[发明专利]一种基于非正交多址接入的毫米波通信系统中能效功率分配方法

说明书

本发明提供了一种基于非正交多址的毫米波通信系统中能效功率分配方法。本发明以基于非正交多址的毫米波通信系统的能量效率最大化作为优化目标，以每个非正交多址用户的发送功率和基站波束成型矢量为优化变量，利用凸优化理论、分类讨论选择最优的串行干扰消除解码顺序，并得到理想的波束成型增益，然后利用凸松弛理论得到近似的功率分配矢量，进而代入原优化问题求得功率分配。本发明将多维的复杂优化问题分层降维为低维的子问题，以较低的算法复杂度达到了较高的能量效率性能。

技术领域

本发明属于移动通信领域，涉及移动通信系统的资源分配方法，尤其是涉及一种基于非正交多址接入的毫米波通信系统中高能效的功率分配方法。

背景技术

随着现代技术的发展，第五代移动通信(5G，the fifth generation of cellularmobile communications)的到来指日可待，5G通信的需求也日渐清晰，其中，追求更高的通信容量是最为迫切的需求之一。为了达到更高的容量，毫米波(mmWave，millimeter-wave)通信技术被认为是未来5G通信中的关键技术之一，同时也是对超密度小区和大规模多输入多输出(MIMO，multiple-input multiple-output)技术的补充。由于可以充分利用低频率通信(如微波通信等)未占用的大量高频段资源，毫米波通信能够获得更高的信道容量。另外，由于较高的传播损耗，毫米波通信更适用于小基站通信场景，这与5G通信的理念也是不谋而合的。

另一方面，当毫米波被用于移动网络通信时，它带来的性能提升会高度依赖于多址接入的方式。由于传统的多址接入技术，如时分多址、频分多址、码分多址等的性能受限于资源块数量，在面对未来5G通信场景中的海量接入设备和接入用户的需求时显得捉襟见肘。不同于传统的正交多址接入(OMA，orthogonal multiple access)技术，非正交多址接入(NOMA，non-orthogonal multiple access)技术能够通过功率域的叠加编码技术，支持不同的用户在相同的频域/时域/码域资源块上同步工作，进而有效地提高资源利用效率。在非正交多址接入系统中，接收设备通过在功率域使用对应的串行干扰消除(SIC，successive interference cancellation)技术，能够有效地区分出各自的信号，从而提高支持的用户数量。

不仅如此，非正交多址接入技术在毫米波通信中的应用更是有着相得益彰的效果。如前面所说，在5G中使用毫米波频段进行通信时，对海量接入设备的支持是将要面临的一个巨大挑战。然而考虑到硬件消耗，毫米波通信中射频(RF，radio-frequency)链路的数量通常远小于天线数量。因此，在一个资源块中能够同时服务的用户数量就大大受限，即不能大于射频链路的数量。在这种情况下，非正交多址则能够支持更多的用户通信，同时能够提升资源利用效率。另外，由于毫米波传播的高指向性特征，用户的信道呈现高度相关，这便于将非正交多址接入技术融合到毫米波通信系统中，即mmWave-NOMA。