CN106211302A - 非正交多址接入异构融合网络资源分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非正交多址接入异构融合网络资源分配方法，属于无线通信技术领域。该方法中，异构融合网络上行传输场景中，各接入网络采用正交接入方式，同一网络内部用户采用非正交多址接入方式接入网络，各接入网络中均存在一个窃听者可窃听本网络内用户信息；建模网络中合法用户安全能效为其安全传输速率与用户功率消耗之比，基于用户联合安全能效优化实现用户关联及功率分配；该方法具体包括以下步骤：步骤1)：建模用户联合安全能效η；步骤2)：计算用户的安全速率，对信道增益进行排序；步骤3)：计算用户传输速率以及窃听速率；步骤4)：优化确定用户发送功率及关联策略。本方法能够优化异构融合网络的能效性能，提升用户体验和网络安全性，具有很好的应用前景。

Description

非正交多址接入异构融合网络资源分配方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种异构网络资源分配技术，特别是一种非正交多址接入异构融合网络资源分配方法。
背景技术
近年来，各类无线接入技术得到快速发展，然而，无线接入技术的异构性，以及用户需求的多样性导致任何一种单一的无线接入技术均无法满足用户所有的业务需求,促使各种无线网络技术逐渐实现高效协同与融合共存，构成异构融合网络。网络安全是无线网络的核心问题之一，也是无线网络成功推广和应用的基本条件，近年来，随着异构融合网络用户数量的急剧增加和网络应用的普及，网络安全问题也将面临更严峻的挑战，如何保证和提高信息的安全性，一直是异构融合网络技术研究的一个重点领域。
用户快速增长的移动业务需求对传统无线通信技术，特别是多址接入技术提出挑战，非正交多址技术的提出有望在传统正交多址接入技术的基础上进一步实现用户传输性能及网络容量的提升。非正交多址技术是指网络为不同用户分配不同资源(频率、时隙、码字等)，从而在实现多用户共享系统资源的同时，可有效避免用户间干扰。非正交多址技术则是指网络为多个用户分配相同的时隙频率资源，以实现用户信息传输。非正交多址系统的接收端通过采用各种干扰消除技术实现对接收信号的正确解调。与正交多址技术相比，非正交多址技术可有效实现频谱效率的提升及系统容量的增加。
目前已有研究中，有文献研究在包含一个窃听者、多个合法用户、一个窃听者的单输入单输出非正交多址系统的安全问题，文献通过定义传输功率的可行域以满足用户的去quality ofservice(Qos)需求及优化功率分配，从而实现系统安全速率优化。又例如，有文献考虑5G网络非正交多址系统中联合功率分配和信道分配问题，提出一种基于系统联合速率优化的功率及信道分配策略。
非正交多址异构融合网络用户调度及功率分配机制对传统资源分配方式提出困难及挑战。此外，现有非正交多址系统资源分配研究较多考虑吞吐量、覆盖范围及频谱利用率的提升，较少研究网络能效性能优化，可能导致网络能效较低，对于能效敏感用户设备而言，传输性能及用户体验难以保障。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非正交多址接入异构融合网络资源分配方法，包括如下技术方案：
一种非正交多址接入异构融合网络资源分配方法，该方法中，异构融合网络上行传输场景中，各接入网络采用正交接入方式，同一网络内部用户采用非正交多址接入方式接入网络，各接入网络中均存在一个窃听者可窃听本网络内用户信息；建模网络中合法用户安全能效为其安全传输速率与用户功率消耗之比，基于用户联合安全能效优化实现用户关联及功率分配；该方法具体包括以下步骤：步骤1)：建模用户联合安全能效η；步骤2)：计算用户的安全速率，对信道增益进行排序；步骤3)：计算用户传输速率以及窃听速率；步骤4)：优化确定用户发送功率及关联策略。
进一步，在步骤1)中，建模用户联合安全能效η为所有选择接入网络用户的安全能效和，即其中，ηmn为第m个用户与第n个网络关联时对应的安全能效；1≤m≤M，1≤n≤N，M及N分别为异构网络中用户总数及网络数目；xmn为用户、网络关联标识，xmn＝1表示为第m个用户与第n个网络进行关联，否则，xmn＝0；
所述ηmn定义为其中，表示第m个用户与第n个网络关联时用户最低安全速率，Pmn表示m个用户与第n个网络关联时用户发送功率，Pcir表示用户接入网络时电路所消耗的功率。
进一步，在步骤2)中，根据公式计算第m个用户与第n个网络关联时用户最低安全速率，其中，表示第m个用户与第n个网络关联时用户传输速率；表示第m个用户与第n个网络关联时，网络n中窃听者对用户的窃听速率；
定义为第m个用户与第n个网络关联时，用户与基站之间链路的信道增益，其中，dmn表示第m个用户与第n个网络之间的距离，fn表示接入网络n的频段，c表示光速；对该信道增益进行排序，令h1n≤h2n...≤hMn。
进一步，在步骤3)中，用户采用非正交多址接入方式传输信息，采用串行干扰消除技术(Successive InterferenceCancellation，SIC)进行多用户干扰检测和删除，以保证系统的正常通信，即SIC接收机将不同用户信道增益进行顺序排序，在接收信号中首先对信道增益最高的用户进行判决，得到对应信号后，将该用户信号从接收信号中删除，进而对剩余用户信号重复执行上述操作，直至完成所有用户的信号检测；
根据公式计算第m个用户与第n个网络关联时用户传输速率，根据公式计算第M个用户与第n个网络关联时用户传输速率，其中，Bn表示第n个网络带宽，σ2为传输信道噪声功率；
根据公式计算当第m个用户与第n个网络关联时，网络n中窃听者对用户的窃听速率，其中，表示第n个网络中窃听者与第m个用户之间链路的信道增益，根据公式计算当第M个用户与第n个网络关联时，网络n中窃听者对用户的窃听速率。
进一步，在步骤4)中，最大化安全能效确定用户最优功率以及用户关联策略，在满足用户的发送功率小于最大发送功率、用户传输安全速率大于用户最低传输速率需求、xmn∈{0,1}以及条件下优化确定传输功率Pmn以及用户-网络关联策略，即
本发明的有益效果在于：本发明提出的非正交多址接入异构融合网络资源分配方法能够优化异构融合网络的能效性能，提升用户体验和网络安全性，具有很好的应用前景。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为非正交多址接入异构融合网络场景示意图；
图2为本发明所述方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
本发明提出一种非正交多址接入异构融合网络资源分配算法，在异构融合网络上行传输场景中，各接入网络采用正交接入方式，同一网络内部用户采用非正交多址接入方式接入网络，各接入网络中均存在一个窃听者可窃听本网络内用户信息。建模网络中合法用户安全能效为其安全传输速率与用户功率消耗之比，基于用户联合安全能效优化实现用户关联及功率分配。
图1为非正交多址接入异构网络场景图，非正交多址接入异构网络中用户选择网络进行通信，网络中还存在窃听者，通过同时优化用户-网络关联以及功率分配来最大化用户能效。
图2为本发明所述方法的流程示意图，如图所示，本发明所述方法具体包括以下步骤：
1)建模用户联合能效η：
建模用户联合安全能效η为所有选择接入网络用户的安全能效和，即其中，ηmn为第m个用户与第n个网络关联时对应的安全能效；1≤m≤M，1≤n≤N，M及N分别为异构网络中用户总数及网络数目；xmn为用户、网络关联标识，xmn＝1表示为第m个用户与第n个网络进行关联，否则，xmn＝0。
2)计算用户的安全速率：
根据公式计算第m个用户与第n个网络关联时用户最低安全速率，其中，表示第m个用户与第n个网络关联时用户传输速率；表示第m个用户与第n个网络关联时，网络n中窃听者对用户的窃听速率。
3)计算用户传输速率以及窃听速率：
根据公式计算第m个用户与第n个网络关联时用户传输速率，根据公式计算第M个用户与第n个网络关联时用户传输速率，其中，Bn表示第n个网络带宽，Pmn表示m个用户与第n个网络关联时用户发送功率，Pcir表示用户接入网络时电路所消耗的功率，σ2为传输信道噪声功率。
根据公式计算当第m个用户与第n个网络关联时，网络n中窃听者对用户的窃听速率，其中,表示第n个网络中窃听者与第m个用户之间链路的信道增益，根据公式计算当第M个用户与第n个网络关联时，网络n中窃听者对用户的窃听速率。
4)优化确定用户发送功率及关联策略；
最大化安全能效确定用户最优功率以及用户关联策略，在满足用户的发送功率小于最大发送功率、用户传输安全速率大于用户最低传输速率需求、xmn∈{0,1}以及条件下优化确定传输功率Pmn以及用户-网络关联策略，即
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种非正交多址接入异构融合网络资源分配方法，其特征在于：该方法中，异构融合网络上行传输场景中，各接入网络采用正交接入方式，同一网络内部用户采用非正交多址接入方式接入网络，各接入网络中均存在一个窃听者可窃听本网络内用户信息；建模网络中合法用户安全能效为其安全传输速率与用户功率消耗之比，基于用户联合安全能效优化实现用户关联及功率分配；该方法具体包括以下步骤：
步骤1)：建模用户联合安全能效η；
步骤2)：计算用户的安全速率，对信道增益进行排序；
步骤3)：计算用户传输速率以及窃听速率；
步骤4)：优化确定用户发送功率及关联策略。
2.根据权利要求1所述的一种非正交多址接入异构融合网络资源分配方法，其特征在于：在步骤1)中，建模用户联合安全能效η为所有选择接入网络用户的安全能效和，即其中，ηmn为第m个用户与第n个网络关联时对应的安全能效；1≤m≤M，1≤n≤N，M及N分别为异构网络中用户总数及网络数目；xmn为用户、网络关联标识，xmn＝1表示为第m个用户与第n个网络进行关联，否则，xmn＝0；
所述ηmn定义为其中，表示第m个用户与第n个网络关联时用户最低安全速率，Pmn表示m个用户与第n个网络关联时用户发送功率，Pcir表示用户接入网络时电路所消耗的功率。
3.根据权利要求2所述的一种非正交多址接入异构融合网络资源分配方法，其特征在于：在步骤2)中，根据公式计算第m个用户与第n个网络关联时用户最低安全速率，其中，表示第m个用户与第n个网络关联时用户传输速率；表示第m个用户与第n个网络关联时，网络n中窃听者对用户的窃听速率；
定义为第m个用户与第n个网络关联时，用户与基站之间链路的信道增益，其中，dmn表示第m个用户与第n个网络之间的距离，fn表示接入网络n的频段，c表示光速；对该信道增益进行排序，令h1n≤h2n...≤hMn。
4.根据权利要求3所述的一种非正交多址接入异构融合网络资源分配方法，其特征在于：在步骤3)中，用户采用非正交多址接入方式传输信息，采用串行干扰消除技术(Successive Interference Cancellation，SIC)进行多用户干扰检测和删除，以保证系统的正常通信，即SIC接收机将不同用户信道增益进行顺序排序，在接收信号中首先对信道增益最高的用户进行判决，得到对应信号后，将该用户信号从接收信号中删除，进而对剩余用户信号重复执行上述操作，直至完成所有用户的信号检测；
根据公式计算第m个用户与第n个网络关联时用户传输速率，根据公式计算第M个用户与第n个网络关联时用户传输速率，其中，Bn表示第n个网络带宽，σ2为传输信道噪声功率；
根据公式计算当第m个用户与第n个网络关联时，网络n中窃听者对用户的窃听速率，其中，表示第n个网络中窃听者与第m个用户之间链路的信道增益，根据公式计算当第M个用户与第n个网络关联时，网络n中窃听者对用户的窃听速率。
5.根据权利要求4所述的一种非正交多址接入异构融合网络资源分配方法，其特征在于：在步骤4)中，最大化安全能效确定用户最优功率以及用户关联策略，在满足用户的发送功率小于最大发送功率、用户传输安全速率大于用户最低传输速率需求、xmn∈{0,1}以及条件下优化确定传输功率Pmn以及用户-网络关联策略，即
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