[发明专利]一种基于下行NOMA系统的用户公平的功率分配方法

权利要求书

1.一种基于下行NOMA系统的用户公平的功率分配方法，其特征在于：

根据用户位置把同一小区中的JK个用户分为K个用户簇，每个用户簇中包含J个用户；

为每个用户簇分配子信道，每个用户簇的子信道之间相互正交；

根据每个用户簇的用户总的信道增益进行线性注水算法计算出每个用户簇的功率；

在确定了每个用户簇的功率后进行簇内用户的功率分配：

首先保证簇内用户在相同信道条件下在OMA方式中最小传输速率，然后将剩余功率平均分配给每个用户，公平的提高用户的数据传输速率；

其中确定每个用户簇的功率具体是：

步骤1：将小区中的J×K个用户分为J个簇，其中每个簇包含K个用户，用u_j，k表示第j个用户簇中的第k个用户，其中j＝1，2，…，J，k＝1，2，…，K，小区基站到用户u_j，k的信道增益为h_j，k，满足条件|h_j，1|²≤|h_j，2|²≤…≤|h_j，K|²，每个用户簇内的用户共享同一个子信道，不同的子信道之间相互正交；

步骤2：假定基站总发射功率为P_tot，系统总带宽为W_tot，总带宽平均分配给每个子信道，即每个子信道的带宽为确定各子信道之间的功率关系；

1)将子带间的功率分配问题表示为：

限制条件为

R_j≥R_min

其中p_j为子信道j的总功率，h_j为子信道j的信道增益，N_j为子信道j的噪声功率，R_j、R_min分别表示子信道j的传输速率和所有子信道中的最小传输速率；

由此构造拉格朗日函数

其中λ、μ为拉格朗日乘子；

2)将公式(2)两边分别对p_j求偏导，可得

令公式(3)等于0可得

3)公式(4)等式左边是一个常数，所以对于不同的用户簇来说公式(4)都成立，由此得出不同的用户簇之间的功率关系为：

其中m，n∈{1，2，…，J}，N_m、N_n表示子信道m、n的噪声功率，h_m、h_n表示子信道m、n的信道增益；

由公式(5)将子信道n的功率p_n用子信道m的功率p_m表示为

从公式(6)得到：当确定了某一子信道的功率后就可求出其它子信道的功率；

步骤3：由于各子信道功率之和不得大于基站发射总功率，因此有

由此可求出各子信道的最大功率；

将子信道的信道状态值按升序排列，可得各子信道的功率关系为p₁≤p₂≤…≤p_J；

步骤4：给子信道分配功率，从子信道1开始分配，根据公式(7)可得：

步骤5：若p₁≤0，则将该信道的功率置为0，然后给下一个子信道分配功率：

直到找到p_m＞0，然后根据公式(5)求出剩余子信道的功率，最终完成子信道之间的功率分配；

其中簇内用户的功率分配具体是：

步骤6：首先保证用户达到最小数据速率，在同样条件下的OMA信道下用户所能达到的数据速率为

其中h_j，k、N_j，k分别表示子信道j上用户k的信道增益和噪声功率；

第j个簇内的满足所有用户的最小数据速率所需的最小功率之和为

步骤7：计算出第j个簇已分配功率与最小功率之和之差

若Δp＞0，先为用户分配所需最小功率然后将Δp平均分配给簇j内的k个用户，此时簇j内的第k个用户功率为

若Δp≤0，根据用户信道状态信息按比例给用户分配功率，簇j内的第k个用户功率为

至此簇内各用户的功率分配完毕。