[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

说明书

本发明公开了一种基于下行NOMA系统的用户公平的功率分配方法。本发明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。本发明能够在保证用户在相同信道条件下采用OMA方式时的速率的情况下，公平的提高每个用户的传输速率，保证了用户公平性。

技术领域

本发明涉及NOMA系统领域，具体来说是NOMA系统中一种保证用户公平性的用户功率分配方法。

背景技术

目前，学术界已经研究出了许多提升NOMA系统用户吞吐量的方法，这些方法要么只考虑提高单用户吞吐量的最大化，忽略了系统整体的吞吐量的提升，要么是系统性能最佳，但复杂度过高，要么旨在最大化多用户的总吞吐量，没有考虑用户的公平性，很有可能给信道增益差的用户分配较小的功率。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于下行NOMA系统的用户公平的功率分配方法。

本发明包括以下步骤：

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表示子信道j，也即第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u_j,k用户的信道增益为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。

本步骤可分为以下子步骤：

1)将子带间的功率分配问题可以表示为

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(下同)。

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

令上式等于0可得

3)由公式(4)可以看出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，由此可以得出不同的用户簇之间的功率关系为