一种基于noma系统的频率和功率分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于移动通信技术领域，涉及一种基于NOMA(Non-orthogonalMultiple Access)系统的频率和功率的分配方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，移动通信技术获得了突飞猛进的发展，极大地改变了人们的生产生活，然 而，随着时间的推移，人们也会对通信的质量提出更高的要求，下一代移动通信（5G)已经 进入正式研宄阶段，主要围绕如何提高频谱利用率和系统容量进行研宄。
[0003] 由于频率资源的稀缺，无线接入技术始终是小蜂窝通信系统的热点研宄话题，在 第三代移动通信系统中，采用的是基于扩频的码分多址接入（CDMA)技术，在第四代移动通 信系统中，如LTE-A，上行链路采用的是单载波频分复用接入（SC-FDMA)技术，而下行链路 采用的是正交频分复用接入（0FDMA)技术，基于单用户的检测技术采用正交接入的方式的 确能够获得不错的系统吞吐量，但是到2020年左右，系统容量将会是现在的1000倍以上， 所以需要更高效率的无线技术来满足未来数据的指数式增长。
[0004] 为了满足需求，多重多址接入技术的结合是一个不错的选择，从而提高频谱效率。 想要在LTE的基础上将频谱利用率提高3倍以上，才能够满足未来的需求从而设计一种创 新的接入机制来提高频谱效率和系统吞吐量是很有必要的，但这也是一个非常大的挑战。 为了提高频谱利用率，提出了基于叠加编码（SC)和连续干扰消除（SIC)相结合的非正交多 址接入（NOMA)技术，此技术是未来无线多址接入选择的很佳的候选方案。NOMA技术不仅 能够提高用户吞吐量，而且通过部分频率复用（FFR)和比例公平分配（包括带宽和发送功 率）的方法还能有效的提高边缘用户的吞吐量，从而提高用户的公平性。
[0005] 由于现在还处在5G技术研宄的初级阶段，很多协议都还没有标准化，相关技术也 不是很成熟，一些研宄机构正在进行各项候选方案的验证和优化之中，基于频率复用和最 佳功率分配的非正交多址接入（NOMA)技术的研宄还有待不断地完善，如在保证不影响系 统容量的基础上如何减小复杂度，减小发送功率，调制编码选择（MCS)等优化问题，这些都 是值得继续深入研宄的方向。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于NOMA(Non-orthogonalMultiple Access)系统的频率和功率的分配方法，该方法将频率和功率的联合分配分解成两个子算 法，先进行频率分配，然后再进行最优化功率分配，在一定程度上减小了复杂度，增加了该 算法的实用性。
[0007] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] 一种基于NOMA(Non-orthogonalMultipleAccess)系统的频率和功率分配方法， 包括以下步骤：
[0009] 步骤A:每个发送周期T的每一个时隙，确认基站要向小区内发送信息的用户集；
[0010] 步骤B:基站端获取用户集的CSI(ChannelStateInformation);
[0011] 步骤c:将各个子信道分配给CSI条件最好的那一个用户，称此用户为强用户；
[0012] 步骤D:对于每一个子信道，已经分配一个强用户与之对应，在此基础上，将强用 户与其余用户依次进行组合，计算每对组合的最大信道容量值，选取信道容量值最大的一 对组合，称该对组合中的另一个用户为弱用户；此时每个子信道上都分配了 2个用户，即分 别是强用户和弱用户，强用户组成的集合称为强用户集，弱用户组成的集合称为弱用户 集Db;
[0013] 步骤E:分别给各子信道上的强用户和弱用户进行最优化功率分配。
[0014] 进一步，在步骤A和步骤B中，在移动无线小区中，对于下行链路，随机分布&个 移动用户，小区中可用频谱被划分为N个正交子信道，带宽为W，每个正交子载波可以同时 叠加两个用户，一个发送周期时间为T，包含M个时隙；对于每个发送周期T的每一个时隙， 确认小区基站要向小区用户发送消息的用户集，假设用户集包含有K个用户，小区基站端 都过上行链路获取发送用户集的CSI。
[0015] 进一步，在步骤C中，对于每个发送用户的CSI，计算每个用户在第i个子信道在第 m个时隙下的信道增益，寻找其最佳接入用户Fiargmax^^/A^,,,)，称该用户为强用户， k 并通过香农定理计算该用户的信道容量表示为：
[0016]
【主权项】
1. 一种基于NOM系统的频率和功率分配方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤A :每个发送周期T的每一个时隙，确认基站要向小区内发送信息的用户集； 步骤B :基站端获取用户集的CSI ; 步骤C :将各个子信道分配给CSI条件最好的那一个用户，称此用户为强用户； 步骤D :对于每一个子信道，已经分配一个强用户与之对应，在此基础上，将强用户与 其余用户依次进行组合，计算每对组合的最大信道容量值，选取信道容量值最大的一对组 合，称该对组合中的另一个用户为弱用户；此时每个子信道上都分配了 2个用户，即分别 是强用户和弱用户，强用户组成的集合称为强用户集ΩΑ，弱用户组成的集合称为弱用户集 Ωβ; 步骤E :分别给各子信道上的强用户和弱用户进行最优化功率分配。
2. 根据权利要求1所述的一种基于NOM系统的频率和功率分配方法，其特征在于：在 步骤A和步骤B中，在移动无线小区中，对于下行链路，随机分布K tl个移动用户，小区中可 用频谱被划分为N个正交子信道，带宽为W，每个正交子载波可以同时叠加两个用户，一个 发送周期时间为Τ，包含M个时隙；对于每个发送周期T的每一个时隙，确认小区基站要向 小区用户发送消息的用户集，假设用户集包含有K个用户，小区基站端都过上行链路获取 发送用户集的CSI。
3. 根据权利要求1所述的一种基于NOM系统的频率和功率分配方法，其特征在于：在 步骤C中，对于每个发送用户的CSI，计算每个用户在第i个子信道在第m个时隙下的信道 增益，寻找其最佳接入用户F = ，称该用户为强用户，并通过香农定理计 算该用户的信道容量表示为：
Pmax为基站最大发送功率，N 4_"为高斯白噪声。
4. 根据权利要求1所述的一种基于NOM系统的频率和功率分配方法，其特征在于：在 步骤E中，对于每个发送周期T的每一个时隙内，每个子信道所分配的2个用户，建立基于 最佳能效值的优化模型；在获得系统基于最佳能效值的情况下，通过以下公式计算获得在 任意时隙下每个子信道中所分配给用户的最优化功率，其表达式为： Pi,k,m =
其中，[X] + = max{0, χ}，γ ~ 1，能效值q彡0，λ m, β m是拉格朗日算子，表示第m 个时隙，第i个子信道中弱用户的信道衰减系数，Ntl为高斯白噪声。
【专利摘要】本发明涉及一种基于NOMA(Non-orthogonal Multiple Access)系统的频率和功率的分配方法，包括以下步骤：确认基站要向小区内发送信息的用户集，基站端获取用户集的CSI(Channel State Information)；将各个子信道分配给CSI条件最好的那一个用户，称此用户为强用户；在此基础上，将强用户与其余用户依次进行组合，计算每对组合的最大信道容量值，选取信道容量值最大的一对组合，称该组合中的另一个用户为弱用户；此时每个子信道上都已分配2个用户，即分别为强用户和弱用户，强用户组成的集合称为强用户集ΩA，弱用户组成的集合称为弱用户集ΩB；分别给各个子信道上的强用户和弱用户进行最优化功率分配。本方法可以满足未来大规模用户传输需求，增加用户的接入概率，从而提高系统的频谱效率。
【IPC分类】H04W72-04
【公开号】CN104640220
【申请号】CN201510109174
【发明人】唐伦, 刘青海, 李昕韵, 李茹洁, 陈前斌
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年3月12日