一种考虑不完美SIC的下行NOMA功率分配方法与流程

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种考虑不完美SIC的下行NOMA功率分配方法。

背景技术：

随着物联网的快速发展，大规模接入场景是未来必然存在的场景之一。采取传统的CDMA,TDMA,OFDMA等进行接入，基站需要为每个用户分配资源(码、时间，频带)等等，由于未来5G通信系统要同时支持数百万不同需求的连接，即要实现异构大规模接入，在这样一个复杂的场景，采用传统的多接入机制会带来效率过低、信令开销过大以及复杂度过大等问题。因此高效的非正交接入体制成为目前的研究热点。

NOMA(非正交多址接入，Non-Orthogonal Multiple Access)通过在发射端采用叠加编码和在接收端采用SIC(串行干扰消除，Successive Interference Cancellation)，使得多个信道增益相差较大的移动终端可以共享同一个无线资源块，从而有效地提高系统频谱效率。然而，由于移动终端硬件限制，强信道用户通过串行干扰抵消SIC技术并不能完全消除来自弱信道用户的干扰，并且当接入的移动终端数目较大时，强信道用户需要进行多次SIC操作，那么该用户受到的冗余干扰将非常严重，这严重限制了NOMA系统的性能。功率分配是一种有效干扰抑制方法。在NOMA系统中，恰当的功率分配方法既要保证各个移动终端的等效信道增益彼此存在差距，从而便于区分终端进而执行SIC译码操作，又要保证移动终端的公平性，即保证每个用户的最小通信数据速率，最终在兼顾用户公平性的基础上，最大程度提高NOMA系统的性能。英国兰卡斯特大学的丁志国教授等人在《On the Performance of Non-Orthogonal Multiple Access in 5G Systems with Randomly Deployed Users》一文中，提出了一种固定式的功率分配方法，研究了两个移动终端下的系统平均速率，适用性不强，并且基于完美SIC，实际指导意义较弱。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述方案中应用范围小等问题，提出一种考虑不完美SIC的下行NOMA功率分配方法。

本发明所采用的技术方案如下：

考虑不完美SIC的下行NOMA功率分配方法，包括如下步骤：

1)基站基于信道长期统计信息，获得所有下行信道的增益信息|h_j|,j＝1,2,…,J其中J为移动终端的数量；

2)根据下行信道的增益信息，基站将移动终端进行从大到小排列|h₁|≥|h₂|≥…≥|h_J|；

3)基站首先进行随机功率分配，根据随机功率分配结果，对发射信号进行叠加编码；

4)根据基站叠加编码的结果，第j个移动终端进行SIC译码，获得不完美SIC长期统计信息ε_j,i,i＝j+1,j+2,…,J,然后将不完美SIC统计信息反馈给基站；

5)基站根据下行信道的增益信息和移动终端所反馈的不完美SIC统计信息，为第j个移动终端分配发射功率；

6)依据功率分配结果，基站对发射信号进行叠加编码。

步骤4)中移动终端获取不完美SIC长期统计信息方法为：基站首先进行若干次随机功率分配和叠加编码，移动终端j每次译码移动终端i的接收符号s_i,i＝j+1,j+2,…,J，最终统计获得来自移动终端i的残余干扰功率系数ε_j,i，残余干扰功率系数即为不完美SIC长期统计信息。

步骤5)中基站功率分配方法为：经过移动终端反馈不完美SIC长期统计信息后，基站分配给第j个移动终端的发射功率为其中p_i为基站分配给移动终端i的发射功率,ε_j,i为移动终端j译码移动终端i的发射信号获得的不完美SIC长期统计信息，|h_j|为第j个移动终端的信道增益信息，σ²为噪声功率，r_j为移动终端j所需要的最小数据速率。

步骤6)中叠加编码方法为：基站对每个移动终端的发射信号进行如下的叠加编码，其中s_j是第j个移动终端的信号,p_j是第j个移动终端的功率,x是基站叠加编码后的发射信号。

本发明具有的有益效果是：本发明提出利用下行信道增益信息和不完美SIC长期统计信息为下行NOMA系统进行功率分配，并给出了功率分配的闭式表达式，因此具有较低的设计复杂度和较强的实际指导意义。此外，这一功率分配方法适用于任意数目移动终端的情况，具有广泛的适用性。

附图说明

图1是考虑不完美SIC的下行NOMA功率分配方法的框图；

图2是在不同功率分配方法下的性能比较；

图3是不完美SIC对功率分配方法的影响；

具体实施方式

考虑不完美SIC的下行NOMA功率分配方法的框图如图1所示。基站根据所获得的下行信道增益信息，将移动终端排序。基站首先进行随机功率分配，对发射信号进行叠加编码，移动终端进行SIC译码，获得不完美SIC长期统计信息然后将统计信息反馈给基站。结合信道增益信息和不完美SIC长期统计信息，基站为每个移动终端分配发射功率，然后对每个移动终端的信号进行叠加编码。

考虑不完美SIC的下行NOMA功率分配方法，具体包括如下步骤：

1)基站基于信道长期统计信息，获得所有下行信道的增益信息|h_j|,j＝1,2,…,J其中J为移动终端的数量；

2)根据下行信道的增益信息，基站将移动终端进行从大到小排列|h₁|≥|h₂|≥…≥|h_J|；

3)基站首先进行随机功率分配，根据随机功率分配结果，对发射信号进行叠加编码；

4)根据基站叠加编码的结果，第j个移动终端进行SIC译码，获得不完美SIC长期统计信息ε_j,i,i＝j+1,j+2,…,J,然后将不完美SIC统计信息反馈给基站；

5)基站根据下行信道的增益信息和移动终端所反馈的不完美SIC统计信息，为第j个移动终端分配发射功率；

6)依据功率分配结果，基站对发射信号进行叠加编码。

上述方法中，部分步骤具体如下：

步骤4)中移动终端获取不完美SIC长期统计信息方法为：基站首先进行若干次随机功率分配和叠加编码，移动终端j每次译码移动终端i的接收符号s_i,i＝j+1,j+2,…,J，最终统计获得来自移动终端i的残余干扰功率系数ε_j,i，残余干扰功率系数即为不完美SIC长期统计信息。

步骤5)中基站功率分配方法为：经过移动终端反馈不完美SIC长期统计信息后，基站分配给第j个移动终端的发射功率为其中p_i为基站分配给移动终端i的发射功率,ε_j,i为移动终端j译码移动终端i的发射信号获得的不完美SIC长期统计信息，|h_j|为第j个移动终端的信道增益信息，σ²为噪声功率，r_j为移动终端j所需要的最小数据速率。

步骤6)中叠加编码方法为：基站对每个移动终端的发射信号进行如下的叠加编码，其中s_j是第j个移动终端的信号,p_j是第j个移动终端的功率,x是基站叠加编码后的发射信号。

通过计算机仿真表明，如图2和图3所示，本发明提出的考虑不完美SIC的下行NOMA功率分配方法，比传统的等功率分配方法和已有的固定式NOMA功率分配方法，可以取得明显的性能增益，此外，本发明表明为保证每个用户的最小数据速率，系统所需最小功率随着不完美SIC的增大而线性增加。因此，本发明所提出的功率分配方法为下行NOMA系统提供了非常实际的理论指导。