CN107567087A

CN107567087A - 一种基于非正交多址接入技术公平分配双层超密异构网络功率的方法

Info

Publication number: CN107567087A
Application number: CN201710754169.XA
Authority: CN
Inventors: 陈宏滨; 向兰华; 赵峰
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2018-01-09
Anticipated expiration: 2037-08-29
Also published as: CN107567087B

Abstract

本发明公开了一种基于非正交多址接入技术公平分配双层超密异构网络功率的方法，其特征是，包括如下步骤：1）构建双层超密异构网络模型；2）发送端对用户采用非正交多址接入技术；3）接收端对用户采用串行干扰消除；4）分析双层超密异构网络的能量效率；5）构建双层超密异构网络的能量效率优化问题；6）解决优化问题完成公平分配。这种公平分配双层超密异构网络功率的方法在保证用户公平性的条件下能有效地利用网络资源、提高网络容量、增大网络覆盖范围，这种方法复杂度低、操作简单、适用范围广。

Description

一种基于非正交多址接入技术公平分配双层超密异构网络功率的方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于非正交多址接入技术公平分配双层超密异构网络功率的方法。

背景技术

随着智能终端的普及和移动新业务的发展，无线网络在各个应用领域的需求呈爆炸性增长，现有的商用网络需要进行全面升级，于是新一代移动通信系统5G成为全球移动通信领域研究的热点。5G定位于频谱效率更高、速率更快、容量更大的无线网络，其中系统容量在2020年要提高1000倍/km²，频谱效率相比4G需要提升5-15倍。面对新一代无线网络的需求，传统的多址技术已经难以满足，尤其是在系统吞吐量、用户速率体验等方面，所以，业内提出在5G中采用新型多址接入技术，即非正交多址接入。

功率分配是非正交多址系统资源分配中的一个重要研究问题，以往的最优迭代注水功率分配算法能提高系统性能，但是算法复杂度较高，而且忽略了用户的公平性，没有考虑边缘用户的吞吐量。

超密异构网络的部署已经成为日前通信系统发展的趋势，也为正在研究中的5G系统部署提供了参考，所谓的超密异构网络就是同时包含宏蜂窝、小蜂窝，即微蜂窝、微微蜂窝等的网络，此外，小蜂窝的密度要远远大于宏蜂窝的密度以分担宏蜂窝的负载提高系统容量，随着网络的超密部署，随之所需的频带和消耗的能量也不容忽视。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于非正交多址接入技术公平分配双层超密异构网络功率的方法。这种公平分配双层超密异构网络功率的方法在保证用户公平性的条件下能有效地利用网络资源、提高网络容量、增大网络覆盖范围，这种方法复杂度低、操作简单、适用范围广。

实现本发明目的技术方案是：

一种基于非正交多址接入技术公平分配双层超密异构网络功率的方法，包括如下步骤：

1)构建双层超密异构网络模型：选择某区域内构建一个双层的下行超密异构网络，双层超密异构网络的每层有M_k(k＝1,2)个基站,每个基站的用户数为用i(i∈{1,2,...,M_k})表示第k层的第i个基站，表示第k层的第i个基站的第j个用户，第k层的发射功率为P_tk，总的可用带宽为W；

2)发送端对用户采用非正交多址接入技术：当基站接入个用户时，在发送端即基站侧对用户采用非正交多址接入技术，首先对所有用户的信号进行叠加，基站端的叠加信号可以表示为其中，P_k,i,j表示第k层的第i个基站为其第j个用户分配的功率，各用户的功率根据用户与基站之间的信道增益来分配，信道质量好的用户所分配的发射功率弱，信道质量差的用户所分配的发射功率强，x_k,i,j表示第j个用户的信号，E[|x_k,i,j|²]＝1；

3)接收端对用户采用串行干扰消除：接收端根据信道增益对用户进行串行干扰消除，消除顺序为信道增益上升的顺序，在接收端第j个用户所接受到的信号为y_k,i,j＝h_k,i, _jx_k,i+n_k,i,j+I_k,i,l，其中，为第j个用户与服务基站之间的信道系数，g_k,i,j为信道增益，假设信道衰落为瑞利衰落，d_k,i,j为第j个用户与服务基站之间的距离，v为路径损耗，n_k,i,j为第j个用户与服务基站之间的信道噪声，均值为0，方差为I_k,i,l为第j个用户所受到的区间干扰，为了方便，这里将信道系数进行归一化，令为归一化信道系数；

4)分析双层超密异构网络的能量效率：假设归一化信道系数根据信道增益对接收端的用户信号进行串行干扰消除顺序，任何用户都可以解码信道增益比该用户小的用户，解码时将信道增益比该用户大的用户看作干扰，解码后将信道增益小的用户从接收信号中消除，基于以上串行干扰消除过程，可以得到双层超密异构网络中第k层的第i个基站的第j个用户的信干噪比为双层超密异构网络中第k层的第i个基站的第j个用户的数据速率为双层超密异构网络中第k层的第i个基站总的接收速率为双层超密异构网络中第k层基站总的接收速率为双层超密异构网络总的数据速率为双层超密异构网络总的能量消耗为其中P_sk是信号处理、启动备用电池过程消耗的功率，与基站的发射功率无关，定义双层超密异构网络的能量效率η_EE为整个双层超密异构网络总的数据速率与整个双层超密异构网络总的能量消耗的比值，则双层超密异构网络的能量效率为

5)构建双层超密异构网络的能量效率优化问题：双层超密异构网络能量效率与用户数和各用户所分配到的功率有关，这里通过构造一个优化问题使得在功率分配满足一定约束的条件下双层超密异构网络的能量效率达到最大，优化问题为：

6)解决优化问题完成公平分配：在解决优化问题的同时也充分考虑边缘用户的吞吐量，实现用户公平，具体分配方法如下：令由递归法可以得到由于因此可以得到各基站为其用户所分配的功率为

这种方法针对现有功率分配方法的不公平性，通过在宏小区下部署微基站，构成超密异构网络，把非正交多址接入技术应用于超密异构网络中，当网络接入大量用户时，对这些用户使用非正交多址接入技术，分析网络的能量效率与用户数以及各用户所分配到的功率的关系，构造能量优化问题，按照所提出的功率分配方法为用户分配功率解决此优化问题，找出能量效率达到最大时对应的用户数，把非正交多址接入技术应用于超密异构网络的优点是在相同资源单元上可同时接入多个用户，提高了网络容量，同时通过在宏小区下部署微基站这种部署方法卸载了宏蜂窝的大部分负载给小蜂窝，增大了网络覆盖范围，使移动用户得到更好的用户体验，此功率分配方法的优点在于充分考虑边缘用户的通信质量，复杂度低，操作简单。

这种公平分配超密异构网络功率的方法在保证用户公平性的条件下有效地利用了网络资源、提高了网络容量、增大了网络覆盖范围，这种方法复杂度低、操作简单、适用范围广。

附图说明

图1为实施例的方法流程示意图；

图2为实施例中超密异构网络模型图；

图3为实施例中非正交多址接入技术结合串行干扰消除对用户信号的处理流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

参照图1，一种基于非正交多址接入技术公平分配双层超密异构网络功率的方法，包括如下步骤：

1)构建双层超密异构网络模型：如图2所示，选择区域A内构建一个双层的下行超密异构网络，双层超密异构网络的每层有M_k(k＝1,2)个基站,每个基站的用户数为用i(i∈{1,2,...,M_k})表示第k层的第i个基站，表示第k层的第i个基站的第j个用户，第k层的发射功率为P_tk，总的可用带宽为W；

4)分析双层超密异构网络的能量效率：如图3所示，假设归一化信道系数根据信道增益对接收端的用户信号进行串行干扰消除顺序，任何用户都可以解码信道增益比该用户小的用户，解码时将信道增益比该用户大的用户看作干扰，解码后将信道增益小的用户从接收信号中消除，基于以上串行干扰消除过程，可以得到双层超密异构网络中第k层的第i个基站的第j个用户的信干噪比为双层超密异构网络中第k层的第i个基站的第j个用户的数据速率为双层超密异构网络中第k层的第i个基站总的接收速率为双层超密异构网络中第k层基站总的接收速率为双层超密异构网络总的数据速率为双层超密异构网络总的能量消耗为其中P_sk是信号处理、启动备用电池过程消耗的功率，与基站的发射功率无关，定义双层超密异构网络的能量效率η_EE为整个双层超密异构网络总的数据速率与整个双层超密异构网络总的能量消耗的比值，则双层超密异构网络的能量效率为

采用Jain’s公平指数来衡量本实施例基于非正交多址接入技术公平分配超密异构网络功率的方法的公平性，定义如下：

利用上面的公平指数，在系统参数相同的情况下，本领域技术人员可以得出本实施例技术方案的方法得到的公平指数高于其他方法得到的公平指数。

Claims

1.一种基于非正交多址接入技术公平分配双层超密异构网络功率的方法，其特征是，包括如下步骤：

1)构建双层超密异构网络模型：选择某区域内构建一个两层双层的下行超密异构网络，双层超密异构网络的每层有M_k(k＝1,2)个基站,每个基站的用户数为用i(i∈{1,2,...,M_k})表示第k层的第i个基站，表示第k层的第i个基站的第j个用户，第k层的发射功率为P_tk，总的可用带宽为W；

2)发送端对用户采用非正交多址接入技术：当基站接入个用户时，首先对所有用户的信号进行叠加，基站端的叠加信号可以表示为其中，P_k,i,j表示第k层的第i个基站为其第j个用户分配的功率，各用户的功率根据用户与基站之间的信道增益来分配，信道质量好的用户所分配的发射功率弱，信道质量差的用户所分配的发射功率强，x_k,i,j表示第j个用户的信号，E[|x_k,i,j|²]＝1；

3)接收端对用户采用串行干扰消除：接收端根据信道增益对用户进行串行干扰消除，消除顺序为信道增益上升的顺序，在接收端第j个用户所接受到的信号为y_k,i,j＝h_k,i,jx_k,i+n_k,i,j+I_k,i,l，其中，为第j个用户与服务基站之间的信道系数，g_k,i,j为信道增益，假设信道衰落为瑞利衰落，d_k,i,j为第j个用户与服务基站之间的距离，v为路径损耗，n_k,i,j为第j个用户与服务基站之间的信道噪声，均值为0，方差为I_k,i,l为第j个用户所受到的区间干扰，将信道系数进行归一化，令为归一化信道系数；

4)分析双层超密异构网络的能量效率：假设归一化信道系数根据信道增益对接收端的用户信号进行串行干扰消除顺序，任何用户都可以解码信道增益比该用户小的用户，解码时将信道增益比该用户大的用户看作干扰，解码后将信道增益小的用户从接收信号中消除，基于串行干扰消除过程，可以得到双层超密异构网络中第k层的第i个基站的第j个用户的信干噪比为双层超密异构网络中第k层的第i个基站的第j个用户的数据速率为双层超密异构网络中第k层的第i个基站总的接收速率为双层超密异构网络中第k层基站总的接收速率为双层超密异构网络总的数据速率为双层超密异构网络总的能量消耗为其中P_sk是信号处理、启动备用电池过程消耗的功率，与基站的发射功率无关，定义双层超密异构网络的能量效率η_EE为整个双层超密异构网络总的数据速率与整个双层超密异构网络总的能量消耗的比值，则双层超密异构蜂窝网络的能量效率为

5)构建双层超密异构网络的能量效率优化问题：双层超密异构网络能量效率与用户数和各用户所分配到的功率有关，通过构造一个优化问题使得在功率分配满足一定约束的条件下双层超密异构网络的能量效率达到最大，优化问题为：

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6)解决优化问题完成公平分配：令由递归法可以得到由于因此可以得到各基站为其用户所分配的功率为