CN105704820B - 一种非正交多址中的功率分配方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种非正交多址中的功率分配方法及装置，该方法中根据子带的带宽、每个用户的信道增益、上一时刻分配的功率和窗口时间长度，计算出每个用户在所述任一子带上的平均速率，根据每个用户的平均速率计算出每个用户的权重；根据预设的判定准则，配对出所有的适合非正交多址接入的用户组，对于待选集合中的每个第一用户分组，计算每个第一用户分组的比例公平因子，并将比例公平因子最大的第一用户分组确定为最优用户分组；将所述任一子带分配给所述最优用户分组，实现了多个用户同时接入同一无线资源，兼顾了系统吞吐量，降低了算法的复杂度。

Description

一种非正交多址中的功率分配方法及装置

技术领域

本发明涉及无线接入技术领域，特别涉及一种非正交多址中的功率分配方法。

背景技术

为了满足未来业务需求，业界已经启动了5G移动通信系统的研究。为了满足高吞吐率(较4G提高1000倍，热点地区数据率达到10Gbps)、海量设备接入(较4G提高10-100倍，总共达到500亿个设备，平均每个接入点30万个设备)等指标，非正交多址接入技术(NOMA)应运而生。在传统的正交多址技术中，只能为一个用户分配单一的无线资源，例如按频率分割，按时间分割或按码本分割，而NOMA方式可将一个无线资源分配给多个用户。

目前有多种方式实现NOMA，在功率域上实现非正交多址是业界研究的重点，它是未来5G移动通信技术中的关键技术。

在NOMA方案中的下行传输中，基站端会从候选用户中调度多个用户进行配对，并在相同的时域资源上叠加配对用户的信号，由于基站在每个时频资源上的发射功率有限，配对用户的功率分配会在很大程度上影响系统的吞吐量；再者，合理的用户配对也有利于用户终端的解调，因此，怎样合理地将用户配对进行功率分配是一个值得深入研究的问题。

在NOMA技术研究中，现有技术对用户调度主要采用比例公平算法。首先基站遍历所有可能的用户配对情况，进行功率分配并计算该用户分组的比例公平因子，然后选出比例公平因子最大的配对方案作为这次调度的对象。但现有的功率分配方案是定性分析得到的结果，并没有相应的定量分析，并且这个功率分配方案也不是最优的，另外在原有的框架下，需要全局搜索最优的用户配对情况，但这种方法的时间复杂度过高。

目前的功率分配方案：从候选的用户中，直接遍历所有的用户配对情况来搜索最优化的用户配对方案，例如一个小区中有K个用户，每个时频资源上最多复用N个用户，则基站需要配对出所有可能地用户配对情况，需要遍历的情况数目为

由于对于每种配对情况，基站还需要计算其相应的功率分配方案和比例公平因子，这一过程会随着时频资源最大复用用户数和小区用户数K的增长而大幅上升，这会使计算量急剧上升。

现有技术中的的功率分配方案主要有遍历功率分配算法(Full Search PowerAllocation，FSPA)、固定功率分配算法(Fixed Power Allocation，FPA)和分级功率分配算法(Fractional Transmit Power Allocation，FTPA)。

FSPA能够使NOMA的吞吐量性能达到最优。FSPA的具体做法就是对于已经选好的组合用户集U_s，遍历每一种可能的功率分配方案，原则上来说功率分配的方案有无穷多组，但如果限定最小分配单位为0.1P，P为总的发射功率，那么FSPA是可以实现的，但是FSPA的计算量大，时间复杂度高。

FPA算法计算量小，时间复杂度低，但是它能达到的吞吐量性能不理想。对于复用用户数为2的NOMA，FPA的做法就是给信道条件较好的用户分配的功率为0.8P，给信道条件较差的用户分配的功率为0.2P。对于场景的不同，固定功率分配的因子不一定相同，也可以按七三分或者六四分，但是两者的功率差别不大时，信道条件较差的用户在接收信号时的干扰很大，信道条件较好的用户在做SIC时，不一定能够成功消除其他用户带来的干扰。FPA没有充分利用已知的信道信息，导致吞吐量性能不理想。

FTPA在FSPA的基础上降低功率分配算法的计算量和时间复杂度，并且吞吐量性能也能达到一个较为理想的情况。FTPA的分配比例按照下式确定：

上式中P表示基站的发射功率，U_s表示选出的组合用户集，G_s(j)表示U_s中用户j的信号通过信道后的接收功率，N_s(j)表示用户j处的干扰和噪声的功率，α是一个常数，取值范围为[0，1]，这里的经验值取为0.4。FTPA虽然有着FSPA和FPA两者的优点，既能达到较高的吞吐量性能，计算量和时间复杂度都能够接受，但是FTPA在复用用户数为2时能达到较好的效果，但是当复用用户数比2大时，FTPA算法的性能还有待提升。综上，为了能够支持多个用户同时接入同时能够更好地满足未来5G的发展需求，一种较低复杂度的多用户配对方案和支持多个用户的功率分配算法对未来NOMA的发展至关重要。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种非正交多址中的功率分配方法，降低功率分配算法的复杂度。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种非正交多址中的功率分配方法，系统总带宽分为N_C个子带，每个子带的带宽为W在任一子带b(1≤b≤N_C)上非正交复用的用户数为m，任一子带上最多复用N个用户，1≤m≤N；

所述的方法包括：对于任一子带，循环执行以下步骤：

S1、根据用户反馈到基站的信道信息确定每个用户的信道增益根据子带的带宽W、每个用户的信道增益、上一时刻分配的功率和窗口的时间长度t_c，计算出每个用户在所述任一子带上的平均速率根据每个用户的平均速率计算出每个用户的权重

S2、根据预设的判定准则，配对出所有的适合非正交多址接入的一个或多个第一用户分组将一个或多个第一用户分组确定为最优用户分组的待选集合；所述的准则为：对任意用户分组中按用户信道增益递减排序且相应用户权重为递增排序

S3、对于待选集合中的每个第一用户分组，计算每个第一用户分组的比例公平因子

S4、将比例公平因子最大的第一用户分组确定为最优用户分组，将所述任一子带分配给所述最优用户分组。

可选的，所述步骤S1包括：

S11、根据用户反馈到基站的信道信息确定每个用户的信道增益

S12、根据子带的带宽、每个用户的信道增益和上一时刻分配的功率计算出每个用户的上一时刻t-1的吞吐率

S13、根据窗口时间长度t_c和每个用户的吞吐率，计算出每个用户在所述任一子带上的平均速率

S14、根据每个用户的平均速率计算出每个用户的权重

可选的，所述步骤S12，按如下公式求上一时刻的吞吐率：

所述步骤S13，按如下公式计算平均速率：

可选的，步骤S3包括：

对于待选集合中的每个第一用户分组，执行如下步骤：

S31、根据库恩-塔克条件对第一用户分组内的用户求解上行功率分配矢量；

S32、判断求得的上行功率分配矢量中的每一个向量是否都大于零；如果是，则执行步骤S33，否则该第一用户分组不适合以非正交多址方式接入，将该第一用户分组的比例公平因子设置为

S33、根据上下行转换公式将求得的上行功率分配矢量转换为下行功率分配矢量；

S34、判断求得的上行功率分配矢量中的功率值是否满足：

且

如果满足，则

否则，将该第一用户分组的比例公平因子设置为

可选的，所述步骤S31中根据库恩-塔克(KKT)条件：

求解上行功率矢量q；

其中q∈R^m×1和μ∈R为拉格朗日系数，为用户的权重，k≥2为用户的权重减去用户的权重，P为子带b分配的功率；

限据上下行转换公式求解用户分组的下行功率分配矢量P，所述的上下行转换公式如下式所示：

为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种非正交多址中的功率分配装置，系统总带宽分为N_C个子带，每个子带的带宽为W，在任一子带b(1≤b≤N_C)上非正交复用的用户数为m，任一子带上最多复用N个用户，1≤m≤N；

所述功率分配装置对于任一子带，循环进行处理，包括：

用户权重计算单元，用于根据用户反馈到基站的信道信息确定每个用户的信道增益根据子带的带宽、每个用户的信道增益、上一时刻分配的功率和窗口时间长度t_c，计算出每个用户在所述任一子带上的平均速率根据每个用户的平均速率计算出每个用户的权重

待选集合确定单元，用于根据预设的判定准则，配对出所有的适合非正交多址接入的一个或多个第一用户组将一个或多个第一用户组确定为最优用户分组的待选集合；所述的准则为：对任意用户分组中按用户信道增益递减排序且相应用户权重为递增排序

比例公平因子计算单元，用于对于待选集合中的每个第一用户分组，计算每个第一用户分组的比例公平因子

功率分配单元，用于将比例公平因子最大的第一用户分组确定为最优用户分组；并将所述任一子带分配给所述最优用户分组。

可选的，所述的用户权重计算单元，包括：

信道增益确定子单元，用于根据用户反馈到基站的信道信息确定每个用户的信道增益

吞吐率计算子单元，用于根据子带的带宽、每个用户的信道增益和上一时刻分配的功率计算出每个用户的上一时刻的吞吐率

平均速率计算子单元，用于根据窗口时间长度t_c和每个用户的吞吐率，计算出每个用户在所述任一子带上的平均速率用户权重计算子单元，用于根据每个用户的平均速率计算出每个用户的权重

可选的，所述的吞吐率计算子单元，具体用于：按如下公式计算吞吐率：

所述的平均速率计算子单元，具体用于按如下公式计算平均速率：

可选的，所述比例公平因子计算单元，对于待选集合中的每个第一用户分组进行处理，包括：

上行功率分配矢量求解子单元，用于根据库恩-塔克条件对第一用户分组内的用户求解上行功率分配矢量；

第一判断子单元，用于判断求得的上行功率分配矢量中的每一个向量是否都大于零；如果是，则触发下行功率分配矢量转换子单元，否则该第一用户分组不适合以非正交多址方式接入，将该第一用户分组的比例公平因子设置为

下行功率分配矢量转换子单元，用于根据上下行转换公式将求得的上行功率分配矢量转换为下行功率分配矢量；

第二判断子单元，用于判断求得的上行功率分配矢量中的功率值是否满足：

则

如果满足，则

否则，将该第一用户分组的比例公平因子设置为

可选的，所述的上行功率分配矢量求解子单元，具体用于：

根据库恩-塔克(KKT)条件：

求解上行功率矢量q；

其中q∈R^m×1，μ∈R为拉格朗日系数，为用户的权重，k≥2为用户的权重减去用户的权重，为用户在子带b上的信道增益，P为子带b分配的功率；

所述下行功率分配矢量转换子单元，具体用于：按如下公式将求得的上行功率分配矢量转换为下行功率分配矢量：

户的下行分配功率。

本发明实施例提供了一种非正交多址中的功率分配方法及装置，该方法中根据用户反馈到基站的信道信息确定每个用户的信道增益根据子带的带宽、每个用户的信道增益、上一时刻分配的功率和窗口的时间长度t_c，计算出每个用户在所述任一子带上的平均速率根据每个用户的平均速率计算出每个用户的权重根据预设的判定准则，配对出所有的适合非正交多址接入的一个或多个第一用户组将一个或多个第一用户组确定为最优用户分组的待选集合；所述的准则为：对任意用户分组中按用户信道增益递减排序且相应用户权重为递增排序对于待选集合中的每个第一用户分组，计算每个第一用户分组的比例公平因子将比例公平因子最大的第一用户分组确定为最优用户分组；将所述任一子带分配给所述最优用户分组。

可见，由于本发明实施例并没有遍历所有用户分组，而是先根据预设的判定准则，配对出所有的适合非正交多址接入的一个或多个第一用户组，再对一个或多个第一用户分组进行处理，确定最优用户分组，最后将功率分配给最优用户分组。也就是说，本发明实施例仅对适合非正交多址接入的第一用户分组进行处理，排除了一部分不适合进行非正交多址方式接入的用户组，而不是象现有技术那样对所有用户分组进行处理。在功率分配时利用KKT条件先求解上行功率分配然后通过上下行对偶，求得下行功率分配，将非凸问题转化为凸问题。因此，与现有技术相比，本发明实施例的功率分配方法降低了算法的复杂度。

当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种非正交多址中的功率分配方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种非正交多址中的功率分配装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。

本发明实施例中，基站的发射天线数为N_t＝1，用户设备的接收天线数为N_r＝2，系统总带宽分为N_C个子带，每个子带的带宽为W，在任一子带b(1≤b≤N_C)上非正交复用的用户数为m，是用户配对算法选出的m个用户分组的集合，其中表示子带上b复用的第k个用户的编号，任一子带上最多复用N个用户，1≤m≤N。

子带b(1≤b≤N_C)上的发送符号为x_b，它是任一用户分组中用户信号的叠加。符号为第k个用户的发送信号，所以m个用户的信号叠加得到子带b的发送信号：

其中为在子带b上用户分配到的功率，用户分组在子带b上的功率分配记为另外，基站在每个子带上分配的功率相同且为P，所以在每个子带b上的功率约束为：

用户在子带b上接收到的N_r维信号可以表示为：

其中表示用户在子带b上的N_r维信道系数，表示在子带b上用户接收到的相邻小区的同频干扰和加性高斯白噪声，假设用户端使用最大比合并(MRC)接收机，用户端得到的信号为

符号表示噪声经过MRC接收机之后的噪声，它的平均功率表示为定义用户在子带b上的信道增益为：

实际上，对于MRC接收之后的信号，用户端会消除部分或全部的多址干扰以获得自身数据。也就是说，对于任一用户分组中的用户满足的用户的信号会成为用户的干扰，而满足的用户的信号理论上可以完全消去。这是因为在功率分配时，信道质量差的用户会比信道质量好的用户分得更多的功率，例如：当用户的信道质量比用户好时，

基于上述实际情况，本发明实施例提供了一种非正交多址中的功率分配方法，该方法中应用了本申请发明人提出的一种判断准则，依据该准则能排除一部分不适合进行非正交多址方式接入的用户分组，这样调度器便无需配对出所有的用户分组。所述的准则为：对任意用户分组中按用户信道增益递减排序且相应用户权重为递增排序其中w(π_k)为用户π_k的权重且有w(π_k)＝1/T(π_k；t)。

具体的，参见图1，图1为本发明实施例所提供的一种非正交多址中的功率分配方法的流程示意图，对于任一子带，循环执行以下步骤：

步骤S1、根据用户反馈到基站的信道信息确定每个用户的信道增益根据子带的带宽、每个用户的信道增益、上一时刻分配的功率和窗口的时间长度tc，计算出每个用户在所述任一子带上的平均速率根据每个用户的平均速率计算出每个用户的权重

具体的，本步骤可以包括：

S11、根据用户反馈到基站的信道信息确定每个用户的信道增益

S12、根据子带的带宽、每个用户的信道增益和上一时刻分配的功率计算出每个用户的上一时刻t-1的吞吐率

本步骤中，可以根据公式确定用户组分组中用户的上一时刻的吞吐率。

S13、根据窗口的时长t_c和每个用户的吞吐率，计算出每个用户在所述任一子带上的平均速率

本步骤中，可以根据公式

确定用户在子带b上的平均速率；t表示系统所在时刻；t_c为窗口的时间长度，为用户分组中用户的信道增益。

S14、根据每个用户的平均速率计算出每个用户的权重

需要说明的是，图1所示实施例的方法在初始时刻，可以按照子带最大复用数为1的情况对用户进行功率分配，计算每个用户的权重。

步骤S2、根据预设的判定准则，配对出所有的适合非正交多址接入的一个或多个第一用户分组将一个或多个第一用户分组确定为最优用户分组的待选集合；所述的准则为：对任意用户分组中按用户信道增益递减排序且相应用户权重为递增排序

也就是说，对于子带b上的任意一个用户分组日用户分组中的用户信道增益按照递减顺序，为用户分组能在子带b上满足以非正交多址方式接入的必要非充分条件是：其中为用户的权重。可见，在对用户进行配对时，按照此准则能够排除部分不适合进行非正交多址接入的用户分组，降低配对次数，从而降低了运算复杂度。

步骤S3、对于待选集合中的每个第一用户分组，计算每个第一用户分组的比例公平因子

具体的，可以通过如下步骤计算每个第一用户分组的比例公平因子

步骤S31、根据库恩-塔克条件对第一用户分组内的用户求解上行功率分配矢量。

具体的，本步骤中根据库恩-塔克(KKT)条件：

求解上行功率矢量q；

其中q∈R^m×1和μ∈R为拉格朗日系数，为用户的权重，为用户的权重减去用户的权重，P为子带b分配的功率。

步骤S32、判断求得的上行功率分配矢量中的每一个向量都大于零；如果是，则执行步骤S33，否则该第一用户分组不适合以非正交多址方式接入，将该第一用户分组的比例公平因子设置为

步骤S33、根据上下行转换公式将求得的上行功率分配矢量转换为下行功率分配矢量；

具体的，本步骤中根据上下行转换公式求解用户组的下行功率分配矢量P，所述的上下行转换公式如下式所示：

其中

其中为用户的上行分配功率，为用户的下行分配功率。

步骤S34、判断求得的上行功率分配矢量中的功率值是否满足：

且

如果满足，则

否则，将该第一用户分组的比例公平因子设置为

步骤S4、将比例公平因子最大的第一用户分组确定为最优用户分组，并将所述任一子带分配给所述最优用户分组。

由上述的实施例可见，本发明实施例提供的这种功率分配方法，仅对适合非正交多址接入的第一用户分组进行处理，排除了一部分不适合进行非正交多址方式接入的用户分组，而不是象现有技术那样对所有用户分组进行处理。因此，与现有技术相比，降低了算法的复杂度。

为了方便理解，下面以一个具体的实施例进行说明。

假设在子带b上最多可以非正交多址接入N_M＝3个用户，则在该子带上可以复用的用户数m有三种情况：m＝3，m＝2和m＝1(正交情况)。假设小区中有4个用户，他们的信道增益g为[12.06215.334.9112.16]，权重w为[3.111.644.064.09]。首先根据准则1配对用户组：

(1)当m＝3时，只有用户分组(用户1，用户2，用户3)满足准则1可以进行配对，根据功率分配算法，用户分组(用户1，用户2，用户3)分配的功率占总发射功率的比例为[0.220.080.70]，该用户组的比例公平因子Q_b为15.81。

(2)当m＝2时，只有四种配对情况(用户1，用户2)，(用户，1，用户3)，(用户2，用户3)，(用户2，用户4)满足准则1，根据功率分配算法该(用户1，用户2)分配的功率占总发射功率的比例为[0.910.09]，其比例公平因子Q_b为15.37；(用户1，用户3)分配的功率占总发射功率的比例为[0.310.69]，其比例公平因子Q_b为11.97；(用户2，用户3)分配的功率占总发射功率的比例为[0.130.87]，其比例公平因子Q_b为15.48；(用户2，用户4)分配的功率占总发射功率的比例为[0.050.95]，其比例公平因子Q_b为18.24。

(3)当m＝1时，子带b只分配给单个用户，用户1的比例公平因子Q_b为11.52；用户2的比例公平因子Q_b为12.72；用户3的比例公平因子Q_b为10.41；用户4的比例公平因子Q_b为15.21。

综上，子带b分配给具有比例公平因子最大的用户分组(用户2，用户4)。

参见图2，图2为本发明实施例提供的一种非正交多址中的功率分配装置示意图，本实施例与图1所示的功率分配方法对应，所述功率分配装置对于任一子带，循环进行处理，包括：

用户权重计算单元201，用于根据用户反馈到基站的信道信息确定每个用户的信道增益根据子带的带宽、每个用户的信道增益、上一时刻分配的功率和窗口时间长度t_c，计算出每个用户在所述任一子带上的平均速率根据每个用户的平均速率计算出每个用户的权重

待选集合确定单元202，用于根据预设的判定准则，配对出所有的适合非正交多址接入的一个或多个第一用户分组将一个或多个第一用户分组确定为最优用户分组的待选集合；所述的准则为：对任意用户分组中按用户信道增益递减排序且相应用户权重为递增排序

比例公平因子计算单元203，用于对于待选集合中的每个第一用户分组，计算每个第一用户分组的比例公平因子

功率分配单元204，用于将比例公平因子最大的第一用户分组确定为最优用户分组；并将所述任一子带分配给所述最优用户分组。

其中，所述的用户权重计算单元201，可以包括：

信道增益确定子单元(图2中未示出)，用于根据用户反馈到基站的信道信息确定每个用户的信道增益

吞吐率计算子单元(图2中未示出)，用于根据子带的带宽、每个用户的信道增益和上一时刻分配的功率计算出每个用户的上一时刻的吞吐率具体的按如下公式计算吞吐率：

t表示系统所在时刻；t_c为窗口的时间长度，为中用户的信道增益；

平均速率计算子单元(图2中未示出)，用于根据窗口时间长度t_c和每个用户的吞吐量，计算出每个用户在所述任一子带上的平均速率用户权重计算子单元，用于根据每个用户的平均速率计算出每个用户的权重具体用于按如下公式计算平均速率：

所述的比例公平因子计算单元203，对于待选集合中的每个第一用户分组进行处理，包括：

上行功率分配矢量求解子单元(图2中未示出)，用于根据库恩-塔克条件对第一用户分组内的用户求解上行功率分配矢量，具体根据库恩-塔克(KKT)条件：

求解上行功率矢量q；

其中q∈R^m×1和μ∈R为未知量，为用户的权重，为用户的权重减去用户的权重，为用户在子带b上的信道增益，P为子带b分配的功率；

第一判断子单元(图2中未示出)，用于判断求得的上行功率分配矢量中的每一个功率值都大于零；如果是，则触发下行功率分配矢量转换子单元，否则该第一用户分组不适合以非正交多址方式接入，将该第一用户分组的比例公平因子设置为

下行功率分配矢量转换子单元(图2中未示出)，用于根据上下行转换公式将求得的上行功率分配矢量转换为下行功率分配矢量，具体按如下公式将求得的上行功率分配矢量转换为下行功率分配矢量：

的下行分配功率。。

第二判断子单元(图2中未示出)，用于判断求得的上行功率分配矢量中的功率值是否满足：

则

如果满足，则

否则，将该第一用户分组的比例公平因子设置为

由上述的实施例可见，本发明实施例提供的这种功率分配装置，仅对适合非正交多址接入的第一用户分组进行处理，排除了一部分不适合进行非正交多址方式接入的用户组，而不是像现有技术那样对所有用户分组进行处理。因此，与现有技术相比，降低了算法的复杂度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种非正交多址中的功率分配方法，其特征在于，系统总带宽分为N_C个子带，每个子带的带宽为W，在任一子带b(1≤b≤N_C)上非正交复用的用户数为m，任一子带上最多复用N个用户，1≤m≤N；

所述的方法包括：对于任一子带，循环执行以下步骤：

S1、根据用户反馈到基站的信道信息确定每个用户的信道增益根据子带的带宽W、每个用户的信道增益、上一时刻分配的功率和窗口的时间长度t_c，计算出每个用户在所述任一子带上的平均速率根据每个用户的平均速率计算出每个用户的权重

S2、根据预设的判定准则，配对出所有的适合非正交多址接入的一个或多个第一用户分组将一个或多个第一用户分组确定为最优用户分组的待选集合；所述的准则为：对任意用户分组中按用户信道增益递减排序且相应用户权重为递增排序

S3、对于待选集合中的每个第一用户分组，计算每个第一用户分组的比例公平因子

S4、将比例公平因子最大的第一用户分组确定为最优用户分组，将所述任一子带分配给所述最优用户分组。

2.根据权利要求1所述的功率分配方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11、根据用户反馈到基站的信道信息确定每个用户的信道增益

S12、根据子带的带宽、每个用户的信道增益和上一时刻分配的功率计算出每个用户的上一时刻t-1的吞吐率

S13、根据窗口时间长度t_e和每个用户的吞吐率，计算出每个用户在所述任一子带上的平均速率

S14、根据每个用户的平均速率计算出每个用户的权重

3.根据权利要求2所述的功率分配方法，其特征在于，所述步骤S12，按如下公式求上一时刻的吞吐率：

所述步骤S13，按如下公式计算平均速率：

4.根据权利要求3所述的功率分配方法，其特征在于，步骤S3包括：

对于待选集合中的每个第一用户分组，执行如下步骤：

S31、根据库恩-塔克条件对第一用户分组内的用户求解上行功率分配矢量；

S32、判断求得的上行功率分配矢量中的每一个向量是否都大于零；如果是，则执行步骤S33，否则该第一用户分组不适合以非正交多址方式接入，将该第一用户分组的比例公平因子设置为

S33、根据上下行转换公式将求得的上行功率分配矢量转换为下行功率分配矢量；

S34、判断求得的上行功率分配矢量中的功率值是否满足：

且

如果满足，则

否则，将该第一用户分组的比例公平因子设置为

5.根据权利要求4所述的功率分配方法，其特征在于，所述步骤S31中根据库恩-塔克(KKT)条件：

求解上行功率矢量q；

其中q∈R^m×1和μ∈R为拉格朗日系数，为用户的权重，为用户的权重减去用户的权重，P为子带b分配的功率；

根据上下行转换公式求解用户分组的下行功率分配矢量P，所述的上下行转换公式如下式所示：

6.一种非正交多址中的功率分配装置，其特征在于，系统总带宽分为N_C个子带，每个子带的带宽为W，在任一子带b(1≤b≤N_C)上非正交复用的用户数为m，任一子带上最多复用N个用户，1≤m≤N；

所述功率分配装置对于任一子带，循环进行处理，包括：

用户权重计算单元，用于根据用户反馈到基站的信道信息确定每个用户的信道增益根据子带的带宽、每个用户的信道增益、上一时刻分配的功率和窗口时间长度t_c，计算出每个用户在所述任一子带上的平均速率根据每个用户的平均速率计算出每个用户的权重

待选集合确定单元，用于根据预设的判定准则，配对出所有的适合非正交多址接入的一个或多个第一用户组将一个或多个第一用户组确定为最优用户分组的待选集合；所述的准则为：对任意用户分组中按用户信道增益递减排序且相应用户权重为递增排序

比例公平因子计算单元，用于对于待选集合中的每个第一用户分组，计算每个第一用户分组的比例公平因子

功率分配单元，用于将比例公平因子最大的第一用户分组确定为最优用户分组；并将所述任一子带分配给所述最优用户分组。

7.根据权利要求6所述的功率分配装置，其特征在于，所述的用户权重计算单元，包括：

信道增益确定子单元，用于根据用户反馈到基站的信道信息确定每个用户的信道增益

吞吐率计算子单元，用于根据子带的带宽、每个用户的信道增益和上一时刻分配的功率计算出每个用户的上一时刻的吞吐率

平均速率计算子单元，用于根据窗口时间长度t_c和每个用户的吞吐率，计算出每个用户在所述任一子带上的平均速率用户权重计算子单元，用于根据每个用户的平均速率计算出每个用户的权重

8.根据权利要求7所述的功率分配装置，其特征在于，所述的吞吐率计算子单元，具体用于：按如下公式计算吞吐率：

所述的平均速率计算子单元，具体用于按如下公式计算平均速率：

9.根据权利要求7所述的功率分配装置，其特征在于，所述比例公平因子计算单元，对于待选集合中的每个第一用户分组进行处理，包括：

上行功率分配矢量求解子单元，用于根据库恩-塔克条件对第一用户分组内的用户求解上行功率分配矢量；

第一判断子单元，用于判断求得的上行功率分配矢量中的每一个向量是否都大于零；如果是，则触发下行功率分配矢量转换子单元，否则该第一用户分组不适合以非正交多址方式接入，将该第一用户分组的比例公平因子设置为

下行功率分配矢量转换子单元，用于根据上下行转换公式将求得的上行功率分配矢量转换为下行功率分配矢量；

第二判断子单元，用于判断求得的上行功率分配矢量中的功率值是否满足：

则

如果满足，则

否则，将该第一用户分组的比例公平因子设置为

10.根据权利要求9所述的功率分配装置，其特征在于，所述的上行功率分配矢量求解子单元，具体用于：

根据库恩-塔克(KKT)条件：

求解上行功率矢量q；

其中q∈R^m×1，μ∈R为拉格朗日系数，为用户的权重，为用户的权重减去用户的权重，为用户在子带b上的信道增益，P为子带b分配的功率；

所述下行功率分配矢量转换子单元，具体用于：按如下公式将求得的上行功率分配矢量转换为下行功率分配矢量：

户的下行分配功率。