[发明专利]最大化NOMA子信道功率分配可行区域的上行用户分簇方法

说明书

本发明公开了最大化NOMA子信道功率分配可行区域的上行用户分簇方法。将NOMA网络中不同类型的用户分配到相应子信道上组成用户簇，多个用户在同一个子信道同时传输各自信号，用户簇中的多个用户组成一个用户子集，用户分簇过程为信道和用户一对多匹配过程。首先，建立子信道上用户子集中所有用户联合效用函数，该效用函数是由子信道上用户子集中所有用户的最小数据速率要求、最大发射功率限制和信道增益共同确定；其次，以最大化小区中每个子信道上用户子集中所有用户联合效用值为原则，建立子信道与用户的一对多匹配关系，将N个用户分配到K个子信道中。本发明与传统算法相比，接入用户数量更多，网络连接性得到了增强；并且实现的复杂性更低，效率更高。

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，具体涉及一种最大化NOMA子信道功率分配可行区域的上行用户分簇方法。

背景技术

随着智能移动设备的爆炸性增长，第五代移动通信系统(5G)将渗透到未来社会的每个元素中，使得统一的无线网络连接一切。随之而来，基站(BS)巨大的负载需要更高频谱效率的通信机制。非正交多址(Non-orthogonal multiple access，NOMA)是一种在5G移动网络中实现大规模连接的最有前途的技术之一。NOMA通过允许不同类型的多个用户在功率域中共享相同的子信道，可显著提高频谱效率及降低接收器复杂度。但是，如何把不同类型的用户分配到合适的频谱资源(信道)上形成用户簇，并为簇中的每个用户分配最佳的发射功率是实现NOMA传输的关键，对于大规模连接的网络系统尤为重要。

发明内容

本发明是针对上述技术问题，提出一种最大化NOMA子信道功率分配可行区域的上行用户分簇方法，该方法将不同类型的用户分配到合适的子信道上形成用户簇，实现多个用户在功率域共享同一个子信道，以解决NOMA传输中的资源分配问题，从而使NOMA传输技术更好地应用于未来5G移动网络中。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种最大化NOMA子信道功率分配可行区域的上行用户分簇方法，其特征在于：所述用户分簇方法是基于单小区上行链路NOMA网络，在所述NOMA网络中，基站位于小区中心，N个不同类型的移动用户随机分布在小区内部，小区总带宽为B，分为K个子信道，每个子信道占用的带宽为B_sc＝B/K，N个用户通过K个子信道将其信号发送到基站，根据NOMA协议，多个用户复用到同一个子信道上同时传输各自的信号，基站侧采用串行干扰消除技术，以信道增益递减顺序将用户的信号进行解码，所述用户分簇过程是将NOMA网络中的不同类型的用户分配到相应的子信道上，每个子信道上分配的多个用户形成一个用户簇，用户簇中的多个用户组成一个用户子集，用户分簇过程为信道和用户的一对多匹配过程，同一子信道上复用的最大用户数为D_max，用户分簇方法包括如下步骤：

步骤1建立子信道上用户子集中所有用户联合效用函数；

步骤1.1设定NOMA子信道相关网络参数，包括子信道索引、子信道上用户子集、用户子集中的用户索引、子信道k上复用的用户数，

其中子信道索引用k表示，其中k∈{1,2，...，K}；

在子信道k上的用户子集用U_k表示；

子信道k上复用的用户数用N_k表示，且N_k＝|U_k|，其中|U_k|表示用户子集U_k的基数；

子信道上用户子集U_k中用户索引用i表示，其中i∈{1,2,...,N_k}；

步骤1.2根据计算公式(3)计算在子信道k上用户子集U_k中各个用户所需的最小发射功率：

表示子信道k上用户子集U_k中第i个用户所需的最小发射功率，(3)