[发明专利]一种下行MIMO-NOMA网络下的资源分配方法

说明书

本发明公开了一种下行MIMO‑NOMA网络下的资源分配方法，以用户的信道状态信息分析为基础，进行用户分簇，以下行MIMO‑NOMA网络下的多维资源分配研究为主线，综合考虑空间、频谱和功率等多维资源，以有效容量衡量网络性能，建立下行MIMO‑NOMA网络下的多维资源分配模型，利用交替迭代优化理论的可收敛和低复杂度特性，快速地实现了最优的多维资源分配。本发明充分考虑到波束指向性和业务多样性等特点，以用户分簇满足波束的指向性，以有效容量满足业务的多样性，实现下行MIMO‑NOMA网络下的多维资源分配。

技术领域

本发明涉及一种下行MIMO-NOMA网络下基于用户分簇的多维资源分配方法，属于网络资源分配技术领域。

背景技术

5G是面向2020年以后移动通信需求发展的新一代移动通信系统，根据移动通信的发展规律，5G需要具有更高的频谱效率和网络容量来满足指数式增长的用户需求。非正交多址接入(Non-orthogonal multiple access,NOMA)作为5G的备选多址接入技术，能够有效地提高频谱效率。与传统的正交多址接入(Orthogonal multiple access,OMA)不同，NOMA通过功率域复用使得多用户能够共享同一时频资源，同时在接收端采用串行干扰消除技术(Successive interference cancellation,SIC)逐级解码得到信号，消除同时同频干扰。

多输入多输出技术(Multiple-input multiple-output,MIMO)通过在发射端和接收端使用多天线传输实现空间复用，在不增加频谱资源和发射功率的前提下提高了网络容量。为了进一步提升NOMA的性能，MIMO技术被应用到NOMA中形成了MIMO-NOMA网络。该网络相比传统的LTE网络增加了空间域和功率域的资源复用，通过性能优越的资源分配算法可以显著地提高频谱效率和网络容量。但是MIMO-NOMA网络中的资源包括空间、频谱和功率等多维资源，资源分配面临着严峻的挑战。

以用户的信道状态信息分析为基础，进行用户分簇，以下行MIMO-NOMA网络下的多维资源分配研究为主线，综合考虑空间、频谱和功率等多维资源，以有效容量(Effectivecapacity,EC)衡量网络性能，建立下行MIMO-NOMA网络下的多维资源分配模型，对于实现最优的下行MIMO-NOMA网络下的多维资源分配有很大的实用意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种一种下行MIMO-NOMA网络下的资源分配方法，本方法以用户的信道状态信息分析为基础，进行用户分簇，以下行MIMO-NOMA网络下的多维资源分配研究为主线，综合考虑空间、频谱和功率等多维资源，以EC衡量网络性能，建立下行MIMO-NOMA网络下的多维资源分配模型，利用交替迭代优化理论的可收敛和低复杂度特性，快速地实现了最优的多维资源分配。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种下行MIMO-NOMA网络下的资源分配方法，包括如下步骤：

步骤1)，用户分簇：获取用户的信道状态信息和小区信息，结合用户的信道状态信息对各小区进行用户分簇，使得簇内的用户占用同一波束，共享同一时频资源，确定最优的用户分簇；

步骤2)，波束分配：分析波束成型过程，利用迫零波束成型理论为步骤1)得到的用户分簇分配波束向，确定最优的波束分配量；

步骤3)，问题形成：引入EC作为衡量网络性能的指标，以最大化用户的EC为目标建立优化问题；

步骤4)信道分配：功率分配给定情况下，将步骤3)得到的优化问题转换为等价的最大带权二分图匹配问题，并利用匈牙利算法求解得到最优的信道分配

步骤5)，功率分配：假设信道分配给定的情况下，将步骤3)得到的优化问题转换为等价的拉格朗日对偶问题，并利用子梯度算法求解得到最优的发射功率分配；