CN107426808A - 一种非正交多址技术中对下行链路中各用户的功率分配方法 - Google Patents

一种非正交多址技术中对下行链路中各用户的功率分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种非正交多址技术中对下行链路中各用户的功率分配方法，包括：步骤1、基站检测每一下行信道来自相邻基站小区的干扰和每一下行信道的噪声；步骤2、将基站信道分配给用户，如果有信道剩余，转到步骤3；否则，转到步骤4；步骤3、计算每一用户在该信道上的信干噪比，找出信干噪比最大的信道，将该信道分配给该用户，并转到步骤2；步骤4、在各个用户选择了当前的最佳信道之后，记录这时各用户的信干噪比；步骤5、计算应该分配给各用户的功率；步骤6、用计算所得的功率发射信号。采用本发明的技术方案，提高NOMA系统的准确度和效率。

Description

一种非正交多址技术中对下行链路中各用户的功率分配方法
技术领域
本发明属于移动通信领域，涉及非正交多址技术中对下行链路中各个用户发射功率合理分配的方法。
背景技术
非正交多址技术(NOMA)的基本思想是在发送端采用非正交发送，在接收端通过串行干扰删除(SIC)接收机实现正确解调。这样很好地提高了频谱效率。NOMA的子信道传输采用正交频分复用(OFDM)技术，子信道之间是正交的，互不干扰，但是一个子信道上不再只分配给一个用户，而是多个用户共享。同一子信道上不同用户之间是非正交传输，这样就会产生用户间干扰问题，这也就是在接收端要采用SIC技术进行多用户检测的目的。在发送端，对同一子信道上的不同用户采用功率复用技术进行发送，不同的用户的信号功率按照相关的算法进行分配，这样到达接收端每个用户的信号功率都不一样。SIC接收机再根据不同户用信号功率大小按照一定的顺序进行干扰消除，实现正确解调，同时也达到区分用户的目的。
在功率分配时，若用户间的功率相差较小，则相互间的干扰将会很大，接收机将无法正确解调；反之，若用户间的功率相差较大，则可能会由于信号功率较小，仍无法正确解调。还有，若算法的复杂度较大，则会导致系统开销较大，影响效率。所以，功率分配算法将直接决定着接收机的解调准确度，一个优秀的功率分配算法对于整个NOMA系统来说非常重要。
发明内容
本发明针对于NOMA技术中功率分配的问题，已解决用户间功率相差较小或较大以及算法过于复杂为目标，提供一种简单合理的功率分配方法，以提高NOMA系统的准确度和效率。
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：
一种非正交多址技术中对下行链路中各用户的功率分配方法，包括以下步骤：
步骤1、基站检测每一下行信道来自相邻基站小区的干扰和每一下行信道的噪声；
步骤2、将基站信道分配给用户，如果有信道剩余，转到步骤3；否则，转到步骤4；
步骤3、计算每一用户在该信道上的信干噪比，找出信干噪比最大的信道，将该信道分配给该用户，并转到步骤2；
步骤4、在各个用户选择了当前的最佳信道之后，记录这时各用户的信干噪比；
步骤5、计算应该分配给各用户的功率；
步骤6、用计算所得的功率发射信号。
作为优选，步骤1之前还包括：
对基站网络中所有的用户进行编号U1,U2...Uk，再对基站中所有可用信道进行编号C1,C2...Cn；
假设基站发送给所有用户的总功率为P，各用户依次获得下行信道的信道增益Si,j，其中，i＝1,2...k,表示用户编号；j＝1,2...n,表示信道编号，将信道增益Si,j反馈给基站。
作为优选，步骤3中计算每一用户在该信道上的信干噪比公式为：SINRj|i＝Si,j/(Ii+Ni,j)，其中，SINRk|i表示用户Uk使用Ci信道时的信干噪比，Ii表示相邻小区对每一下行信道的干扰；Ni,j表示通过每一下行信道传到用户的噪声。
作为优选，在步骤5中，功率分配的计算公式为
其中，Pi表示用户i获得的功率，N表示总的用户数量，P表示发射总功率，
其中，Pi表示用户i获得的功率，N表示总的用户数量，P表示发射总功率，α是调整因子，SINRi表示用户k所用信道的信干噪比，U表示所有的用户集。
本发明采用对数来均衡个用户的发射功率，首先在计算过程上不复杂，而且能够合理地体现出高信干噪比的用户所发的信息发射功率小，低信干噪比的用户所发信息的发射功率大。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明方法的仿真示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实例中的附图对本发明方案的实施方式进行详细描述。
本发明采用对数运算，能够合理简便地将发射功率分配到每一个用户信息上，提高NOMA系统的准确度和效率。
如图1所示，一种非正交多址技术里下行链路中各用户的功率分配方法包括以下步骤：
步骤1、先对基站网络中所有的用户进行编号U1,U2...Uk，再对基站中所有可用信道进行编号C1,C2...Cn。
步骤2、假设基站发送给所有用户的中功率为P，然后各用户依次获得下行信道的信道增益Si,j(i＝1,2...k,表示用户编号；j＝1,2...n,表示信道编号)，并将其反馈给基站；
步骤3、基站检测相邻小区对每一下行信道的干扰I1,I2...In；
步骤4、基站检测通过每一下行信道传到用户的噪声Ni,j(i＝1,2...k,表示用户编号；j＝1,2...n,表示信道编号)；
步骤5、将信道分配给各个用户，如果有信道剩余，转到步骤6；如果没有信道剩余，转到步骤7；
步骤6、依次计算每一个用户使用各个信道的信干噪比SINRj|i＝Si,j/(Ii+Ni,j)(SINRk|i表示用户Uk使用Ci信道时的信干噪比)，并找出使得SINRj|i最大的信道Ci，并将该信道分配给用户Uj，返回步骤5；
步骤7、在各个用户选择了当前的最佳信道之后，记这时各用户的信干噪比为SINRi(i＝1,2...k,表示用户编号)；
步骤8、利用功率分配公式计算基站给各个用户的发射功率Pi，
其中Pi表示用户i获得的功率，N表示总的用户数量，P表示发射总功率，α是调整因子，一般取10，SINRi表示用户k所用信道的信干噪比，U表示所有的用户集。
步骤9、按照上述发射功率发射信号。
在仿真的过程中，考虑到实际的情况与变量合理性：定义了两个用户，且用户1的信干噪比为15dB，用户2的信干噪比为(15+x)dB，其中x为0到30中间隔为0.3的离散数；定义了α为1.1到10.0间隔为0.09的离散数。
计算各个用户的信道容量Ci，
计算平均信道容量C,
计算等功率(即P1＝P2＝...Pk＝P/N)条件下的平均信道容量C0。
计算优化度η，并以x为x轴，α为y轴，η为z轴画出三维图像，如图2所示。
由图2可以看出，在α>7之后对η的增益效果不明显了，故为了方便计算，α取10；该方法在信干噪比间隔小于5dB时对平均信道容量的优化最为明显，可以达到5％-15％。由此可见，在NOMA系统中的功率分配问题上，本发明提出了一种简单而又合理的分配方法。在低冗杂度的情况下，优化了系统的解码准确度。
本发明的非正交多址技术中对下行链路中各用户的功率分配方法，运用对数的算数方法，使信干噪比大的信道用户所接收信息的发射功率在合理的范围内小于信干噪比小的信道用户。相对于等功率发射，可以在一定范围内将用户的平均信道容量提升5％到15％。不但提高了传输的准确性，且相对于别的方法，本发明方法比较简单，能够很好地节约系统开销，提高传输效率。
以上实施例仅为发明的示例性实施例，不用于限制发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种非正交多址技术中对下行链路中各用户的功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、基站检测每一下行信道来自相邻基站小区的干扰和每一下行信道的噪声；
步骤2、将基站信道分配给用户，如果有信道剩余，转到步骤3；否则，转到步骤4；
步骤3、计算每一用户在该信道上的信干噪比，找出信干噪比最大的信道，将该信道分配给该用户，并转到步骤2；
步骤4、在各个用户选择了当前的最佳信道之后，记录这时各用户的信干噪比；
步骤5、计算应该分配给各用户的功率；
步骤6、用计算所得的功率发射信号。
2.如权利要求1所述非正交多址技术中对下行链路中各用户的功率分配方法，其特征在于，步骤1之前还包括：
对基站网络中所有的用户进行编号U1,U2...Uk，再对基站中所有可用信道进行编号C1,C2...Cn；
假设基站发送给所有用户的总功率为P，各用户依次获得下行信道的信道增益Si,j，其中，i＝1,2...k,表示用户编号；j＝1,2...n,表示信道编号，将信道增益Si,j反馈给基站。
3.如权利要求2所述非正交多址技术中对下行链路中各用户的功率分配方法，其特征在于，步骤3中计算每一用户在该信道上的信干噪比公式为：SINRj|i＝Si,j/(Ii+Ni,j)，其中，SINRk|i表示用户Uk使用Ci信道时的信干噪比，Ii表示相邻小区对每一下行信道的干扰；Ni,j表示通过每一下行信道传到用户的噪声。
4.如权利要求3所述的一种非正交多址技术里下行链路中各用户的功率分配方法，其特征在于，在步骤5中，功率分配的计算公式为
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>log</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <mi>SINR</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <munder> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>U</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>log</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <mi>SINR</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>&amp;times;</mo> <mi>P</mi> </mrow>
其中，Pi表示用户i获得的功率，N表示总的用户数量，P表示发射总功率，α是调整因子，SINRi表示用户k所用信道的信干噪比，U表示所有的用户集。
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