[发明专利]一种基于NOMA的5G移动通信资源分配方法

权利要求书

1.一种基于NOMA的5G移动通信资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，设定5G移动通信场景，并进行信道状态信息采集；

步骤2，比较信道功率增益大小，确定强用户和弱用户，计算得到强用户的最优的发送功率和弱用户的最优发送功率；

步骤3，比较发送功率与有效干扰功率限制，确定大小关系；

步骤4，基于步骤2与3的比较结果，进行场景分类；

步骤5，基于场景分类的结果，进行功率分配；

步骤6，输出发送功率；

步骤1包括：

步骤1-1，设定如下5G移动通信场景：包含一个基站BS以及三个以上的用户终端UT，设定其中有三个用户终端分别记为Tx，Rx1与Rx2，Tx，Rx1与Rx2形成设备至设备D2D通信组，D2D通信组中Tx为发送端，通过NOMA的方式传输信号给两个接收端Rx1与Rx2；

步骤1-2，采集信道状态信息：D2D通信组中的发送端Tx采集其与接收端Rx1、Rx2之间的信道状态信息，以及发送端Tx与基站BS之间的信道状态信息g，发送端Tx与接收端Rx1、Rx2的信道状态信息分别为h₁与h₂；

步骤2包括：

步骤2-1，Tx与Rx1间的信道功率增益为|h₁|²，Tx与Rx2间的信道功率增益为|h₂|²，如果信道功率增益|h₁|²|h₂|²，Rx1为强用户，Rx2为弱用户，|·|表示模运算；如果|h₁|²|h₂|²，Rx2为强用户，Rx1为弱用户；

步骤2-2，设定Rx1为强用户，Rx2为弱用户，计算得到强用户的最优的发送功率和弱用户的最优发送功率；

步骤2-2包括：

步骤2-2-1，强用户得到的信息速率R₁表示为：

弱用户得到的信息速率R₂表示为：

其中，N₀为加性高斯白噪声的功率；P₁为发送端发送至强用户的信号功率，P₂为发送端发送至弱用户Rx2的信号功率；

步骤2-2-2，Rx1和Rx2在通信时需要控制对基站BS造成的干扰不超过给定的干扰门限值P_th，即需要满足：

(P₁+P₂)|g|²≤P_th    (3)

其中，g为发送端Tx到基站BS之间的信道状态信息；

步骤2-2-3，使用与分别表示强用户需要达到的最低信息速率与弱用户需要达到的最低信息速率，在满足最低信息速率限制与干扰门限约束的条件下，求解如何分配强用户与弱用户的功率用以最大化D2D通信组的信息速率和的问题；

步骤2-2-3中，如何分配强用户与弱用户的功率用以最大化D2D通信组的信息速率和的问题被表示为以下的优化问题：

其中P_T表示发送端Tx能够使用的最大发送功率；

步骤2-2-3中，所述优化问题中的条件3：P₁+P₂≤P_T和条件5：(P₁+P₂)|g|²≤P_th只有一个会成立，由于R₂是关于P₂的单增函数，因此条件3与条件5的约束条件必为等号，定义参数P＝min(P_T,P_th/|g|²)，则所述优化问题能够简化为：

展开目标函数R₁+R₂得到：

利用约束条件P₁+P₂＝P，因此目标函数简化为：

对于式(5)中的优化问题，令目标函数并展开式(3)中约束条件，进一步简化为仅关于参数P₁的优化问题：

优化问题(8)中的目标函数f(P₁)的导数为：

由于|h₁|²|h₂|²，因此d(f(P₁))/dP₁总是大于0，所以f(P₁)为关于变量P₁的单增函数，因此优化问题即公式(8)的最优解应满足如下等式：

从而解得强用户的最优的发送功率P₁^*为：

最后利用关系P₁+P₂＝P，得到弱用户的最优发送功率为：

步骤3包括：比较P_T与P_th/|g|²的大小，其中P_T为发送端Tx的最大发送功率限制，P_th/|g|²为有效干扰功率限制，P_th为基站BS能够接受的最大干扰功率值；

步骤4包括：基于步骤2与3的比较结果，场景分为以下4类：

类1：Rx1为强用户，Rx2为弱用户；发送端Tx的最大发送功率限制大于有效干扰功率限制；

类2：Rx1为强用户，Rx2为弱用户；发送端Tx的最大发送功率限制小于有效干扰功率限制；

类3：Rx1为弱用户，Rx2为强用户；发送端Tx的最大发送功率限制大于有效干扰功率限制；

类4：Rx1为弱用户，Rx2为强用户；发送端Tx的最大发送功率限制小于有效干扰功率限制；

步骤5包括：

对于类1，执行功率分配方式1：发送端Tx按以下方式分配发送至Rx1与Rx2的信号功率值P₁^*、

其中N₀为加性高斯白噪声的功率；

对于类2，执行功率分配方式2：发送端Tx按以下方式分配发送至Rx1与Rx2的信号功率值P₁^*、

对于类3，执行功率分配方式3：发送端Tx按以下方式分配发送至Rx1与Rx2的信号功率值P₁^*、

对于类4，执行功率分配方式4：发送端Tx按以下方式分配发送至Rx1与Rx2的信号功率值P₁^*、