非正交多址空地协同通信系统中资源分配方法及装置与流程
本发明涉及无线通信技术领域，尤其是涉及一种非正交多址空地协同通信系统中资源分配方法及装置。
背景技术：
迅速增长的通信数据给下一代无线通信网络带来了越来越多的挑战，截止2020年，无线通信数据的增长预计将达到1000倍。最近，多址通信技术中非正交多址通信技术(noma)开始受到更多关注。相对于传统正交多址通信，非正交多址通信能够实现更高的频谱效率，更好的系统性能。
通信网络中，地面网络能够提供低成本高带宽服务，卫星网络可以为无法被地面基站服务的用户提供更全面的覆盖。在下一代无线通信中，卫星通信被考虑用于保障无线通信服务的全覆盖，并且已经被纳入5g第二阶段的计划。因此空地协同通信将成为未来通信中的重要议题。由于非正交多址技术能够实现更好的系统性能，因而基于非正交多址的空地协同通信系统在未来无线通信中具有较大前景。
在基于非正交多址的空地协同通信系统中，卫星网络和地面网络共同覆盖用户，考虑频谱共享的情况下，卫星网络和地面网络之间，以及卫星网络与地面网络各自内部用户之间，都将存在同频干扰。如何进行合理的功率分配，以减少干扰影响，优化系统性能，将成为基于非正交多址的空地协同通信系统中亟需解决的技术问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非正交多址空地协同通信系统中资源分配方法及装置，以缓解基于非正交多址的空地协同通信系统中存在的同频干扰技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种非正交多址空地协同通信系统中资源分配方法，包括：
获取通信网络中多个用户的信道信息，其中，所述通信网络的通信设备包括至少一个卫星和至少一个基站，所述信道信息包括卫星信道的信道信息和基站信道的信道信息；
基于所述信道信息，构建目标函数，以及构建所述目标函数的约束条件；
基于所述约束条件对所述目标函数进行最优求解，以根据最优求解结果确定以下功率分配方式：所述卫星的最优功率分配方式，所述基站的每个noma分组内的最优功率分配方式，所述基站的多个noma分组间的最优功率分配方式。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，基于所述信道信息，构建目标函数，包括：基于所述信道信息，分别构建第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数，其中，所述第一目标函数用于确定所述卫星的最优功率分配方式，所述第二目标函数用于确定每个所述noma分组内的最优功率分配方式，所述第三目标函数用于确定所述多个noma分组间的最优功率分配方式；
构建所述目标函数的约束条件，包括：分别构建第一组约束条件、第二组约束条件、第三组约束条件。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，基于所述约束条件对所述目标函数进行最优求解，包括：
以所述多个noma分组间的初始功率分配方式作为所述多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式，反复执行下述步骤，直至满足迭代停止条件，
基于所述多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式，使用所述第一组约束条件和所述第一目标函数计算所述卫星在当前时刻的功率分配方式；
基于所述多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式和所述卫星在当前时刻的功率分配方式，使用所述第二组约束条件和所述第二目标函数计算每个所述noma分组内在当前时刻的功率分配方式；
基于所述noma分组内在当前时刻的功率分配方式和所述卫星在当前时刻的功率分配方式，使用所述第三组约束条件和所述第三目标函数计算所述多个noma分组间在下一时刻的功率分配方式，并将所述多个noma分组间在下一时刻的功率分配方式作为所述多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式，返回执行基于所述多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式，使用所述第一组约束条件和所述第一目标函数计算所述卫星在当前时刻的功率分配方式的步骤，所述下一时刻为所述当前时刻的下一时刻，
其中，所述迭代停止条件包括：所述卫星在下一时刻的功率分配方式与所述卫星在当前时刻的功率分配方式的误差小于第一预设误差，每个所述noma分组内在下一时刻功率分配方式与每个所述noma分组内当前时刻功率分配方式的误差小于第二预设误差，以及所述多个noma分组间在下一时刻功率分配方式与所述多个noma分组间当前时刻功率分配方式的误差小于第三预设误差。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，基于所述信道信息，构建第一目标函数，包括：
通过以下公式构建所述第一目标函数
其中，l为所述基站的数量，n为基站i的天线数量，ki表示所述基站i覆盖范围的用户数量，gs,i,j表示卫星s到所述基站i覆盖范围内的卫星用户j的信道信息，
其中，hs,i,j表示所述基站i到所述卫星用户j的信道信息，ωn,i,j表示基站i覆盖范围内noma分组j中的第一用户的波束向量，pb,i,j表示所述基站i分配给所述noma分组j的功率，其中，所述noma分组j中包括第一用户和第二用户，所述第一用户到基站i的信道信息的模值大于所述第二用户到基站i的信道信息的模值。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，基于所述信道信息，构建第一组约束条件，包括：
基于所述信道信息，构建第一子约束条件和第二子约束条件，其中，所述第一子约束条件为
其中，gbn,l,n表示所述卫星到基站l服务的noma分组n中的第一用户的信道信息，gbf,l,n表示所述卫星到基站l服务的noma分组n中的第二用户的信道信息，pth表示所述卫星对所述通信网络中的基站服务用户的预设干扰阈值，l∈{1,2,...,l},n∈{1,2,...,n}；
将所述第一子约束条件、所述第二子约束条件和第三子约束条件
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，基于所述信道信息，构建第二目标函数，包括：通过以下公式构建所述第二目标函数
其中，αb,i,j表示基站i分配给所述noma分组j中的第一用户的功率比例，hbf,i,j表示基站i到所述noma分组j中的第二用户的信道信息，ωf,i,j表示基站i覆盖范围内基站分组j中的远距离用户的波束向量，hbn,i,j表示所述基站i到其服务的所述noma分组j中的所述第一用户的信道信息，σbf,i,j是所述noma分组j中所述第二用户受到的分组之间的干扰，σsf,i,j是所述noma分组j中所述第二用户受到的卫星干扰，σsn,i,j是所述noma分组j中所述第一用户受到的卫星干扰。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，基于所述信道信息，构建第二组约束条件，包括：通过以下公式构建所述第二组约束条件：
αb,i,j＝min{1,max{αb,i,j,1,αb,i,j,2}}。
结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，基于所述信道信息，构建第三目标函数，包括：
通过以下公式构建所述第三目标函数：
其中，hbn,i,j表示基站i到所述noma分组j中的所述第一用户的信道信息，σsf,i,j表示所述noma分组j中的所述第二用户受到的卫星干扰，ωn,i,j'表示基站i覆盖范围内noma分组j'中的第一用户的波束向量，pb,i,j'表示所述基站i分配给noma分组j'的功率。
结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，基于所述信道信息，构建所述第三组约束条件，包括：
通过公式
其中，pb,i,max表示所述基站i的最大发射功率。
第二方面，本发明实施例还提供一种非正交多址空地协同通信系统中资源分配装置，包括：获取模块，用于获取通信网络中多个用户的信道信息，其中，所述通信网络的通信设备包括至少一个卫星和至少一个基站，所述信道信息包括卫星信道的信道信息和基站信道的信道信息；
构建模块，用于基于所述信道信息，构建目标函数，以及构建所述目标函数的约束条件；
求解模块，用于基于所述约束条件对所述目标函数进行最优求解，以根据最优求解结果确定以下功率分配方式：所述卫星的最优功率分配方式，所述基站的每个noma分组内的最优功率分配方式，所述基站的多个noma分组间的最优功率分配方式。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，构建模块包括：
目标函数构建单元，用于基于所述信道信息，构建目标函数，包括：基于所述信道信息，分别构建第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数，其中，所述第一目标函数用于确定所述卫星的最优功率分配方式，所述第二目标函数用于确定每个所述noma分组内的最优功率分配方式，所述第三目标函数用于确定所述多个noma分组间的最优功率分配方式；
约束条件构建单元，用于构建所述目标函数的约束条件，包括：分别构建第一组约束条件、第二组约束条件、第三组约束条件。
结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，求解模块包括：
赋初值模块，用于以多个noma分组间的初始功率分配方式作为多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式；
卫星功率分配模块，用于基于多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式，使用第一组约束条件和第一目标函数计算卫星在当前时刻的功率分配方式；
每个noma分组内功率分配模块，用于基于多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式和卫星在当前时刻的功率分配方式，使用第二组约束条件和第二目标函数计算每个noma分组内在当前时刻的功率分配方式；
多个noma分组间功率分配模块，用于基于noma分组内在当前时刻的功率分配方式和卫星在当前时刻的功率分配方式，使用第三组约束条件和第三目标函数计算多个noma分组间在下一时刻的功率分配方式，并将多个noma分组间在下一时刻的功率分配方式作为多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式；
精度分析模块，用于分析迭代停止条件是否满足，并在不满足的情况下发命令给卫星功率分配模块302，以便继续计算；而在满足的情况下，则结束计算。
其中，下一时刻为当前时刻的下一时刻，迭代停止条件包括：卫星在下一时刻的功率分配方式与卫星在当前时刻的功率分配方式的误差小于第一预设误差，每个noma分组内在下一时刻功率分配方式与每个noma分组内当前时刻功率分配方式的误差小于第二预设误差，以及多个noma分组间在下一时刻功率分配方式与多个noma分组间当前时刻功率分配方式的误差小于第三预设误差。
结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，目标函数构建单元包括第一目标函数构建子单元，所述第一目标函数构建子单元用于通过以下公式构建所述第一目标函数
其中，l为所述基站的数量，n为基站i的天线数量，ki表示所述基站i覆盖范围的用户数量，gs,i,j表示卫星s到所述基站i覆盖范围内的卫星用户j的信道信息，
其中，hs,i,j表示所述基站i到所述卫星用户j的信道信息，ωn,i,j表示基站i覆盖范围内noma分组j中的第一用户的波束向量，pb,i,j表示所述基站i分配给所述noma分组j的功率，其中，所述noma分组j中包括第一用户和第二用户，所述第一用户到基站i的信道信息的模值大于所述第二用户到基站i的信道信息的模值。
结合第二方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，约束条件构建单元包括第一组约束条件构建子单元，所述第一约束条件构建子单元用于：
基于所述信道信息，构建第一子约束条件和第二子约束条件，其中，所述第一子约束条件为
其中，gbn,l,n表示所述卫星到基站l服务的noma分组n中的第一用户的信道信息，gbf,l,n表示所述卫星到基站l服务的noma分组n中的第二用户的信道信息，pth表示所述卫星对所述通信网络中的基站服务用户的预设干扰阈值，l∈{1,2,...,l},n∈{1,2,...,n}；
将所述第一子约束条件、所述第二子约束条件和第三子约束条件
结合第二方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第五种可能的实施方式，其中，目标函数构建单元包括第二目标函数构建子单元，所述第二目标函数构建子单元用于通过以下公式构建所述第二目标函数
其中，αb,i,j表示基站i分配给所述noma分组j中的第一用户的功率比例，hbf,i,j表示基站i到所述noma分组j中的第二用户的信道信息，ωf,i,j表示基站i覆盖范围内基站分组j中的远距离用户的波束向量，hbn,i,j表示所述基站i到其服务的所述noma分组j中的所述第一用户的信道信息，σbf,i,j是所述noma分组j中所述第二用户受到的分组之间的干扰，σsf,i,j是所述noma分组j中所述第二用户受到的卫星干扰，σsn,i,j是所述noma分组j中所述第一用户受到的卫星干扰。
结合第二方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第六种可能的实施方式，其中，约束条件构建单元包括第二组约束条件构建子单元，所述第二组约束条件构建子单元通过以下公式构建所述第二组约束条件：
αb,i,j＝min{1,max{αb,i,j,1,αb,i,j,2}}。
结合第二方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第七种可能的实施方式，其中，所述目标函数构建单元包括第三目标函数构建子单元，所述第三目标函数构建子单元用于通过以下公式构建所述第三目标函数：
其中，hbn,i,j表示基站i到所述noma分组j中的所述第一用户的信道信息，σsf,i,j表示所述noma分组j中的所述第二用户受到的卫星干扰，ωn,i,j'表示基站i覆盖范围内noma分组j'中的第一用户的波束向量，pb,i,j'表示所述基站i分配给noma分组j'的功率。
结合第二方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第八种可能的实施方式，其中，约束条件构建单元包括第三组约束条件构建子单元，所述第三组约束条件构建子单元用于通过公式
其中，pb,i,max表示所述基站i的最大发射功率。
本发明实施例带来了以下有益效果：通过获取通信网络中多个用户的信道信息，即获取了通信信道的信号衰减度，通过基于所述信道信息构建目标函数，以及构建所述目标函数的约束条件，并且基于约束条件对目标函数进行最优求解，以根据最优求解结果确定以下功率分配方式：卫星的最优功率分配方式，基站的每个noma分组内的最优功率分配方式，基站的多个noma分组间的最优功率分配方式，从而进行合理的功率分配，缓解了基于非正交多址的空地协同通信系统中存在的同频干扰技术问题。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种非正交多址空地协同通信系统中资源分配方法的流程图；
图2为本发明实施例一提供的一种基于约束条件对目标函数进行最优求解的流程图；
图3为本发明实施例二提供的一种非正交多址空地协同通信系统中资源分配装置的结构示意图；
图4为本发明实施例二提供的一种求解模块的结构示意图。
图标：100-获取模块；200-构建模块；300-求解模块；301-赋初值模块；302-卫星功率分配模块；303-每个noma分组内功率分配模块；304-多个noma分组间功率分配模块；305-精度分析模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前在基于非正交多址的空地协同通信系统中，考虑频谱共享的情况下，卫星网络和地面网络之间，以及卫星网络与地面网络各自内部用户之间，都将存在同频干扰。基于此，本发明实施例提供的一种非正交多址空地协同通信系统中资源分配方法及装置，可以缓解基于非正交多址的空地协同通信系统中存在的同频干扰技术问题。
实施例一
本发明实施例提供了一种非正交多址空地协同通信系统中资源分配方法，如图1所示，包括：
步骤s102，获取通信网络中多个用户的信道信息，其中，通信网络的通信设备包括至少一个卫星和至少一个基站，信道信息包括卫星信道的信道信息和基站信道的信道信息。
具体地，可以利用导频技术来获取卫星信道信息。此外，假设卫星发射天线数m，卫星到一个基站i所覆盖范围内的用户j的信道信息记为gi,j，则gi,j为一个m×1的列向量，gi,j中的m个元素分别表示卫星的m个天线到基站i所覆盖范围内的用户j的信道的信号衰减度。
同样，可以利用导频计数来获取基站到基站覆盖范围内所有用户的信道信息。假设一个基站i发射天线数n，基站i到所覆盖范围内的用户j的信道信息记为hi,j，则hi,j为一个n×1的列向量，hi,j中的n个元素分别表示基站i的n个天线到基站i所覆盖范围内的用户j的信道的信号衰减度。其中，基站i所覆盖范围，指基站i的通信服务所覆盖的区域。
步骤s104，基于信道信息，构建目标函数，以及构建目标函数的约束条件。
步骤s106，基于约束条件对目标函数进行最优求解，以根据最优求解结果确定以下功率分配方式：卫星的最优功率分配方式，基站的每个noma分组内的最优功率分配方式，基站的多个noma分组间的最优功率分配方式。
具体地，信道信息表示了信号的衰减度，信道信息和信道功率影响着通信系统的容量，因而基于信道信息，构建包含信道功率的关于通信系统容量的目标函数和目标函数的约束条件，通过基于约束条件对目标函数进行最优求解，则可以确定合理的功率分配方式。
本发明实施例中，通过获取通信网络中多个用户的信道信息，即获取了通信信道的信号衰减度，通过基于信道信息构建目标函数，以及构建目标函数的约束条件，并且基于约束条件对目标函数进行最优求解，以根据最优求解结果确定以下功率分配方式：卫星的最优功率分配方式，基站的每个noma分组内的最优功率分配方式，基站的多个noma分组间的最优功率分配方式，从而进行合理的功率分配，缓解了基于非正交多址的空地协同通信系统中存在的同频干扰技术问题。
本发明实施例的一个可选实施方式中，基于信道信息，构建目标函数，包括：基于信道信息，分别构建第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数，其中，第一目标函数用于确定卫星的最优功率分配方式，第二目标函数用于确定每个noma分组内的最优功率分配方式，第三目标函数用于确定多个noma分组间的最优功率分配方式；
构建目标函数的约束条件，包括：分别构建第一组约束条件、第二组约束条件、第三组约束条件。
非正交多址的空地协同通信系统中，地面网络与卫星网络联合覆盖地面用户，地面网络和卫星网络的发射端均装载多天线，并利用波束成形技术同时服务多个用户，同时地面网络利用非正交多址技术，在每个波束内服务2个用户，卫星网络和地面网络之间，以及卫星网络与地面网络内部，都存在同频干扰。本发明实施例中，分别构建目标函数，对卫星的多天线到多用户的卫星的最优功率分配方式，地面基站的每个波束的noma分组内的最优功率分配方式，以及，地面基站的多个波束对应的多个noma分组间的最优功率分配方式进行分别最优求解。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，如图2所示，基于约束条件对目标函数进行最优求解，包括：
步骤s201，以多个noma分组间的初始功率分配方式作为多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式；
然后反复执行下述步骤直至满足迭代停止条件：
步骤s202，基于多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式，使用第一组约束条件和第一目标函数计算卫星在当前时刻的功率分配方式；
步骤s203，基于多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式和卫星在当前时刻的功率分配方式，使用第二组约束条件和第二目标函数计算每个noma分组内在当前时刻的功率分配方式；
步骤s204，基于noma分组内在当前时刻的功率分配方式和卫星在当前时刻的功率分配方式，使用第三组约束条件和第三目标函数计算多个noma分组间在下一时刻的功率分配方式，并将多个noma分组间在下一时刻的功率分配方式作为多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式，返回执行步骤s202，其中，下一时刻为当前时刻的下一时刻。
可以在步骤s204后，执行步骤s205，判断满足迭代停止条件，若不满足反复执行步骤s202到步骤s204；若满足则结束。其中，迭代停止条件包括：卫星在下一时刻的功率分配方式与卫星在当前时刻的功率分配方式的误差小于第一预设误差，每个noma分组内在下一时刻功率分配方式与每个noma分组内当前时刻功率分配方式的误差小于第二预设误差，以及多个noma分组间在下一时刻功率分配方式与多个noma分组间当前时刻功率分配方式的误差小于第三预设误差。
需要说明的是，在结束后，所得到的卫星在当前时刻的功率分配方式即为步骤s106中所述的确定出的卫星的最优功率分配方式，多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式即为步骤s106中所述的确定出的多个noma分组间的最优功率分配方式，每个noma分组内当前时刻功率分配方式即为步骤s106中所述的确定出的每个noma分组内的最优功率分配方式。
出于最大化卫星网络容量的目的，本发明实施例的另一个可选实施方式中，基于信道信息，构建第一目标函数，包括：
通过以下公式构建第一目标函数
其中，l为基站的数量，n为基站i的天线数量，ki表示基站i覆盖范围的用户数量，gs,i,j表示卫星s到基站i覆盖范围内的卫星用户j的信道信息，
其中，hs,i,j表示基站i到卫星用户j的信道信息，ωn,i,j表示基站i覆盖范围内noma分组j中的第一用户的波束向量，pb,i,j表示基站i分配给noma分组j的功率，其中，noma分组j中包括第一用户和第二用户，第一用户到基站i的信道信息的模值大于第二用户到基站i的信道信息的模值。
具体地，
此外，第一用户到基站i的信道信息的模值大于第二用户到基站i的信道信息的模值，第一用户和第二用户相比较而言，第一用户为近距离用户，第二用户为远距离用户。
在基于非正交多址的空地协同通信系统，利用信道信息生成波束实现所有卫星用户之间的多址，其中，
在卫星用户信道矩阵非奇异时，可以利用迫零波束形成(zfbf)生成波束，波束向量计算为：
其中，
在卫星用户信道矩阵奇异时，基于最大比传输(mrt)生成波束，波束向量计算为
需要说明的是，在利用迫零波束形成生成波束时，
本发明实施例的另一个可选实施方式中，基于信道信息，构建第一组约束条件，包括：
基于信道信息，构建第一子约束条件和第二子约束条件，其中，第一子约束条件为
其中，gbn,l,n表示卫星到基站l服务的noma分组n中的第一用户的信道信息，gbf,l,n表示卫星到基站l服务的noma分组n中的第二用户的信道信息，pth表示卫星对通信网络中的基站服务用户的预设干扰阈值，l∈{1,2,...,l},n∈{1,2,...,n}；
将第一子约束条件、第二子约束条件和第三子约束条件
具体地，第一约束条件是鉴于限制卫星对所有基站的所有noma分组内第一距离用户的干扰来设置的，第二约束条件是鉴于限制卫星对所有基站的所有noma分组内第二距离用户的干扰来设置的。
此外，第三约束条件是表示卫星的总发射功率不大于卫星的最大发射功率，第四约束条件是表示卫星s分配给卫星用户j的功率都是非负数。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，基于信道信息，构建第二目标函数，包括：通过以下公式构建第二目标函数
其中，αb,i,j表示基站i分配给noma分组j中的第一用户的功率比例，hbf,i,j表示基站i到noma分组j中的第二用户的信道信息，ωf,i,j表示基站i覆盖范围内基站分组j中的远距离用户的波束向量，hbn,i,j表示基站i到其服务的noma分组j中的第一用户的信道信息，σbf,i,j是noma分组j中第二用户受到的分组之间的干扰，σsf,i,j是noma分组j中第二用户受到的卫星干扰，σsn,i,j是noma分组j中第一用户受到的卫星干扰。
具体地，在保证第二用户的非正交多址通信技术中的的容量不低于时分多址技术中的容量，即cbf,i,j≥cconv,bf,i,j，其中，非正交多址通信技术中的第二用户的容量cbf,i,j＝log2(1+γbf,i,j)，时分多址技术的容量
同理，在保证第一用户的非正交多址通信技术中的的容量不低于时分多址技术中的容量，则可得到以下第二目标函数：
具体地，在基于非正交多址的空地协同通信系统中，每个基站生成波束，在每个基站的所有noma分组之间实现多址，可以利用迫零波束形成生成波束，其中，
基于第一用户的信道是hbn,i,j，第一用户的波束向量计算为：
基于第二用户的信道是hbf,i,j，第二用户的波束向量计算为：
本发明实施例的另一个可选实施方式中，基于信道信息，构建第二组约束条件，包括：通过以下公式构建第二组约束条件：
αb,i,j＝min{1,max{αb,i,j,1,αb,i,j,2}}。
需要说明的是，本发明实施例中的上述第二组约束条件是在为了保护第一用户的信噪比而限制优先满足第一用户的容量，同时考虑αb,i,j∈[0,1]而构建的。
处于最大化某一基站容量的目的，本发明实施例的另一个可选实施方式中，基于信道信息，构建第三目标函数，包括：
通过以下公式构建第三目标函数：
其中，hbn,i,j表示基站i到noma分组j中的第一用户的信道信息，σsf,i,j表示noma分组j中的第二用户受到的卫星干扰，ωn,i,j'表示基站i覆盖范围内noma分组j'中的第一用户的波束向量，pb,i,j'表示基站i分配给noma分组j'的功率。
具体地，cb,i表示基站i的容量，
本发明实施例的另一个可选实施方式中，基于信道信息，构建第三组约束条件，包括：
通过公式
其中，pb,i,max表示基站i的最大发射功率。
具体地，第三组约束条件是通过限制基站i的总发射功率不大于基站i的最大发射功率而构建的。
实施例二
本发明实施例还提供一种非正交多址空地协同通信系统中资源分配装置，如图3所示，包括：
获取模块100，用于获取通信网络中多个用户的信道信息，其中，通信网络的通信设备包括至少一个卫星和至少一个基站，信道信息包括卫星信道的信道信息和基站信道的信道信息；
构建模块200，用于基于信道信息，构建目标函数，以及构建目标函数的约束条件；
求解模块300，用于基于约束条件对目标函数进行最优求解，以根据最优求解结果确定以下功率分配方式：卫星的最优功率分配方式，基站的每个noma分组内的最优功率分配方式，基站的多个noma分组间的最优功率分配方式。
本发明实施例中，通过获取模块100获取通信网络中多个用户的信道信息，即获取了通信信道的信号衰减度，通过构建模块200基于信道信息构建目标函数，以及构建目标函数的约束条件，并且求解模块300基于约束条件对目标函数进行最优求解，以根据最优求解结果确定以下功率分配方式：卫星的最优功率分配方式，基站的每个noma分组内的最优功率分配方式，基站的多个noma分组间的最优功率分配方式，从而进行合理的功率分配，缓解了基于非正交多址的空地协同通信系统中存在的同频干扰技术问题。
本发明实施例的一个可选实施方式中，构建模块200包括：
目标函数构建单元，用于基于信道信息，构建目标函数，包括：基于信道信息，分别构建第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数，其中，第一目标函数用于确定卫星的最优功率分配方式，第二目标函数用于确定每个noma分组内的最优功率分配方式，第三目标函数用于确定多个noma分组间的最优功率分配方式；
约束条件构建单元，用于构建目标函数的约束条件，包括：分别构建第一组约束条件、第二组约束条件、第三组约束条件。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，如图4所示，求解模块300包括：
赋初值模块301，用于以多个noma分组间的初始功率分配方式作为多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式；
卫星功率分配模块302，用于基于多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式，使用第一组约束条件和第一目标函数计算卫星信道在当前时刻的功率分配方式；
每个noma分组内功率分配模块303，用于基于多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式和卫星在当前时刻的功率分配方式，使用第二组约束条件和第二目标函数计算每个noma分组内在当前时刻的功率分配方式；
多个noma分组间功率分配模块304，用于基于noma分组内在当前时刻的功率分配方式和卫星在当前时刻的功率分配方式，使用第三组约束条件和第三目标函数计算多个noma分组间在下一时刻的功率分配方式，并将多个noma分组间在下一时刻的功率分配方式作为多个noma分组间在当前时刻的功率分配方式；
精度分析模块305，用于分析迭代停止条件是否满足，并在不满足的情况下发命令给卫星功率分配模块302，以便继续计算；而在满足的情况下，则结束计算。
其中，下一时刻为当前时刻的下一时刻，迭代停止条件包括：卫星在下一时刻的功率分配方式与卫星在当前时刻的功率分配方式的误差小于第一预设误差，每个noma分组内在下一时刻功率分配方式与每个noma分组内当前时刻功率分配方式的误差小于第二预设误差，以及多个noma分组间在下一时刻功率分配方式与多个noma分组间当前时刻功率分配方式的误差小于第三预设误差。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，目标函数构建单元包括第一目标函数构建子单元，第一目标函数构建子单元用于通过以下公式构建第一目标函数
其中，l为基站的数量，n为基站i的天线数量，ki表示基站i覆盖范围的用户数量，gs,i,j表示卫星s到基站i覆盖范围内的卫星用户j的信道信息，
其中，hs,i,j表示基站i到卫星用户j的信道信息，ωn,i,j表示基站i覆盖范围内noma分组j中的第一用户的波束向量，pb,i,j表示基站i分配给noma分组j的功率，其中，noma分组j中包括第一用户和第二用户，第一用户到基站i的信道信息的模值大于第二用户到基站i的信道信息的模值。
本发明实施例的一个可选实施方式中，约束条件构建单元包括第一组约束条件构建子单元，第一约束条件构建子单元用于：
基于信道信息，构建第一子约束条件和第二子约束条件，其中，第一子约束条件为
其中，gbn,l,n表示卫星到基站l服务的noma分组n中的第一用户的信道信息，gbf,l,n表示卫星到基站l服务的noma分组n中的第二用户的信道信息，pth表示卫星对通信网络中的基站服务用户的预设干扰阈值，l∈{1,2,...,l},n∈{1,2,...,n}；
将第一子约束条件、第二子约束条件和第三子约束条件
本发明实施例的另一个可选实施方式中，目标函数构建单元包括第二目标函数构建子单元，第二目标函数构建子单元用于通过以下公式构建第二目标函数
其中，αb,i,j表示基站i分配给noma分组j中的第一用户的功率比例，hbf,i,j表示基站i到noma分组j中的第二用户的信道信息，ωf,i,j表示基站i覆盖范围内基站分组j中的远距离用户的波束向量，hbn,i,j表示基站i到其服务的noma分组j中的第一用户的信道信息，σbf,i,j是noma分组j中第二用户受到的分组之间的干扰，σsf,i,j是noma分组j中第二用户受到的卫星干扰，σsn,i,j是noma分组j中第一用户受到的卫星干扰。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，约束条件构建单元包括第二组约束条件构建子单元，第二组约束条件构建子单元通过以下公式构建第二组约束条件：
αb,i,j＝min{1,max{αb,i,j,1,αb,i,j,2}}。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，目标函数构建单元包括第三目标函数构建子单元，第三目标函数构建子单元用于通过以下公式构建第三目标函数：
其中，hbn,i,j表示基站i到noma分组j中的第一用户的信道信息，σsf,i,j表示noma分组j中的第二用户受到的卫星干扰，ωn,i,j'表示基站i覆盖范围内noma分组j'中的第一用户的波束向量，pb,i,j'表示基站i分配给noma分组j'的功率。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，约束条件构建单元包括第三组约束条件构建子单元，第三组约束条件构建子单元用于通过公式
其中，pb,i,max表示基站i的最大发射功率。
实施例三
本发明实施例提供一种非正交多址空地协同通信系统中资源分配方法及装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令用于执行实施例一中的非正交多址空地协同通信系统中资源分配方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
本发明实施例中，计算机可读存储介质存储的程序代码的指令用于执行实施例一中的非正交多址空地协同通信系统中资源分配方法，具体地，通过获取通信网络中多个用户的信道信息，即获取了通信信道的信号衰减度，通过基于信道信息构建目标函数，以及构建目标函数的约束条件，并且基于约束条件对目标函数进行最优求解，以根据最优求解结果确定以下功率分配方式：卫星的最优功率分配方式，基站的每个noma分组内的最优功率分配方式，基站的多个noma分组间的最优功率分配方式，从而进行合理的功率分配，缓解了基于非正交多址的空地协同通信系统中存在的同频干扰技术问题。
需要说明的是，以上发明实施例的描述中，对于同一个表示符号，若角标字母的数量也相同，只有角标的字母不同，则表示的是同一个物理量，不同的角标字母只用以表示对应于不同的用户或是不同的基站。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
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