[发明专利]一种基于时延QoS的NOMA跨层功率分配方法

说明书

本发明公开一种基于时延QoS的NOMA跨层功率分配方法，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；(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；(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。本发明的方法既保证了用户的时延QoS指标，又实现了系统有效容量的最大化，且将本发明的方法应用到MIMO场景中，进一步提升了系统容量。

技术领域

本发明属于无线通信网络技术领域，涉及发送端功率分配，具体涉及一 种基于时延QoS的NOMA跨层功率分配方法。

背景技术

非正交多址技术(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)是第五代移 动蜂窝网络最有应用前景的一项技术。与正交多址技术不同，NOMA通过功 率域和代码域复用技术，使得不同用户叠加映射在同一个频率资源单元上， 从而大大扩展了可用频谱资源，并支持海量设备的连接。其中，发送端功率 分配技术是影响NOMA功率域性能的关键技术。传统的功率分配算法有穷尽 搜索法、固定功率分配算法和分数阶功率分配算法。穷尽搜索法可以实现理 论上的系统总传输速率最优，但计算复杂度高，很难应用到实际系统中。固 定功率分配算法不考虑用户当前的信道状态，仅按照固定的等比数列来分配 功率，该算法优点是计算复杂度低，但缺点是系统总传输速率性能不佳。分 数阶功率分配算法考虑了用户的信道状态，按照用户的路径损耗比来分配功 率，吞吐量性能相对于全搜索算法有所损失。

在时延敏感的实时应用中(例如IP语音信号、车联网、自动驾驶等)， 需要可靠的时延保证，仅在物理层进行功率分配并不能完全满足时延要求。 因此，引入用户时延QoS(Quality of Service)指标的跨层功率分配设计已成 为一个重要的研究方向。传统的NOMA功率分配方案通常从物理层出发，将 最小传输速率作为QoS保证来设计优化方案，无法满足整个系统对于吞吐量、 时延等的要求。

为解决上述难题，本发明在发送端引入数据链路层的时延QoS参数，设 计一种跨层功率优化方案。以上设计是在单输入单输出(Single-Input Single-Output，SISO)场景下实现的，本文进一步将算法应用到多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)场景中以提升系统容量。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于时延QoS的NOMA跨 层功率分配方法，其目的是设计一种结合数据链路层和物理层参数的跨层功 率优化算法，即在保证每个用户的时延QoS要求下，实现最大化系统有效容 量的优化目标。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

基于时延QoS的NOMA跨层功率分配方法，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；

(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；

(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。

优选地，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，

Op1：

p_n≥0，1≤n≤N (1c)。

优选地，SISO场景下的跨层功率分配进一步包括：