[发明专利]多载波协作非正交多址接入系统能效最大化方法

说明书

本发明请求保护一种多载波协作非正交多址接入系统能效最大化的方法，属于载波协作非正交多址接入下行系统技术领域。该方法考虑到基站发射功率、中继发射功率和用户最低速率约束条件下，通过控制基站发射功率、中继发射功率和匹配因子，最大化系统的总能效。本方法首先将问题解耦成子载波用户匹配和功率分配两个子问题，基于匹配理论提出用户子载波匹配算法后，使用交替优化变量算法分配发射功率和中继放大功率，最大程度地提高系统能效。本发明具有计算复杂度低，可严格保证用户最小速率需求，提高系统能效的优点，特别适合多载波协作非正交多址接入下行网络。

技术领域

本发明属于载波协作非正交多址接入下行系统技术领域，具体地，涉及多载波协作非正交多址接入下行系统中的能效最大化的功率控制方法。

背景技术

随着下一代移动互联网时代的到来，海量物联网设备的接入势必会引起流量拥塞，因此，非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)技术作为一种新型的多址接入手段通过在功率域将用户复用，在物理层传输叠加编码后的信号，最后在接收端通过串行干扰消除(Successive Interference cancellation,SIC)技术来对各个用户的信息进行解码，比起传统的正交多址接入技术(Orthogonal Multiple Access,OMA),NOMA具有更高的频谱效率和能量效率，因此将NOMA技术与传统移动通信的其他技术相结合已经成为国内外研究的趋势。

多载波技术通过将一个子载波划分成多个子载波来传输信息，子载波之间的用户的干扰可以被避免，因此能够在有限频谱资源下提高系统容量。协作通信在无线通信中应用广泛，在源节点和目的节点中增设中继有助于提升系统可靠性和其容量，还可以抵抗多径衰落，提升系统性能。

在NOMA系统中，由于在发送端需要将不同用户的信息进行叠加编码，即在功率域复用不用的用户，从而进行数据传输，因此如何分配功率是影响系统性能的一个关键性因素。

目前，大多数学者在研究NOMA系统中的功率分配问题时，大多都是以单载波、传统单跳网络中的场景中进行分析，并未将NOMA资源分配问题与多载波和协作通信相结合考虑。而在实际的无线通信中，在不同的场景中需要针对其周围环境特点架设中继，与此同时，采用多载波技术能够在较少的频谱资源下充分提升系统性能。

因此，针对NOMA系统中，有必要在保证用户最小速率需求的条件下，研究基于多载波协作非正交多址接入下行系统中的功率控制方法。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种最大化能效的方法，该方法将能效问题分解成两个子算法，先进行用户载波匹配，再进行功率分配，具有计算复杂度低、收敛次数少、适合多载波协作非正交多址接入系统网络的特点。本发明的技术方案如下：

一种多载波协作非正交多址接入系统能效最大化方法，其包括以下步骤：

101、初始化子载波个数和用户个数和位置，生成基站和中继的位置，基站和中继获取用户的信道状态信息，确定每个用户的信道增益，将用户按照信道增益降序进行排序，建立优化问题；

102、根据用户的信道增益，生成每个用户和每个子载波的偏好列表，初始化匹配列表和未匹配列表，匹配列表用于记录每个子载波上的用户匹配情况，未匹配列表用于记录未被匹配到子载波上的用户；

103、执行双边匹配算法；

104、根据上述匹配结果得出整个系统的能效表达式；

105、基于变量替换、连续凸逼近和分式规划方法进行用户功率和中继功率分配，计算出系统能效值。