[发明专利]基于双边匹配的下行多载波NOMA系统资源分配方法

说明书

本发明公开了一种基于双边匹配的下行多载波NOMA系统资源分配方法，旨在解决现有技术中缺乏面向安全的多载波NOMA系统资源分配研究的问题。不同于单载波NOMA系统仅使用一个载波进行信息传播，本发明考虑多载波NOMA系统下行传输，在用户可达速率要求和总功率限制下，以最大化系统保密吞吐量为目标，提出了基于双边匹配算法的用户和子载波匹配方法，并基于二分搜索算法提出了子载波功率分配方法。本发明能够在保证满足所有用户服务质量的同时显著提高系统安全性能。

技术领域

本发明涉及一种基于双边匹配的下行多载波NOMA系统资源分配方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

多载波接入系统将多总频段带宽进行子载波划分并分配给用户，能够优化频谱利用率，此外，各种无线终端设备爆炸式增长，海量连接性的要求日益迫切，这些都促使多载波NOMA系统研究受到越来越多的关注。对于多载波NOMA系统，要充分利用NOMA技术优势，关键是如何将功率、子载波等资源最优地分配给用户，使系统性能最大化。现有的针对NOMA系统的研究多用系统的吞吐量或者能量效率作为优化目标，针对安全性能的优化考虑较少，但NOMA技术中一个载波上传输的是若干用户的叠加信号，窃听者拦截信号后对簇内所有用户都有影响，因此NOMA系统的安全性是值得考虑的。

此外，目前关于NOMA系统的安全性讨论集中在单载波NOMA系统上，面向安全的多载波NOMA系统资源分配问题仅对特定中继场景做了讨论，不利于多载波NOMA系统的发展和应用。

发明内容

针对现有技术中缺乏面向安全的多载波NOMA系统资源分配研究的问题，本发明提出了一种基于双边匹配的下行多载波NOMA系统资源分配方法，能够在用户可达速率要求和总功率限制下最大化系统的保密吞吐量，以提升多载波NOMA系统的安全性能。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：

本发明提出了基于双边匹配的下行多载波NOMA系统资源分配方法，包括如下步骤：

在用户可达速率和基站传输功率约束下，以下行多载波NOMA系统的保密吞吐量作为目标函数，获取用户子载波匹配和用户功率分配的联合优化问题；

对下行多载波NOMA系统中的用户进行用户配对，获得用户对集，并获得用户对集中每个用户对的子载波优先级列表；

基于联合优化问题，根据子载波优先级列表对用户对集中每个未匹配的用户对进行资源匹配，获得令保密吞吐量最大化的用户子载波匹配和用户功率分配。

进一步的，所述下行多载波NOMA系统包括一个基站、K个用户和1个窃听者，下行多载波NOMA系统中共有M个子载波，K＝2M。

进一步的，用户子载波匹配和用户功率分配的联合优化问题的表达式如下：

其中，{UC_n，m}表示用户子载波匹配，UC_n，m表示第m个子载波上的第n个用户，{p_n，m}表示用户功率分配，p_n，m表示用户UC_n，m用户的功率，表示用户UC_n，m的保密容量，R_n，m表示用户UC_n，m的可达速率，表示用户UC_n，m的窃听速率，R_min表示下行多载波NOMA系统中的可达速率最小值，P表示下行多载波NOMA系统中基站的最大总发射功率，为下行多载波NOMA系统的总用户集，为下行多载波NOMA系统的子载波集合，UC_n′，m′表示第m′个子载波上的第n′个用户，m＝1，2，…，M，M为下行多载波NOMA系统中子载波的总数。

进一步的，获得用户对集和用户对集中每个用户对的子载波优先级列表的方法为：