[发明专利]一种基于时延QoS的NOMA跨层功率分配方法

权利要求书

1.一种基于时延QoS的NOMA跨层功率分配方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)建立跨层功率分配模型：在SISO场景下引入时延QoS指标，建立最大-最小有效容量模型；所述最大-最小有效容量模型的原理如下：

在发送端总功率受限和保证每个用户的时延QoS的情况下，实现最大化系统有效容量的优化目标，具体表示为，

p_n≥0,1≤n≤N (1c)；

其中，C_n(θ_n)是用户n的有效容量，θ_n是数据链路层时延QoS指数，P＝[p₁，...，p_n]是发送端发射功率向量，P_T是基站端能承受的最大发送功率；

(2)SISO场景下的跨层功率分配：将上述模型进行等价转化后，求得最佳功率分配及对应的最大有效容量；

SISO场景下的跨层功率分配进一步包括：

将最大-最小有效容量模型进行两次等价转化变为可解的凸规划问题；

利用二分搜索法迭代求解上述凸规划问题，得到最佳功率分配及对应的最大有效容量；

将最大-最小有效容量模型进行两次等价转化变为可解的凸规划问题进一步包括：通过定理证明将Op1转化为可解的凸规划问题Op3，

所述凸规划问题是标准的凸规划问题；

通过二分搜索法求得有效容量最优值α，具体包括：

①给定精度ε，α上界和下界，并设置初始功率分配矩阵P^*为0；

②令α＝(l+u)/2；

③求解对应α下的凸规划问题，得到对应的最优功率分配矩阵P；

④若sum(P)≤P_max，则l＝α，P^*＝P；否则u＝α；

⑤重复步骤(2)、(3)，直到u–l＜ε；

(3)MIMO场景下的跨层功率分配：计算出MIMO场景下的有效信道增益，再利用上述方法求出相应的功率分配；

MIMO场景下的跨层功率分配进一步包括：

将一个MIMO信道看成一个由一组互相独立的子载波信道构成的SISO信道，假设基站与用户之间的信道矩阵用H_n表示，通过奇异值分解求出该信道矩阵所有的奇异值，每个奇异值的平方根代表各个子信道的信道增益，则有效信道增益等于各个均方奇异值的和，即均方范数||H_n||_F²。

2.根据权利要求1所述的一种基于时延QoS的NOMA跨层功率分配方法，其特征在于，有效容量的定义为在保证QoS时延要求的情况下系统可支持的最大恒定到达率，考虑快衰落时，用户n的有效容量表示如下：

其中，时延QoS指数θ_n表示第n个用户数据链路层的时延要求，r_n是用户n在t时刻的传输速率，在一个传输时隙内保持不变，E[﹒]是关于h的数学期望。

3.根据权利要求1所述的一种基于时延QoS的NOMA跨层功率分配方法，其特征在于，有效容量最优值α的初始值通过以下方法确定：由于每个用户的有效容量一定大于等于0，所以α下界l＝0；最大发射功率集中给一个用户，即可得有效容量α上界因此，二分搜索法的初始值α＝(l+u)/2。