CN111885728B - 一种非正交多址接入功率分配方法及系统 - Google Patents

一种非正交多址接入功率分配方法及系统 Download PDF

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CN111885728B CN202010744645.1A CN202010744645A CN111885728B CN 111885728 B CN111885728 B CN 111885728B CN 202010744645 A CN202010744645 A CN 202010744645A CN 111885728 B CN111885728 B CN 111885728B
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Abstract

本发明公开了一种非正交多址接入功率分配方法及系统。该方法包括：将待分配区域的用户划分为多个用户组，并确定各用户组的中继节点；采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，计算各中继节点接收到的信干噪比和信噪比，并由香农定理计算各中继节点对应的功率分配系数的所属范围；对用户组内的各用户接收到的信息进行信干噪比解码和信噪比解码，并计算用户组内前n‑1个用户接收到的信干噪比和用户组内第n个用户接收到的信噪比；由香农定理计算系统的遍历速率和；基于遍历速率和，采用穷举法确定用户组内各用户对应的最优功率分配系数。本发明满足了不同的服务质量需求，降低了系统中断概率，能提高访问效率，降低系统复杂度。

Description

一种非正交多址接入功率分配方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种非正交多址接入功率分配方法及系统。
背景技术
随着移动通信的迅速发展，网络的大规模连通需求日益增加，非正交多址接入(non-orthogonal multiple access，NOMA)作为一种很有前景的技术受到了广泛关注。相对于传统的正交多址接入(orthogonal multiple access，OMA)，NOMA实现了更高的频谱效率，基于功率域实施，通过在发送端采用叠加编码，使得多路用户信号能够在能量域实现复用，最终在接收端通过连续干扰抵消技术分离、解调各路信号，即通过在发射信号中使用功率域共享来容纳更多的用户。为了兼顾用户服务质量需求与公平性，功率分配方案的研究受到了国内外学者的广泛关注。
为了解决无直达径的无线通信，协同中继方案被引入NOMA中，针对不同场景与信道模型，在信道状态信息(CSI)假设下，系统性能研究表明，与传统NOMA相比，协作NOMA的主要优点是能够实现低系统冗余与更好的用户公平性。目前，NOMA功率分配方法存在访问效率低、系统复杂度高的问题。
发明内容
基于此，有必要提供一种高效、低复杂度的非正交多址接入功率分配方法及系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种非正交多址接入功率分配方法，包括：
根据用户服务质量需求将待分配区域的用户划分为多个用户组；
根据基站的服务范围或用户接收能力确定各所述用户组的中继节点；所述中继节点为对应的用户组内的用户；
采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，由从基站到各中继节点的信道参数、从基站到各中继节点的功率分配系数和基站发射的叠加信号计算前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比和第d组用户组的中继节点接收到的信噪比；
基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比或所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，通过对用户组内用户的服务质量需求进行逆向分析，由香农定理计算各所述中继节点对应的功率分配系数的所属范围；
对所述用户组内的各用户接收到的信息进行信干噪比解码和信噪比解码，并由从中继节点到用户组内的各用户的信道参数、从中继节点到用户组内的各用户的功率分配系数和中继节点解码转发的非正交多址接入信号计算所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比；
基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比、所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比、所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，由香农定理计算系统的遍历速率和；
基于所述遍历速率和，采用穷举法确定所述用户组内各用户对应的最优功率分配系数；所述中继节点对应的功率分配系数的所属范围和所述用户组内各用户对应的最优功率分配系数用于实现功率分配。
可选的，所述采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，由从基站到各中继节点的信道参数、从基站到各中继节点的功率分配系数和基站发射的叠加信号计算前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比和第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，具体包括：
确定基站发射的叠加信号；所述叠加信号为
Figure BDA0002607933250000021
其中，a1为从基站到第1组用户组的中继节点的功率分配系数，a2为从基站到第2组用户组的中继节点的功率分配系数，a1+a2＝1，Pt为基站的发射功率，A为第1组用户组的发射信号，B为第2组用户组的发射信号；
基于所述叠加信号确定第m组用户组的中继节点的接收信号
Figure BDA0002607933250000022
其中，
Figure BDA0002607933250000023
为从基站到第m组用户组的中继节点的信道参数，
Figure BDA0002607933250000024
为第一层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声，m∈{1,2}；
基于前d-1组用户组的中继节点的接收信号，采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，计算前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比；其中，第m组用户组的中继节点接收到的信干噪比为
Figure BDA0002607933250000031
其中，ρ为基站发射的信噪比，
Figure BDA0002607933250000032
σ2为
Figure BDA0002607933250000033
的方差；
基于第d组用户组的中继节点的接收信号，采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，计算第d组用户组的中继节点接收到的信噪比
Figure BDA0002607933250000034
其中，
Figure BDA0002607933250000035
为从基站到第d组用户组的中继节点的信道参数。
可选的，所述基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比或所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，通过对用户组内用户的服务质量需求进行逆向分析，由香农定理计算各所述中继节点对应的功率分配系数的所属范围，具体包括：
基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比或所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，由香农定理确定第一表达式和第二表达式；用户组的组号为m，m∈{1,2}；所述第一表达式为
Figure BDA0002607933250000036
所述第二表达式为
Figure BDA0002607933250000037
其中，
Figure BDA0002607933250000038
为第1组用户组的中继节点接收到的信干噪比，R1为第1组用户组用户服务质量需求对应的速率，
Figure BDA0002607933250000039
为第2组用户组的中继节点接收到的信噪比，R2为第2组用户组用户服务质量需求对应的速率；
基于所述第一表达式和所述第二表达式计算第1组用户组的中继节点对应的功率分配系数的所属范围
Figure BDA0002607933250000041
其中，
Figure BDA0002607933250000042
为从基站到第1组用户组的中继节点的信道参数，
Figure BDA0002607933250000043
为从基站到第2组用户组的中继节点的信道参数，ρ为基站发射的信噪比，
Figure BDA0002607933250000044
σ2为
Figure BDA0002607933250000045
的方差，
Figure BDA0002607933250000046
为第一层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声；
基于所述第一表达式和所述第二表达式计算第2组用户组的中继节点对应的功率分配系数的所属范围
Figure BDA0002607933250000047
可选的，所述对所述用户组内的各用户接收到的信息进行信干噪比解码和信噪比解码，并由从中继节点到用户组内的各用户的信道参数、从中继节点到用户组内的各用户的功率分配系数和中继节点解码转发的非正交多址接入信号计算所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，具体包括：
对所述用户组内的用户按照信道质量进行排序，得到各所述用户组对应的序列表；其中，第m组用户组对应的序列表为
Figure BDA0002607933250000048
Figure BDA0002607933250000049
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第1个用户的信道参数，
Figure BDA00026079332500000410
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第n个用户的信道参数，n为第m组用户组内的用户总数；
确定第m组用户组的中继节点的发射信号；m为用户组的组号，m∈{1,2}，其中，第1组用户组的中继节点的发射信号
Figure BDA00026079332500000411
第2组用户组的中继节点的发射信号
Figure BDA00026079332500000412
b1为从第1组用户组的中继节点到第1组用户组内的第1个用户的功率分配系数，b2为从第1组用户组的中继节点到第1组用户组内的第i个用户的功率分配系数，i为第1组用户组内的用户总数，x1为第1组用户组的内第1个用户对应的发射信号，xi为第1组用户组的内第i个用户对应发射信号，
Figure BDA0002607933250000051
为第1组用户组的传输功率，
Figure BDA0002607933250000052
a1为从基站到第1组用户组的中继节点的功率分配系数，Pt为基站的发射功率；c1为从第2组用户组的中继节点到第2组用户组内的第1个用户的功率分配系数，bj为从第2组用户组的中继节点到第2组用户组内的第j个用户的功率分配系数，j为第2组用户组内的用户总数，z1为第2组用户组的内第1个用户对应发射信号，zj为第2组用户组的内第j个用户对应的发射信号，
Figure BDA0002607933250000053
为第2组用户组的传输功率，
Figure BDA0002607933250000054
a2为从基站到第2组用户组的中继节点的功率分配系数；
基于所述第m组用户组的中继节点的发射信号确定第m组用户组内的第n个用户的接收信号
Figure BDA0002607933250000055
其中，
Figure BDA0002607933250000056
为第m组用户组的中继节点的发射信号，
Figure BDA0002607933250000057
为第二层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声；
基于第m组用户组内的第n个用户的接收信号，对所述用户组内的各用户接收到的信息进行信干噪比解码和信噪比解码，计算所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比；
其中，第m组用户组内第v个用户接收到的信干噪比为
Figure BDA0002607933250000058
Figure BDA0002607933250000059
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第v个用户的信道参数，bm为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第v个用户的功率分配系数，be为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第e个用户的功率分配系数，n为第m组用户组内的用户总数，ξm为第m组用户组的传输信噪比；
其中，第m组用户组内第n个用户接收到的信噪比为
Figure BDA0002607933250000061
bn为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第n个用户的功率分配系数。
可选的，所述基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比、所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比、所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，由香农定理计算系统的遍历速率和，具体包括：
基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比、所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比、所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，由香农定理计算第m组用户组的遍历可达速率
Figure BDA0002607933250000062
其中，
Figure BDA0002607933250000063
为第m组用户组内的第τ个用户的遍历可达速率，
Figure BDA0002607933250000064
Figure BDA0002607933250000065
为第m组用户组的中继节点接收到的信干噪比或第m组用户组的中继节点接收到的信噪比，
Figure BDA0002607933250000066
为第m组用户组内第τ个用户接收到的信干噪比；
由所述遍历可达速率得到系统的遍历速率和
Figure BDA0002607933250000067
其中，
Figure BDA0002607933250000068
为第1组用户组的遍历可达速率，
Figure BDA0002607933250000069
为第2组用户组的遍历可达速率。
本发明还提供了一种非正交多址接入功率分配系统，包括：
划分模块，用于根据用户服务质量需求将待分配区域的用户划分为多个用户组；
中继节点确定模块，用于根据基站的服务范围或用户接收能力确定各所述用户组的中继节点；所述中继节点为对应的用户组内的用户；
第一计算模块，用于采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，由从基站到各中继节点的信道参数、从基站到各中继节点的功率分配系数和基站发射的叠加信号计算前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比和第d组用户组的中继节点接收到的信噪比；
第二计算模块，用于基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比或所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，通过对用户组内用户的服务质量需求进行逆向分析，由香农定理计算各所述中继节点对应的功率分配系数的所属范围；
第三计算模块，用于对所述用户组内的各用户接收到的信息进行信干噪比解码和信噪比解码，并由从中继节点到用户组内的各用户的信道参数、从中继节点到用户组内的各用户的功率分配系数和中继节点解码转发的非正交多址接入信号计算所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比；
第四计算模块，用于基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比、所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比、所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，由香农定理计算系统的遍历速率和；
第五计算模块，用于基于所述遍历速率和，采用穷举法确定所述用户组内各用户对应的最优功率分配系数；所述中继节点对应的功率分配系数的所属范围和所述用户组内各用户对应的最优功率分配系数用于实现功率分配。
可选的，所述第一计算模块，具体包括：
基站发射信号确定单元，用于确定基站发射的叠加信号；所述叠加信号为
Figure BDA0002607933250000071
其中，a1为从基站到第1组用户组的中继节点的功率分配系数，a2为从基站到第2组用户组的中继节点的功率分配系数，a1+a2＝1，Pt为基站的发射功率，A为第1组用户组的发射信号，B为第2组用户组的发射信号；
中继节点接收信号确定单元，用于基于所述叠加信号确定第m组用户组的中继节点的接收信号
Figure BDA0002607933250000081
其中，
Figure BDA0002607933250000082
为从基站到第m组用户组的中继节点的信道参数，
Figure BDA0002607933250000083
为第一层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声，m∈{1,2}；
第一计算单元，用于基于前d-1组用户组的中继节点的接收信号，采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，计算前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比；其中，第m组用户组的中继节点接收到的信干噪比为
Figure BDA0002607933250000084
其中，ρ为基站发射的信噪比，
Figure BDA0002607933250000085
σ2为
Figure BDA0002607933250000086
的方差；
第二计算单元，用于基于第d组用户组的中继节点的接收信号，采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，计算第d组用户组的中继节点接收到的信噪比
Figure BDA0002607933250000087
其中，
Figure BDA0002607933250000088
为从基站到第d组用户组的中继节点的信道参数。
可选的，所述第二计算模块，具体包括：
表达式确定单元，用于基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比或所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，由香农定理确定第一表达式和第二表达式；用户组的组号为m，m∈{1,2}；所述第一表达式为
Figure BDA0002607933250000089
所述第二表达式为
Figure BDA00026079332500000810
其中，
Figure BDA00026079332500000811
为第1组用户组的中继节点接收到的信干噪比，R1为第1组用户组用户服务质量需求对应的速率，
Figure BDA00026079332500000812
为第2组用户组的中继节点接收到的信噪比，R2为第2组用户组用户服务质量需求对应的速率；
第三计算单元，用于基于所述第一表达式和所述第二表达式计算第1组用户组的中继节点对应的功率分配系数的所属范围
Figure BDA0002607933250000091
其中，
Figure BDA0002607933250000092
为从基站到第1组用户组的中继节点的信道参数，
Figure BDA0002607933250000093
为从基站到第2组用户组的中继节点的信道参数，ρ为基站发射的信噪比，
Figure BDA0002607933250000094
σ2为
Figure BDA0002607933250000095
的方差，
Figure BDA0002607933250000096
为第一层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声；
第四计算单元，用于基于所述第一表达式和所述第二表达式计算第2组用户组的中继节点对应的功率分配系数的所属范围
Figure BDA0002607933250000097
可选的，所述第三计算模块，具体包括：
排序单元，用于对所述用户组内的用户按照信道质量进行排序，得到各所述用户组对应的序列表；其中，第m组用户组对应的序列表为
Figure BDA0002607933250000098
Figure BDA0002607933250000099
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第1个用户的信道参数，
Figure BDA00026079332500000910
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第n个用户的信道参数，n为第m组用户组内的用户总数；
中继节点发射信号确定单元，用于确定第m组用户组的中继节点的发射信号；m为用户组的组号，m∈{1,2}，其中，第1组用户组的中继节点的发射信号
Figure BDA00026079332500000911
第2组用户组的中继节点的发射信号
Figure BDA00026079332500000912
b1为从第1组用户组的中继节点到第1组用户组内的第1个用户的功率分配系数，b2为从第1组用户组的中继节点到第1组用户组内的第i个用户的功率分配系数，i为第1组用户组内的用户总数，x1为第1组用户组的内第1个用户对应的发射信号，xi为第1组用户组的内第i个用户对应发射信号，
Figure BDA0002607933250000101
为第1组用户组的传输功率，
Figure BDA0002607933250000102
a1为从基站到第1组用户组的中继节点的功率分配系数，Pt为基站的发射功率；c1为从第2组用户组的中继节点到第2组用户组内的第1个用户的功率分配系数，bj为从第2组用户组的中继节点到第2组用户组内的第j个用户的功率分配系数，j为第2组用户组内的用户总数，z1为第2组用户组的内第1个用户对应发射信号，zj为第2组用户组的内第j个用户对应的发射信号，
Figure BDA0002607933250000103
为第2组用户组的传输功率，
Figure BDA0002607933250000104
a2为从基站到第2组用户组的中继节点的功率分配系数；
用户接收信号确定单元，用于基于所述第m组用户组的中继节点的发射信号确定第m组用户组内的第n个用户的接收信号
Figure BDA0002607933250000105
其中，
Figure BDA0002607933250000106
为第m组用户组的中继节点的发射信号，
Figure BDA0002607933250000107
为第二层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声；
第五计算单元，用于基于第m组用户组内的第n个用户的接收信号，对所述用户组内的各用户接收到的信息进行信干噪比解码和信噪比解码，计算所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比；
其中，第m组用户组内第v个用户接收到的信干噪比为
Figure BDA0002607933250000108
Figure BDA0002607933250000109
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第v个用户的信道参数，bm为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第v个用户的功率分配系数，be为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第e个用户的功率分配系数，n为第m组用户组内的用户总数，ξm为第m组用户组的传输信噪比；
其中，第m组用户组内第n个用户接收到的信噪比为
Figure BDA0002607933250000111
bn为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第n个用户的功率分配系数。
可选的，所述第四计算模块，具体包括：
第六计算单元，用于基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比、所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比、所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，由香农定理计算第m组用户组的遍历可达速率
Figure BDA0002607933250000112
其中，
Figure BDA0002607933250000113
为第m组用户组内的第τ个用户的遍历可达速率，
Figure BDA0002607933250000114
Figure BDA0002607933250000115
为第m组用户组的中继节点接收到的信干噪比或第m组用户组的中继节点接收到的信噪比，
Figure BDA0002607933250000116
为第m组用户组内第τ个用户接收到的信干噪比；
第七计算单元，用于由所述遍历可达速率得到系统的遍历速率和
Figure BDA0002607933250000117
其中，
Figure BDA0002607933250000118
为第1组用户组的遍历可达速率，
Figure BDA0002607933250000119
为第2组用户组的遍历可达速率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种非正交多址接入功率分配方法及系统，针对不同区域多用户不同服务质量(quality-of-service，QoS)需求，基于QoS需求和信道质量差异进行先分组后分层，提出组间、组内不同层传输过程中的功率分配方法。该方法或系统通过考虑组间、组内用户的性能效率和系统中断概率，一方面尽可能满足组内用户需求，最大化组内总速率，另一方面尽可能降低系统中断概率，最小化组间端到端(device-to-device，D2D)中继节点的中断概率，确定各层传输的功率分配系数的范围，最后通过穷举遍历法获得组内各用户对应的最优功率分配系数。本发明采用分层的NOMA传输和D2D方式相结合，既满足不同的QoS，又降低了中断概率，较大程度的提高了系统资源访问效率，显著降低了功率分配过程中的计算复杂度。
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性的前提下，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非正交多址接入功率分配方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的非正交多址接入功率分配的模型图；
图3为本发明实施例提供的非正交多址接入功率分配系统的结构示意图。
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。
为了解决无直达径的无线通信，协同中继方案被引入NOMA中，针对不同场景与信道模型，在信道状态信息(CSI)假设下，系统性能研究表明，与传统NOMA相比，协作NOMA的主要优点是能够实现低系统冗余与更好的用户公平性。为了能够在多用户间实现更有效地访问，D2D辅助协作中继通信已经成为一种新的尝试。通过将端到端(D2D)引入NOMA，可以实现更高的频谱效率和更大的系统容量。然而，功率分配(power allocation，PA)尤其是在多用户场景中是困难和复杂的。目前，一些高级算法的研究与优化可以解决部分问题，但普遍需要大量的计算才能获得最优解，增加了系统的复杂性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的非正交多址接入功率分配方法的流程图。
参见图1，本实施例的非正交多址接入功率分配方法，包括：
步骤101：根据用户服务质量需求将待分配区域的用户划分为多个用户组。
具体的，采集将待分配区域的用户信息，根据服务质量需求划分不同用户组。用户数量多对高质量服务的需求较多，相应的目标数据率或阈值也较高，定义为第1用户组；相反，用户数量少的服务质量需求相对较低，其目标数据速率也较低，定义为第2用户组。如此，可以根据待分配区域的用户的数量或服务质量阈值，确定两个组。
步骤102：根据基站的服务范围或用户接收能力确定各所述用户组的中继节点。所述中继节点为对应的用户组内的用户。
具体的，所述中继节点为对应的用户组内具有最佳接收能力的用户。在划分好的用户组内的用户中，根据基站有效服务范围或者选择具有最佳接收能力的组内部用户作为“中继节点”，以解码转发来自基站的组内发射信号，中继节点如图2中的D1和D2所示。本实施例采用分层传输，第一层是从基站传输到中继节点，第二层是由中继节点传输至组内各用户。
步骤103：采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，由从基站到各中继节点的信道参数、从基站到各中继节点的功率分配系数和基站发射的叠加信号计算前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比和第d组用户组的中继节点接收到的信噪比。其中，解码规则可以采用连续干扰抵消技术(SIC)。
步骤103，具体包括：
1)确定基站发射的叠加信号；所述叠加信号为
Figure BDA0002607933250000131
其中，a1为从基站到第1组用户组的中继节点的功率分配系数，a2为从基站到第2组用户组的中继节点的功率分配系数，a1+a2＝1，Pt为基站的发射功率，A为第1组用户组的发射信号，B为第2组用户组的发射信号。
2)基于所述叠加信号确定第m组用户组的中继节点的接收信号
Figure BDA0002607933250000132
其中，
Figure BDA0002607933250000133
为从基站到第m组用户组的中继节点的信道参数，
Figure BDA0002607933250000134
为第一层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声(AWGN)，
Figure BDA0002607933250000135
的均值为0，方差为σ2，m∈{1,2}。
3)基于前d-1组用户组的中继节点的接收信号，采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，将信号B作为噪声来解码A，并利用SIC获取信号B，计算前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比(SINR)，其中，第m组用户组的中继节点接收到的信干噪比
Figure BDA0002607933250000141
其中，ρ为基站发射的信噪比，为了分析方便，定义
Figure BDA0002607933250000142
σ2为
Figure BDA0002607933250000143
的方差。
4)基于第d组用户组的中继节点的接收信号，采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，计算第d组用户组的中继节点接收到的信噪比(SNR)
Figure BDA0002607933250000144
其中，
Figure BDA0002607933250000145
为从基站到第d组用户组的中继节点的信道参数。
步骤104：基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比或所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，通过对用户组内用户的服务质量需求进行逆向分析，由香农定理计算各所述中继节点对应的功率分配系数的所属范围。
步骤104，具体包括：
1)第一层功率分配系数与目标数据率有关，判断
Figure BDA0002607933250000146
是否成立，从而确定先进行解码的信号。不失一般性，根据采集到的数据可知，第1用户组的用户数与QoS需求高于第二组用户组，可以得到a1≥a2。根据上述步骤中的第一层功率分配准则，功率分配系数a1和a2可以从每一用户组的预先判断的数据率逆向推导。假设第1用户组QoS需求对应的速率为R1bps/Hz，第2用户组的速率为R2bps/Hz。这样在步骤103的基础上，基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比或所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，由香农定理(Shannon)确定第一表达式和第二表达式。
所述第一表达式为
Figure BDA0002607933250000151
所述第二表达式为
Figure BDA0002607933250000152
其中，
Figure BDA0002607933250000153
为第1组用户组的中继节点接收到的信干噪比，R1为第1组用户组用户服务质量需求对应的速率，
Figure BDA0002607933250000154
为第2组用户组的中继节点接收到的信噪比，R2为第2组用户组用户服务质量需求对应的速率。
2)基于所述第一表达式和所述第二表达式计算第1组用户组的中继节点对应的功率分配系数的所属范围，即第1组用户组的中继节点对应的功率分配系数的上下界
Figure BDA0002607933250000155
其中，
Figure BDA0002607933250000156
为从基站到第1组用户组的中继节点的信道参数，
Figure BDA0002607933250000157
为从基站到第2组用户组的中继节点的信道参数，ρ为基站发射的信噪比，
Figure BDA0002607933250000158
σ2为
Figure BDA0002607933250000159
的方差，
Figure BDA00026079332500001510
为第一层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声。
3)基于所述第一表达式和所述第二表达式计算第2组用户组的中继节点对应的功率分配系数的所属范围，即第2组用户组的中继节点对应的功率分配系数的上下界
Figure BDA00026079332500001511
如此，基于第一层NOMA的分组用户数量与QoS需求的逆向功率分配方法，既保证了每组QoS需求，又满足了中继节点约束条件。
在实际应用中，按照步骤104的PA准则可以进行后续分析和数值模拟。尤其在数值分析中，判断a1和a2的取值是否满足θ1和θ2的量程要求，只有在满足量程要求后，才可以继续第二层的传输分析。
步骤105：对所述用户组内的各用户接收到的信息进行信干噪比解码和信噪比解码，并由从中继节点到用户组内的各用户的信道参数、从中继节点到用户组内的各用户的功率分配系数和中继节点解码转发的非正交多址接入信号计算所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比。
步骤105，具体包括：
1)在取值满足步骤104的第一层功率分配系数的所属范围后，考虑第二层NOMA传输，即由中继节点至组内各用户。该阶段，在第m个用户组的中继节点处提出一种端到端(D2D)策略，即，所选择的最近或者最佳接收用户将接收到的叠加信号
Figure BDA0002607933250000161
组内信息解码，然后转发重建的新NOMA信号
Figure BDA0002607933250000162
至组内用户。
对所述用户组内的用户按照信道质量进行排序，得到各所述用户组对应的序列表；不失一般性，假设第m组用户组对应的序列表为
Figure BDA0002607933250000163
Figure BDA0002607933250000164
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第1个用户的信道参数，
Figure BDA0002607933250000165
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第n个用户的信道参数，n为第m组用户组内的用户总数。
NOMA的使用意味着对于D1，有b1≥…bi且
Figure BDA0002607933250000166
对于D2，有c1≥…cj且
Figure BDA0002607933250000167
其中，bn、cn代表新的功率分配系数，此为第二层功率分配方案。
2)确定第m组用户组的中继节点的发射信号；m为用户组的组号，m∈{1,2}，其中，第1组用户组的中继节点的发射信号
Figure BDA0002607933250000168
第2组用户组的中继节点的发射信号
Figure BDA0002607933250000169
b1为从第1组用户组的中继节点到第1组用户组内的第1个用户的功率分配系数，b2为从第1组用户组的中继节点到第1组用户组内的第i个用户的功率分配系数，i为第1组用户组内的用户总数，x1为第1组用户组的内第1个用户对应的发射信号，xi为第1组用户组的内第i个用户对应发射信号，
Figure BDA00026079332500001610
为第1组用户组的传输功率，
Figure BDA00026079332500001611
a1为从基站到第1组用户组的中继节点的功率分配系数，Pt为基站的发射功率；c1为从第2组用户组的中继节点到第2组用户组内的第1个用户的功率分配系数，bj为从第2组用户组的中继节点到第2组用户组内的第j个用户的功率分配系数，j为第2组用户组内的用户总数，z1为第2组用户组的内第1个用户对应发射信号，zj为第2组用户组的内第j个用户对应的发射信号，
Figure BDA0002607933250000171
为第2组用户组的传输功率，
Figure BDA0002607933250000172
a2为从基站到第2组用户组的中继节点的功率分配系数。
3)基于所述第m组用户组的中继节点的发射信号确定第m组用户组内的第n个用户的接收信号
Figure BDA0002607933250000173
其中，
Figure BDA0002607933250000174
为第m组用户组的中继节点的发射信号，
Figure BDA0002607933250000175
为第二层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声，
Figure BDA0002607933250000176
的均值为0，方差为σ2。
4)基于第m组用户组内的第n个用户的接收信号，对所述用户组内的各用户接收到的信息进行信干噪比解码和信噪比解码，计算所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比。
第m组用户组内第v个用户接收到的信干噪比为
Figure BDA0002607933250000177
Figure BDA0002607933250000178
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第v个用户的信道参数，bm为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第v个用户的功率分配系数，be为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第e个用户的功率分配系数，n为第m组用户组内的用户总数，ξm为第m组用户组的传输信噪比。
其中，第m组用户组内第n个用户接收到的信噪比为
Figure BDA0002607933250000179
bn为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第n个用户的功率分配系数。
本实施例中m∈{1,2}，为了实现信号的接收和解码，在第1组用户组中，用户1到用户i-1将接收到的信息进行信干噪比解码，而用户i将接收到的信息进行信噪比解码，xk(1≤k≤i-1)对应的信干噪比和xi的信噪比分别为
Figure BDA0002607933250000181
Figure BDA0002607933250000182
其中，
Figure BDA0002607933250000183
第2组用户组可以以同样的方式获得，因此，对应的zl(1≤l≤j-1)有效信干噪比与zj对应的信噪比可以表示为：
Figure BDA0002607933250000184
Figure BDA0002607933250000185
其中，
Figure BDA0002607933250000186
步骤106：基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比、所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比、所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，由香农定理计算系统的遍历速率和。
步骤106，具体包括：
1)基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比、所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比、所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，由香农定理计算第m组用户组的遍历可达速率
Figure BDA0002607933250000191
其中，
Figure BDA0002607933250000192
为第m组用户组内的第τ个用户的遍历可达速率，
Figure BDA0002607933250000193
Figure BDA0002607933250000194
为第m组用户组的中继节点接收到的信干噪比或第m组用户组的中继节点接收到的信噪比，
Figure BDA0002607933250000195
为第m组用户组内第τ个用户接收到的信干噪比。
2)对于两组用户组，由组内用户的相关速率表达式，利用互补累积分布函数(CCDF)和概率密度函数(PDF)，可以得到两组内所有用户的遍历可达速率，其中，第1组用户组的遍历可达速率为
Figure BDA0002607933250000196
第2组用户组的遍历可达速率
Figure BDA0002607933250000197
3)由所述遍历可达速率得到系统的遍历速率和
Figure BDA0002607933250000198
步骤107：基于所述遍历速率和，采用穷举法确定所述用户组内各用户对应的最优功率分配系数；所述中继节点对应的功率分配系数的所属范围和所述用户组内各用户对应的最优功率分配系数用于实现功率分配。
遍历bn、cn，通过穷举符合条件功率分配系数的方法，获得Csum最大时对应的功率分配系数，得到最优功率分配系数，最优功率分配系数即为系统容量满足需求的最优功率系数组合。至此，系统的一个性能指标可达速率和就得以解决了。
下面对上述非正交多址接入功率分配方法进行性能分析，以验证该方法的有效性。
在第一层与第二层功率分配系数确定的基础上，考虑系统的另一个性能指标，中断概率。根据用户所需的QoS，每个用户都有一个预定的目标数据。当链路容量不能满足所需的用户速率时，将发生通信中断。分析过程，可根据第1组用户组中的用户k的目标率R1k，预定义目标速率阈值
Figure BDA0002607933250000199
计算中断概率O1。对于第1组用户组中的用户l，也可以采用类似的分析方法得到中断概率O2，其中目标速率阈值设为R2l。计算过程如下所示：
Figure BDA0002607933250000201
为简化计算，进一步设
Figure BDA0002607933250000202
G1k的精确表达式可以描述为
Figure BDA0002607933250000203
在上述功率分配系数基础上，经数学分析与计算，可得第1组用户组的中断概率的闭式表达式
Figure BDA0002607933250000204
类似的分析，相应地，第2组用户组的中断概率的闭式表达式
Figure BDA0002607933250000205
最后，分情况讨论各组与系统的中断概率，即，在三种情况下分别采用上述方法对第1组用户组和第2组用户组的中断概率性能进行数值分析。仿真结果表明，采用上述方法在中断概率性能上大约提升了9dB，体现了上述非正交多址接入功率分配方法的性能优势，从而提升了访问效率，降低了计算复杂度，实现了最佳资源效率。
本发明还提供了一种非正交多址接入功率分配系统，图3为本发明实施例提供的非正交多址接入功率分配系统的结构示意图。
参见图3，本实施例的非正交多址接入功率分配系统，包括：
划分模块301，用于根据用户服务质量需求将待分配区域的用户划分为多个用户组。
中继节点确定模块302，用于根据基站的服务范围或用户接收能力确定各所述用户组的中继节点；所述中继节点为对应的用户组内的用户。
第一计算模块303，用于采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，由从基站到各中继节点的信道参数、从基站到各中继节点的功率分配系数和基站发射的叠加信号计算前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比和第d组用户组的中继节点接收到的信噪比。
第二计算模块304，用于基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比或所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，通过对用户组内用户的服务质量需求进行逆向分析，由香农定理计算各所述中继节点对应的功率分配系数的所属范围。
第三计算模块305，用于对所述用户组内的各用户接收到的信息进行信干噪比解码和信噪比解码，并由从中继节点到用户组内的各用户的信道参数、从中继节点到用户组内的各用户的功率分配系数和中继节点解码转发的非正交多址接入信号计算所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比。
第四计算模块306，用于基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比、所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比、所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，由香农定理计算系统的遍历速率和。
第五计算模块307，用于基于所述遍历速率和，采用穷举法确定所述用户组内各用户对应的最优功率分配系数；所述中继节点对应的功率分配系数的所属范围和所述用户组内各用户对应的最优功率分配系数用于实现功率分配。
作为一种可选的实施方式，所述第一计算模块303，具体包括：
基站发射信号确定单元，用于确定基站发射的叠加信号；所述叠加信号为
Figure BDA0002607933250000211
其中，a1为从基站到第1组用户组的中继节点的功率分配系数，a2为从基站到第2组用户组的中继节点的功率分配系数，a1+a2＝1，Pt为基站的发射功率，A为第1组用户组的发射信号，B为第2组用户组的发射信号。
中继节点接收信号确定单元，用于基于所述叠加信号确定第m组用户组的中继节点的接收信号
Figure BDA0002607933250000221
其中，
Figure BDA00026079332500002211
为从基站到第m组用户组的中继节点的信道参数，
Figure BDA0002607933250000222
为第一层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声，m∈{1,2}。
第一计算单元，用于基于前d-1组用户组的中继节点的接收信号，采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，计算前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比；其中，第m组用户组的中继节点接收到的信干噪比为
Figure BDA0002607933250000223
其中，ρ为基站发射的信噪比，
Figure BDA0002607933250000224
σ2为
Figure BDA0002607933250000225
的方差。
第二计算单元，用于基于第d组用户组的中继节点的接收信号，采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，计算第d组用户组的中继节点接收到的信噪比
Figure BDA0002607933250000226
其中，
Figure BDA0002607933250000227
为从基站到第d组用户组的中继节点的信道参数。
作为一种可选的实施方式，所述第二计算模块304，具体包括：
表达式确定单元，用于基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比或所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，由香农定理确定第一表达式和第二表达式；用户组的组号为m，m∈{1,2}；所述第一表达式为
Figure BDA0002607933250000228
所述第二表达式为
Figure BDA0002607933250000229
其中，
Figure BDA00026079332500002210
为第1组用户组的中继节点接收到的信干噪比，R1为第1组用户组用户服务质量需求对应的速率，
Figure BDA0002607933250000231
为第2组用户组的中继节点接收到的信噪比，R2为第2组用户组用户服务质量需求对应的速率。
第三计算单元，用于基于所述第一表达式和所述第二表达式计算第1组用户组的中继节点对应的功率分配系数的所属范围
Figure BDA0002607933250000232
其中，
Figure BDA0002607933250000233
为从基站到第1组用户组的中继节点的信道参数，
Figure BDA0002607933250000234
为从基站到第2组用户组的中继节点的信道参数，ρ为基站发射的信噪比，
Figure BDA0002607933250000235
σ2为
Figure BDA0002607933250000236
的方差，
Figure BDA0002607933250000237
为第一层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声。
第四计算单元，用于基于所述第一表达式和所述第二表达式计算第2组用户组的中继节点对应的功率分配系数的所属范围
Figure BDA0002607933250000238
作为一种可选的实施方式，所述第三计算模块305，具体包括：
排序单元，用于对所述用户组内的用户按照信道质量进行排序，得到各所述用户组对应的序列表；其中，第m组用户组对应的序列表为
Figure BDA0002607933250000239
Figure BDA00026079332500002310
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第1个用户的信道参数，
Figure BDA00026079332500002311
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第n个用户的信道参数，n为第m组用户组内的用户总数。
中继节点发射信号确定单元，用于确定第m组用户组的中继节点的发射信号；m为用户组的组号，m∈{1,2}，其中，第1组用户组的中继节点的发射信号
Figure BDA00026079332500002312
第2组用户组的中继节点的发射信号
Figure BDA0002607933250000241
b1为从第1组用户组的中继节点到第1组用户组内的第1个用户的功率分配系数，b2为从第1组用户组的中继节点到第1组用户组内的第i个用户的功率分配系数，i为第1组用户组内的用户总数，x1为第1组用户组的内第1个用户对应的发射信号，xi为第1组用户组的内第i个用户对应发射信号，
Figure BDA0002607933250000242
为第1组用户组的传输功率，
Figure BDA0002607933250000243
a1为从基站到第1组用户组的中继节点的功率分配系数，Pt为基站的发射功率；c1为从第2组用户组的中继节点到第2组用户组内的第1个用户的功率分配系数，bj为从第2组用户组的中继节点到第2组用户组内的第j个用户的功率分配系数，j为第2组用户组内的用户总数，z1为第2组用户组的内第1个用户对应发射信号，zj为第2组用户组的内第j个用户对应的发射信号，
Figure BDA0002607933250000244
为第2组用户组的传输功率，
Figure BDA0002607933250000245
a2为从基站到第2组用户组的中继节点的功率分配系数。
用户接收信号确定单元，用于基于所述第m组用户组的中继节点的发射信号确定第m组用户组内的第n个用户的接收信号
Figure BDA0002607933250000246
其中，
Figure BDA0002607933250000247
为第m组用户组的中继节点的发射信号，
Figure BDA0002607933250000248
为第二层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声。
第五计算单元，用于基于第m组用户组内的第n个用户的接收信号，对所述用户组内的各用户接收到的信息进行信干噪比解码和信噪比解码，计算所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比；
其中，第m组用户组内第v个用户接收到的信干噪比为
Figure BDA0002607933250000249
Figure BDA00026079332500002410
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第v个用户的信道参数，bm为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第v个用户的功率分配系数，be为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第e个用户的功率分配系数，n为第m组用户组内的用户总数，ξm为第m组用户组的传输信噪比；
其中，第m组用户组内第n个用户接收到的信噪比为
Figure BDA0002607933250000251
bn为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第n个用户的功率分配系数。
作为一种可选的实施方式，所述第四计算模块306，具体包括：
第六计算单元，用于基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比、所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比、所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，由香农定理计算第m组用户组的遍历可达速率
Figure BDA0002607933250000252
其中，
Figure BDA0002607933250000253
为第m组用户组内的第τ个用户的遍历可达速率，
Figure BDA0002607933250000254
Figure BDA0002607933250000255
为第m组用户组的中继节点接收到的信干噪比或第m组用户组的中继节点接收到的信噪比，
Figure BDA0002607933250000256
为第m组用户组内第τ个用户接收到的信干噪比。
第七计算单元，用于由所述遍历可达速率得到系统的遍历速率和
Figure BDA0002607933250000257
其中，
Figure BDA0002607933250000258
为第1组用户组的遍历可达速率，
Figure BDA0002607933250000259
为第2组用户组的遍历可达速率。
本实施例的非正交多址接入功率分配系统，以高效、低复杂度的功率分配(PA)为出发点。对于不同区域的多个用户有不同的服务质量需求，本实施例分析分层传输。第一层，根据不同区域用户，即，各组用户总QoS需求来执行功率分配。第二层，根据同一区域内用户，即，组内用户的信道质量进行排序，兼顾用户公平性，信道质量差的用户分配的功率多，相反，信道质量好的用户分配功率少。第一层的传输中，是由QoS反向推导PA的值范围，并进行取值；第二层的传输中，则由信道质量好差的排序来决定PA值。此外，可以在区域中各自选择一个强的接收用户充当中继节点，进行第二层传输信息的解码转发。分层端到端的NOMA简化了多用户系统功率分配方法，降低了系统总的中断概率，提高了资源利用效率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种非正交多址接入功率分配方法，其特征在于，包括：
根据用户服务质量需求将待分配区域的用户划分为多个用户组；
根据基站的服务范围或用户接收能力确定各所述用户组的中继节点；所述中继节点为对应的用户组内的用户；
采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，由从基站到各中继节点的信道参数、从基站到各中继节点的功率分配系数和基站发射的叠加信号计算前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比和第d组用户组的中继节点接收到的信噪比；d表示用户组总数，d＝2；第1组用户组比第2组用户组的用户数量多，对高质量服务的需求多，相应的目标数据率或阈值也高；
基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比或所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，通过对用户组内用户的服务质量需求进行逆向分析，由香农定理计算各所述中继节点对应的功率分配系数的所属范围；
对所述用户组内的各用户接收到的信息进行信干噪比解码和信噪比解码，并由从中继节点到用户组内的各用户的信道参数、从中继节点到用户组内的各用户的功率分配系数和中继节点解码转发的非正交多址接入信号计算所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比；
基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比、所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比、所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，由香农定理计算系统的遍历速率和；n为第m组用户组内的用户总数；m为用户组的组号，m∈{1,2}；
基于所述遍历速率和，采用穷举法确定所述用户组内各用户对应的最优功率分配系数；所述中继节点对应的功率分配系数的所属范围和所述用户组内各用户对应的最优功率分配系数用于实现功率分配。
2.根据权利要求1所述的一种非正交多址接入功率分配方法，其特征在于，所述采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，由从基站到各中继节点的信道参数、从基站到各中继节点的功率分配系数和基站发射的叠加信号计算前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比和第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，具体包括：
确定基站发射的叠加信号；所述叠加信号为
Figure FDA0003763587030000021
其中，a1为从基站到第1组用户组的中继节点的功率分配系数，a2为从基站到第2组用户组的中继节点的功率分配系数，a1+a2＝1，Pt为基站的发射功率，A为第1组用户组的发射信号，B为第2组用户组的发射信号；
基于所述叠加信号确定第m组用户组的中继节点的接收信号
Figure FDA0003763587030000022
其中，
Figure FDA0003763587030000023
为从基站到第m组用户组的中继节点的信道参数，
Figure FDA0003763587030000024
为第一层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声；
基于前d-1组用户组的中继节点的接收信号，采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，计算前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比；其中，第m组用户组的中继节点接收到的信干噪比为
Figure FDA0003763587030000025
其中，ρ为基站发射的信噪比，
Figure FDA0003763587030000026
σ2为
Figure FDA0003763587030000027
的方差；
基于第d组用户组的中继节点的接收信号，采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，计算第d组用户组的中继节点接收到的信噪比
Figure FDA0003763587030000028
其中，
Figure FDA0003763587030000029
为从基站到第d组用户组的中继节点的信道参数。
3.根据权利要求1所述的一种非正交多址接入功率分配方法，其特征在于，所述基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比或所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，通过对用户组内用户的服务质量需求进行逆向分析，由香农定理计算各所述中继节点对应的功率分配系数的所属范围，具体包括：
基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比或所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，由香农定理确定第一表达式和第二表达式；所述第一表达式为
Figure FDA0003763587030000031
所述第二表达式为
Figure FDA0003763587030000032
其中，
Figure FDA0003763587030000033
为第1组用户组的中继节点接收到的信干噪比，R1为第1组用户组用户服务质量需求对应的速率，
Figure FDA0003763587030000034
为第2组用户组的中继节点接收到的信噪比，R2为第2组用户组用户服务质量需求对应的速率；
基于所述第一表达式和所述第二表达式计算第1组用户组的中继节点对应的功率分配系数的所属范围
Figure FDA0003763587030000035
其中，
Figure FDA0003763587030000036
为从基站到第1组用户组的中继节点的信道参数，
Figure FDA0003763587030000037
为从基站到第2组用户组的中继节点的信道参数，ρ为基站发射的信噪比，
Figure FDA0003763587030000038
σ2为
Figure FDA0003763587030000039
的方差，
Figure FDA00037635870300000310
为第一层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声；
基于所述第一表达式和所述第二表达式计算第2组用户组的中继节点对应的功率分配系数的所属范围
Figure FDA00037635870300000311
4.根据权利要求1所述的一种非正交多址接入功率分配方法，其特征在于，所述对所述用户组内的各用户接收到的信息进行信干噪比解码和信噪比解码，并由从中继节点到用户组内的各用户的信道参数、从中继节点到用户组内的各用户的功率分配系数和中继节点解码转发的非正交多址接入信号计算所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，具体包括：
对所述用户组内的用户按照信道质量进行排序，得到各所述用户组对应的序列表；其中，第m组用户组对应的序列表为
Figure FDA0003763587030000041
Figure FDA0003763587030000042
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第1个用户的信道参数，
Figure FDA0003763587030000043
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第n个用户的信道参数；
确定第m组用户组的中继节点的发射信号；其中，第1组用户组的中继节点的发射信号
Figure FDA0003763587030000044
第2组用户组的中继节点的发射信号
Figure FDA0003763587030000045
b1为从第1组用户组的中继节点到第1组用户组内的第1个用户的功率分配系数，bi为从第1组用户组的中继节点到第1组用户组内的第i个用户的功率分配系数，i为第1组用户组内的用户总数，x1为第1组用户组的内第1个用户对应的发射信号，xi为第1组用户组的内第i个用户对应发射信号，
Figure FDA0003763587030000046
为第1组用户组的传输功率，
Figure FDA0003763587030000047
a1为从基站到第1组用户组的中继节点的功率分配系数，Pt为基站的发射功率；c1为从第2组用户组的中继节点到第2组用户组内的第1个用户的功率分配系数，cj为从第2组用户组的中继节点到第2组用户组内的第j个用户的功率分配系数，j为第2组用户组内的用户总数，z1为第2组用户组的内第1个用户对应发射信号，zj为第2组用户组的内第j个用户对应的发射信号，
Figure FDA0003763587030000048
为第2组用户组的传输功率，
Figure FDA0003763587030000049
a2为从基站到第2组用户组的中继节点的功率分配系数；
基于所述第m组用户组的中继节点的发射信号确定第m组用户组内的第n个用户的接收信号
Figure FDA00037635870300000410
其中，
Figure FDA00037635870300000411
为第m组用户组的中继节点的发射信号，
Figure FDA00037635870300000412
为第二层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声；
基于第m组用户组内的第n个用户的接收信号，对所述用户组内的各用户接收到的信息进行信干噪比解码和信噪比解码，计算所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比；
其中，第m组用户组内第v个用户接收到的信干噪比为
Figure FDA0003763587030000051
Figure FDA0003763587030000052
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第v个用户的信道参数，bv为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第v个用户的功率分配系数，be为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第e个用户的功率分配系数，ξm为第m组用户组的传输信噪比；
其中，第m组用户组内第n个用户接收到的信噪比为
Figure FDA0003763587030000053
bn为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第n个用户的功率分配系数。
5.根据权利要求1所述的一种非正交多址接入功率分配方法，其特征在于，所述基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比、所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比、所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，由香农定理计算系统的遍历速率和，具体包括：
基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比、所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比、所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，由香农定理计算第m组用户组的遍历可达速率
Figure FDA0003763587030000061
其中，
Figure FDA0003763587030000062
为第m组用户组内的第τ个用户的遍历可达速率，
Figure FDA0003763587030000063
Figure FDA0003763587030000064
为第m组用户组的中继节点接收到的信干噪比或第m组用户组的中继节点接收到的信噪比，
Figure FDA0003763587030000065
为第m组用户组内第τ个用户接收到的信干噪比；
由所述遍历可达速率得到系统的遍历速率和
Figure FDA0003763587030000066
其中，
Figure FDA0003763587030000067
为第1组用户组的遍历可达速率，
Figure FDA0003763587030000068
为第2组用户组的遍历可达速率。
6.一种非正交多址接入功率分配系统，其特征在于，包括：
划分模块，用于根据用户服务质量需求将待分配区域的用户划分为多个用户组；
中继节点确定模块，用于根据基站的服务范围或用户接收能力确定各所述用户组的中继节点；所述中继节点为对应的用户组内的用户；
第一计算模块，用于采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，由从基站到各中继节点的信道参数、从基站到各中继节点的功率分配系数和基站发射的叠加信号计算前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比和第d组用户组的中继节点接收到的信噪比；d表示用户组总数，d＝2；第1组用户组比第2组用户组的用户数量多，对高质量服务的需求多，相应的目标数据率或阈值也高；
第二计算模块，用于基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比或所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，通过对用户组内用户的服务质量需求进行逆向分析，由香农定理计算各所述中继节点对应的功率分配系数的所属范围；
第三计算模块，用于对所述用户组内的各用户接收到的信息进行信干噪比解码和信噪比解码，并由从中继节点到用户组内的各用户的信道参数、从中继节点到用户组内的各用户的功率分配系数和中继节点解码转发的非正交多址接入信号计算所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比；
第四计算模块，用于基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比、所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比、所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，由香农定理计算系统的遍历速率和；n为第m组用户组内的用户总数；m为用户组的组号，m∈{1,2}；
第五计算模块，用于基于所述遍历速率和，采用穷举法确定所述用户组内各用户对应的最优功率分配系数；所述中继节点对应的功率分配系数的所属范围和所述用户组内各用户对应的最优功率分配系数用于实现功率分配。
7.根据权利要求6所述的一种非正交多址接入功率分配系统，其特征在于，所述第一计算模块，具体包括：
基站发射信号确定单元，用于确定基站发射的叠加信号；所述叠加信号为
Figure FDA0003763587030000071
其中，a1为从基站到第1组用户组的中继节点的功率分配系数，a2为从基站到第2组用户组的中继节点的功率分配系数，a1+a2＝1，Pt为基站的发射功率，A为第1组用户组的发射信号，B为第2组用户组的发射信号；
中继节点接收信号确定单元，用于基于所述叠加信号确定第m组用户组的中继节点的接收信号
Figure FDA0003763587030000072
其中，
Figure FDA0003763587030000073
为从基站到第m组用户组的中继节点的信道参数，
Figure FDA0003763587030000074
为第一层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声；
第一计算单元，用于基于前d-1组用户组的中继节点的接收信号，采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，计算前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比；其中，第m组用户组的中继节点接收到的信干噪比为
Figure FDA0003763587030000081
其中，ρ为基站发射的信噪比，
Figure FDA0003763587030000082
σ2为
Figure FDA0003763587030000083
的方差；
第二计算单元，用于基于第d组用户组的中继节点的接收信号，采用非正交多址接入技术，遵循非正交多址接入技术的解码规则，计算第d组用户组的中继节点接收到的信噪比
Figure FDA0003763587030000084
其中，
Figure FDA0003763587030000085
为从基站到第d组用户组的中继节点的信道参数。
8.根据权利要求6所述的一种非正交多址接入功率分配系统，其特征在于，所述第二计算模块，具体包括：
表达式确定单元，用于基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比或所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比，由香农定理确定第一表达式和第二表达式；所述第一表达式为
Figure FDA0003763587030000086
所述第二表达式为
Figure FDA0003763587030000087
其中，
Figure FDA0003763587030000088
为第1组用户组的中继节点接收到的信干噪比，R1为第1组用户组用户服务质量需求对应的速率，
Figure FDA0003763587030000089
为第2组用户组的中继节点接收到的信噪比，R2为第2组用户组用户服务质量需求对应的速率；
第三计算单元，用于基于所述第一表达式和所述第二表达式计算第1组用户组的中继节点对应的功率分配系数的所属范围
Figure FDA00037635870300000810
其中，
Figure FDA00037635870300000811
为从基站到第1组用户组的中继节点的信道参数，
Figure FDA00037635870300000812
为从基站到第2组用户组的中继节点的信道参数，ρ为基站发射的信噪比，
Figure FDA0003763587030000091
σ2为
Figure FDA0003763587030000092
的方差，
Figure FDA0003763587030000093
为第一层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声；
第四计算单元，用于基于所述第一表达式和所述第二表达式计算第2组用户组的中继节点对应的功率分配系数的所属范围
Figure FDA0003763587030000094
9.根据权利要求6所述的一种非正交多址接入功率分配系统，其特征在于，所述第三计算模块，具体包括：
排序单元，用于对所述用户组内的用户按照信道质量进行排序，得到各所述用户组对应的序列表；其中，第m组用户组对应的序列表为
Figure FDA0003763587030000095
Figure FDA0003763587030000096
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第1个用户的信道参数，
Figure FDA0003763587030000097
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第n个用户的信道参数；
中继节点发射信号确定单元，用于确定第m组用户组的中继节点的发射信号；其中，第1组用户组的中继节点的发射信号
Figure FDA0003763587030000098
第2组用户组的中继节点的发射信号
Figure FDA0003763587030000099
b1为从第1组用户组的中继节点到第1组用户组内的第1个用户的功率分配系数，bi为从第1组用户组的中继节点到第1组用户组内的第i个用户的功率分配系数，i为第1组用户组内的用户总数，x1为第1组用户组的内第1个用户对应的发射信号，xi为第1组用户组的内第i个用户对应发射信号，
Figure FDA00037635870300000910
为第1组用户组的传输功率，
Figure FDA00037635870300000911
a1为从基站到第1组用户组的中继节点的功率分配系数，Pt为基站的发射功率；c1为从第2组用户组的中继节点到第2组用户组内的第1个用户的功率分配系数，cj为从第2组用户组的中继节点到第2组用户组内的第j个用户的功率分配系数，j为第2组用户组内的用户总数，z1为第2组用户组的内第1个用户对应发射信号，zj为第2组用户组的内第j个用户对应的发射信号，
Figure FDA0003763587030000101
为第2组用户组的传输功率，
Figure FDA0003763587030000102
a2为从基站到第2组用户组的中继节点的功率分配系数；
用户接收信号确定单元，用于基于所述第m组用户组的中继节点的发射信号确定第m组用户组内的第n个用户的接收信号
Figure FDA0003763587030000103
其中，
Figure FDA0003763587030000104
为第m组用户组的中继节点的发射信号，
Figure FDA0003763587030000105
为第二层非正交多址接入传输过程中的加性高斯白噪声；
第五计算单元，用于基于第m组用户组内的第n个用户的接收信号，对所述用户组内的各用户接收到的信息进行信干噪比解码和信噪比解码，计算所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比；
其中，第m组用户组内第v个用户接收到的信干噪比为
Figure FDA0003763587030000106
Figure FDA0003763587030000107
为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第v个用户的信道参数，bv为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第v个用户的功率分配系数，be为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第e个用户的功率分配系数，ξm为第m组用户组的传输信噪比；
其中，第m组用户组内第n个用户接收到的信噪比为
Figure FDA0003763587030000111
bn为从第m组用户组的中继节点到第m组用户组内的第n个用户的功率分配系数。
10.根据权利要求6所述的一种非正交多址接入功率分配系统，其特征在于，所述第四计算模块，具体包括：
第六计算单元，用于基于所述前d-1组用户组的中继节点接收到的信干噪比、所述第d组用户组的中继节点接收到的信噪比、所述用户组内前n-1个用户接收到的信干噪比和所述用户组内第n个用户接收到的信噪比，由香农定理计算第m组用户组的遍历可达速率
Figure FDA0003763587030000112
其中，
Figure FDA0003763587030000113
为第m组用户组内的第τ个用户的遍历可达速率，
Figure FDA0003763587030000114
Figure FDA0003763587030000115
为第m组用户组的中继节点接收到的信干噪比或第m组用户组的中继节点接收到的信噪比，
Figure FDA0003763587030000116
为第m组用户组内第τ个用户接收到的信干噪比；
第七计算单元，用于由所述遍历可达速率得到系统的遍历速率和
Figure FDA0003763587030000117
其中，
Figure FDA0003763587030000118
为第1组用户组的遍历可达速率，
Figure FDA0003763587030000119
为第2组用户组的遍历可达速率。
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