[发明专利]一种SCMA网络容量分析与分层多播资源分配方法

权利要求书

1.一种SCMA网络容量分析与分层多播资源分配方法，其特征在于，包括：

1)、将原始多播数据进行分层，分为基本层数据和增强层数据；所述基本层数据为多播组中的所有用户能够正确接收的数据；所述增强层数据为根据多播组中不同信道质量的用户采用差异化接收的数据；

2)、对基本层数据和增强层数据进行码本分配和功率分配；

3)、对码本分配和功率分配后的基本层数据和增强层数据进行SCMA编码后，通过频率选择信道；

所述步骤2)对基本层数据和增强层数据进行码本分配和功率分配具体包括：

2.1、定义基本层数据的多播速率为：

其中，表示基本层数据需要的速率，h_u,k表示用户u在子载波k上的信道增益，其中η表示路损常数，d_u表示从用户u到基站的距离，α表示路损系数，ρ_u,k表示用户u在子载波k上的瑞利衰落，P_b表示传输基本层的总功率，该功率是均等的分配给LB个码字中，δ²表示广播信道中在码本上的噪声功率；表示一组多播用户，该组多播用户有相同的QoS需求，并且每个用户采用单天线，系统带宽可以被分为一组子载波集合，用表示系统带宽可以被分为一组子载波集合，C＝{1,...c,...,C}表示码本集合，表示分配给基本层数据的码本集合；

2.2、定义增强层数据的多播速率为：

其中，P_e表示传输增强层的总功率，该功率是均等的分配给LE个码字中；

2.3、系统的容量表示为：

其中，所述表示满足增强层最小速率需求的用户集合，

其中，为每个子载波的信道增益；

所述系统的容量最大化分配为：

3.1、容量最大化分配公式为：

满足:

P_b+P_e≤P,P_b≥0,P_e≥0                      (c)

其中，ε＝{1，...e,...,E}表示分配给增强层数据的码本集合；限制条件(b)表示码本集C中的同一码本不能同时分配给基本层和增强层数据；由于总的传输功率有限，P_b和P_e需要满足限制条件(c)；限制条件(d)表示保障用户需求的基本层和增强层的最小速率；

3.2、采用次优化快速算法(FSA)获取最优化问题容量最大化分配公式的解；

所述次优化快速算法(FSA)为：

4.1、码本分配阶段：

设基站的总功率P是等功率分配给所有的码本，码本分配问题公式为：

minB；

满足:

然后计算在每个码本上的多播速率，并将其按降序排列，按从高到低的次序选择码本，并计算和速率直到满足基本层速率为止；

4.2、功率分配阶段：

功率分配可以公式为：

minP_b

满足:

当分配给基本层的码本集被确定后，R_B重新公式为：

上式是一个对数函数，并且函数是单调递增的，所以，当时，P_b得到最小值；

4.3、最后，功率分配问题转换为解决P_b的B阶多项式的问题，表示为：

其中，是一个常数；

利用Matlab来求解P_b，增强层的功率P_e＝P-P_b；之后，设置ε,P_b和P_e，并获得系统的容量。