利]单天线下行NOMA系统中的功率分配方法

摘要

本发明公开了一种单天线下行NOMA系统中的功率分配方法，适用于包括1个基站和MK个用户的下行NOMA系统，且基站和用户都配置单天线。基站将用户分簇并为用户簇分配正交的子频段，基站根据信道条件计算满足串行干扰消除时每个簇所需的最低总功率以及系统所需的最低总功率，以每个簇所需的最低总功率作为约束条件，构建最大化单个簇内能量效率的功率分配优化问题，求得单个簇的能量效率，然后以系统所需的总功率作为约束条件，构建最大化系统能量效率的簇间功率分配优化问题，采用迭代的方法求解簇间功率分配，最后根据簇间功率分配的结果为簇内的单个用户分配功率。

主权项

1.单天线下行NOMA系统中的功率分配方法，适用于包括1个基站和MK个用户的单天线下行NOMA系统且用户和基站都配置单天线，其特征在于：包括如下步骤：A，基站将MK个用户分为K个簇，每个簇包含M个用户，基站为每个簇分配一个子频段，簇间子频段正交；B，用u_km表示第k个簇中的第m个用户，k＝1,2,…,K，m＝1,2,…,M，基站到u_km的信道为h_km，|h_k1|²≥|h_k2|²≥…≥|h_kM|²，用r₀表示正确检测信号时对信干噪比(Signal to Interference and Noise Ratio,SINR)的最低要求，基站计算满足串行干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)时u_km所需的最低功率，用p_km0表示，m＝1时，m＝2,3,4,…,M时，σ²是用户接收到的噪声方差，K是簇的总数，M是每个簇中包含的用户数；C，基站计算满足SIC时第k个簇所需的最低总功率p_k0以及系统所需的最低总功率P_min，p_k0的表达形式为P_min的表达形式为其中，k＝1,2,…,K，m＝1,2,…,M，K是簇的总数，M是每个簇中包含的用户数；D，基站计算第k个簇的总功率为p_k时为u_km分配的功率p_km以及此时的能量效率，k＝1,2,…,K，m＝1,2,…,M，具体过程如下，D1，构建第k个簇的总功率为p_k时最大化该簇内用户速率之和的优化问题，其中，约束条件C1表示该簇的总功率不能低于该簇所需的最低总功率，约束条件C2表示满足SIC时对单个用户的功率要求；D2，求解步骤D1中的优化问题，得到一组次优解，其中，D3，基站计算得到该簇内的所有用户的速率之和基站计算该簇的能量效率其中，E，用P_max表示基站的总功率，令P_max≥P_min，构建最大化系统能量效率的簇间功率分配优化问题，其中，约束条件C1表示系统的总功率为P_max，约束条件C2表示单个簇的总功率不能低于该簇所需的最低总功率；F，求解步骤E中的优化问题，得到簇间功率分配p_k，k＝1,2,…,K，具体过程如下，F1，引入函数Q(p_k,k＝1,2,…,K,α)，表达式如下，其中，α是一个正数；F2，构造拉格朗日函数F(p_k,k＝1,2,…,K,λ)，其中，λ是拉格朗日乘子；F3，求F(p_k,k＝1,2,…,K,λ)关于p_k和λ的导数，得到如下方程组，F4，求解步骤F3中的方程组，得到其中，λ的取值满足式(3)中，如果则否则p_k＝p_k0；F5，设置α的初始值为0，设置Q(p_k,k＝1,2,…,K,α)的初始值为∞且参数δ>0；F6，由式(3)计算得到p_k，k＝1,2,…,K；F7，将p_k和α代入式(2)计算得到Q(p_k,k＝1,2,…,K,α)；F8，更新α，令α＝η(p_k,k＝1,2,…,K)；F9，如果|Q(p_k,k＝1,2,…,K,α)|>δ，则执行步骤F6、步骤F7和步骤F8，直到|Q(p_k,k＝1,2,…,K,α)|≤δ；G，将步骤F得到的p_k带入步骤D中的式(1)得到为第k个簇的第m个用户分配的功率p_km，k＝1,2,…,K，m＝1,2,…,M，K是簇的总数，M是每个簇中包含的用户数。