[发明专利]一种毫米波mMIMO-NOMA系统下的用户分组和功率分配方法

权利要求书

1.一种毫米波mMIMO-NOMA系统下的用户分组和功率分配方法，其特征在于，包括：

S1：接收用户下行信号并根据用户下行信号表示用户可达速率；

S2：采用簇头选择算法获取每个波束的簇头并将所有簇头放入簇头集合；

S3：根据簇头集合进行模拟预编码和用户分组，得到用户的等效信道向量和用户分组结果；

S4：根据用户的等效信道向量和用户分组结果进行数字预编码，得到数字预编码向量；

S5：根据用户可达速率构建功率分配和功率分割因子联合优化问题；

S6：采用迭代优化算法将非凸的功率分配和功率分割因子联合优化问题转化为凸优化问题；求解凸优化问题，得到最佳功率分配方案。

2.根据权利要求1所述的一种毫米波mMIMO-NOMA系统下的用户分组和功率分配方法，其特征在于，计算用户可达速率的过程包括：

功率分割接收器将用户下行信号分割为能量收集信号和信息解码信号；

对信息解码信号进行串形干扰删除，得到消除部分干扰后的剩余信号；

根据剩余信号以及噪声加干扰计算用户可达速率。

3.根据权利要求2所述的一种毫米波mMIMO-NOMA系统下的用户分组和功率分配方法，其特征在于，计算用户可达速率的公式表示为：

其中，R_m,n表示第m个波束中第n个用户的可达速率，d_m表示数字预编码向量，表示第m个波束中第n个用户的等效信道向量，p_m,n表示第m个波束中第n个用户的发射功率，θ_m,n表示第m个波束中第n个用户的信号噪声加干扰比。

4.根据权利要求1所述的一种毫米波mMIMO-NOMA系统下的用户分组和功率分配方法，其特征在于，采用簇头选择算法获取每个波束的簇头的过程包括：

S21：选择信道增益最高的用户作为首个波束的簇头；

S22：将剩余用户中与当前所选簇头信道相关性小于信道相关性阈值的用户作为下一波束簇头的候选用户；若候选用户数为0，则执行步骤S24；

S23：从候选用户中选择信道增益最高的用户作为下一波束的簇头，返回步骤S22；

S24：若存在未分配的波束，则增大信道相关性阈值。

5.根据权利要求1所述的一种毫米波mMIMO-NOMA系统下的用户分组和功率分配方法，其特征在于，步骤S3中，得到用户的等效信道向量的公式为：

其中，表示第n个用户的等效信道向量，表示第n个用户的信道向量，A表示模拟预编码矩阵。

6.根据权利要求1所述的一种毫米波mMIMO-NOMA系统下的用户分组和功率分配方法，其特征在于，步骤S3中，进行用户分组的公式为：

其中，表示用户被分组到波束表示第n个用户的等效信道向量，表示第m个波束中簇头的信道向量，表示第n个用户的信道向量。

7.根据权利要求1所述的一种毫米波mMIMO-NOMA系统下的用户分组和功率分配方法，其特征在于，所述功率分配和功率分割因子联合优化问题表示为：

s.t.C1:P_m,n≥0

C2:

C3:

C4:

其中，表示第m个波束中第n个用户的可达速率为最小值，P_m,n表示第m个波束中第n个用户的发射功率，β_m,n表示第m个波束中第n个用户的功率分割因子，N_RF表示射频链数量，S_m表示波束内的用户数，P_t表示基站的最大总传输功率，R_m,n表示第m个波束中第n个用户的可达速率，表示第m个波束中第n个用户的最低速率要求，表示用户接收到的能量，表示第m个波束中第n个用户的最小收集能量。

8.根据权利要求1所述的一种毫米波mMIMO-NOMA系统下的用户分组和功率分配方法，其特征在于，将功率分配和功率分割因子联合优化问题转化为凸优化问题的过程包括：根据数字预编码向量和用户的等效信道向量确认用户消除部分干扰后的剩余信号；使用最小均方误差检验根据所有用户消除部分干扰后的剩余信号重写用户的可达速率，得到重写优化问题的的目标函数；使用迭代优化算法根据重写的目标函数生成新目标函数；引入新变量和新约束，重写优化问题的约束条件，得到凸优化问题。