[发明专利]一种毫米波NOMA上行通信系统中联合功率分配和波束成形设计方法

权利要求书

1.一种毫米波NOMA上行通信系统中联合功率分配和波束成形设计方法，其特征在于：步骤如下：

步骤S1：建立基于NOMA的毫米波上行通信系统，该系统中一个装配N个天线的毫米波基站通过上行功率域非正交多址接入协议为两个单天线用户提供服务，其中基站与用户间的信道为毫米波信道，且基站的每个接收天线通过各自的功率放大器和移相器连接到唯一的射频链路上；

步骤S2：在基站考虑两种不同解码顺序解码方式1， 用户1信号先被解码和解码方式2，用户2信号先被解码基础上，建立两用户NOMA毫米波上行通信系统能效最大化问题，在最大功率约束，最小速率约束以及恒定模值约束条件下，通过对优化问题结构分析与数学变换，利用交替迭代算法和数学理论，实现功率分配子问题和波束成形子问题的低复杂度算法设计；功率分配子问题利用优化问题内在结构特点判断解码顺序并利用数学方法获取最优功率分配闭式解，波束形成矢量结合优化子问题数学特征并利用简单的一维搜索获取最优解；通过功率分配闭式解和一维搜索最优波束形成方案，实现较低复杂度算法设计和低系统消耗的资源分配优化；

步骤S3：针对步骤S2中的功率分配子问题，判断最优解码顺序，求解最优功率分配；

步骤S4：针对步骤S2中的波束成形子问题，利用一维搜索法以及步骤S3的结果来获得最终的功率分配和波束成形方案。

2.如权利要求1所述的毫米波NOMA上行通信系统中联合功率分配和波束成形设计方法，其特征在于：步骤S2包含以下子步骤：

步骤S2a：基站考虑两种不同的解码顺序，分别称之为解码方式1， 用户1的信号先被解码和解码方式2， 用户2的信号先被解码，令表示解码方式j(j＝1,2)下用户i(i＝1,2)的可达速率如下：

其中定义为用户i的波束成形增益，h_i表示用户i到基站的信道，w表示波束成形矢量，p₁表示用户1的功率，p₂表示用户2的功率，σ²表示噪声功率；

联合优化功率分配和波束成形的能效最大化问题建模如下：

其中表示解码方式j下的系统能量效率，ξ表示功率放大器系数，P_C表示系统静态功率消耗，P_C由基带功耗P_BB、射频链路功耗P_RF、移相器功耗P_PS和功率放大器功耗P_LNA组成，即P_C＝P_BB+P_RF+NP_PS+NP_LNA，和分别表示两个用户的最大发射功率约束和最小可达速率约束，r_i表示用户i的最小速率，表示接收波束成形矢量的恒定模值约束，N表示基站天线数；

步骤S2b：将步骤S2a中的能效最大化问题(2)分解成固定波束成形的功率分配子问题(3)和固定功率分配的波束成形子问题(4)分别如下：