[发明专利]用于下行NOMA通信系统设计的安全单播速率模型的获得方法

权利要求书

1.一种用于下行NOMA通信系统设计的安全单播速率模型的获得方法：

其特征在于：首先定义一个一般通信场景为：一个单小区下行无线网络中，一个基站服务于K个移动用户；用户随机地在半径为D的圆形覆盖区域内移动，而基站位置固定且位于圆形覆盖区域的中心；基站同时发送两种类型数据，即多播消息s_M和单播消息s_U，其中s_M是发送给所有用户，而s_U只给指定的单播业务接收用户，所有信道信息存在信道估计误差；然后进行下述操作：

根据优化目标以及实际的通信条件约束，在混合多播单播业务同时传输时，保障多播业务的最低速率条件下，以最大化安全单播速率为优化目标，构建相应的下行NOMA资源优化问题；

通过对单播业务接收用户的分析，将原资源优化问题等价转化为仅含功率分配优化问题，并获得该优化问题的最佳解，完成资源优化策略的构建；

构建用户实际的信道增益模型，基于该信道增益模型，利用概率理论推导多播业务中断概率；

基于顺序统计理论及数学分析方法，得到用于下行NOMA通信系统设计的安全单播速率模型。

2.如权利要求1所述的用于下行NOMA通信系统设计的安全单播速率模型的获得方法，其特征在于具体方法为：

在混合多播单播业务同时传输时，保障多播业务的最低速率条件下，以最大化安全单播速率为优化目标，将相应的资源优化问题表示为：

约束条件为：

θ_M+θ_U≤1,θ_M≥0,θ_U≥0,

其中，[x]⁺＝max{0,x}；式中：P_T为基站的最大发送功率，σ²为噪声功率方差，ρ为基站发送的信噪比；θ_M表示多播业务的功率分配比例系数，θ_U表示单播业务的功率分配比例系数，α_k代表基站到移动用户k之间的信道增益，相应地，表示移动用户k处的多播业务实现速率，表示移动用户k处的单播业务实现速率；j为相应单播业务的接收用户，为系统所能实现的安全单播速率；R_M为多播业务所要求的最低速率；

定义所有移动用户的排序集合为π＝{π₁,π₂,…,π_K}，其满足通过对的分析，得到j＝π₁，将原资源优化问题等价转化为

约束条件为：

θ_M+θ_U≤1,θ_M≥0,θ_U≥0；

利用反证法推断问题的最优解必须满足约束条件θ_M+θ_U＝1，得到最佳解其中

对于理想信道增益模型其中g_k为瑞丽衰落系数，d_k为基站和用户k之间的距离，η为路径损耗因子；定义所有用户的信道信息存在一定的信道估计误差，当存在估计误差时，信道增益模型为其中代表估计的信道增益，ζ是估计误差，设估计误差为最小均方误差，其服从均值为0，方差为的复高斯分布，利用高斯-切比雪夫积分理论，得到的累积函数分布

其中c为控制近似精度的常量,当时，多播业务的最低速率没法得到满足而导致多播业务的中断，即得到多播业务的中断概率为

根据顺序统计理论，得到和的联合概率分布为

其中，为的概率密度函数；在高信噪比的近似条件下，即ρ较大时，则将表示为

将联合概率分布代入上式并利用概率理论，得到Ω为

利用部分积分定理以及高斯-切比雪夫积分定理，将L₁近似为

其中m是利用高斯-切比雪夫积分定理过程中控制精度的参量；

将表示为

其中

得到

其中利用积分表公式，得到

其中

v＝1+∈_M；

最终得到系统所能实现的安全单播速率：

并将该安全单播速率作为用于下行NOMA通信系统设计的安全单播速率模型。