[发明专利]NOMA系统用户配对和功率分配联合优化方法及装置

说明书

本发明提供一种NOMA系统用户配对和功率分配联合优化方法及装置，该方法包括：对物理域内的每个强用户和每个弱用户进行配对；确定使所有用户对遍历和速率的期望值最大时，强用户和弱用户的配对方案以及功率分配方案，作为优化方案；其中，强用户和弱用户分别根据信道功率增益大小划分，遍历和速率为每一用户对的总遍历速率；若一个强用户和一个弱用户共享频谱，但不能同时满足功率约束和QOS条件，则工作在OMA模式；若一个强用户和一个弱用户共享频谱，能同时满足功率约束和QOS条件，则工作在NOMA模式；未匹配强用户的弱用户视为虚拟用户对。本发明显著提高了系统吞吐量、具有用户公平性和低复杂度的特点，可扩展性较强。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种NOMA系统用户配对和功率分配联合优化方法及装置。

背景技术

第五代无线网络带来了无线服务和网络流量需求的巨大增长，这将继续推动技术进步，以实现高频谱效率。非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)技术已成为未来无线网络的一种支持技术。在众多的NOMA技术中，被广泛研究的功率域NOMA技术是一种利用多路复用用户之间的信道增益差来实现多路复用的频谱高效接入方法。

对于功率域NOMA，在接收端采用连续干扰消除(successive interferencecancellation,SIC)，根据信号的有序接收功率，依次消除干扰。然而，由于信道协调的额外开销和SIC的复杂性，将所有用户共同放在一个NOMA对中是不现实的。因此，在NOMA中设计联合用户配对和功率分配是实现高容量增益的关键。然而，大多数现有工作都假定所有用户都可以找到频谱复用的伙伴，这种假设与大多数实际情况不兼容。这是因为，强用户和弱用户数量碰巧相等并且满足共享条件的情况是低概率的。因此，NOMA和正交多路访问(orthogonal multiple access,OMA)共存是提供用户访问的一种有前景的方式。目前的研究大多数都假定在基站(base station，BS)可以获得完整的信道状态信息(Channel StateInformation，CSI)。此外，对于每一个可能的匹配对，优化功率分配的复杂性仍然很高，特别是对于大量的NOMA用户。因此，如何联合优化具有统计CSI的NOMA系统的用户配对和功率分配仍然是一个重要的问题。

发明内容

本发明提供一种NOMA系统用户配对和功率分配联合优化方法，包括：对物理域内的每个强用户和每个弱用户进行配对；确定使所有用户对遍历和速率的期望值最大时，强用户和弱用户的配对方案以及功率分配方案，作为优化方案；其中，所述强用户和弱用户分别根据信道功率增益大小划分，所述遍历和速率为每一用户对的总遍历速率；若一个强用户和一个弱用户共享频谱，但不能同时满足功率约束和服务质量(Quality of Service，QOS)条件，则工作在OMA模式；若一个强用户和一个弱用户共享频谱，能同时满足功率约束和QOS条件，则工作在NOMA模式；弱用户多于强用户时，未匹配强用户的弱用户视为虚拟用户对。

根据本发明一个实施例的NOMA系统用户配对和功率分配联合优化方法，所述确定使所有用户对的遍历和速率的期望值最大时，强用户和弱用户的配对方案以及功率分配方案之前，还包括根据如下公式确定每一用户对的遍历和速率：

虚拟对的遍历和速率为：

OMA对的遍历和速率为：

NOMA对的遍历和速率为弱用户的遍历速率和强用户的遍历速率之和，其中，弱用户的遍历速率为：

NOMA对的强用户的遍历速率为：