[发明专利]一种基于模拟退火算法的非正交多址接入联合带宽和速率分配方法

摘要

一种基于模拟退火算法的非正交多址接入联合带宽和速率分配方法，首先，基站BS通过非正较频分多址接入技术发送数据，为移动终端提供数据流量服务；接着，分析系统特性对问题进行等价转化，并将其分解为为顶层问题和底层问题；根据转化得的底层问题特性设计高效的算法求解，最后将算法输出结果代回顶层问题求得最优的带宽与速率分配值。本发明在无线蜂窝网络中应用NOMA技术进行数据发送，为了实现下行链路非正交多址接入节能传输，将带宽与速率联合考虑，在满足所有MU数据流量需求的前提下联合分配带宽和速率实现最高能效的数据传输。

主权项

1.一种基于模拟退火算法的非正交多址接入联合带宽和速率分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)在单个运营商的单个宏蜂窝基站mBS的覆盖范围下总共有I个移动终端MT，在该情况下，mBS使用非正交多址接入技术NOMA发送数据；考虑到NOMA的技术特性，引入索引集表示I个MT；首先，由于连续干扰消除机制SIC，对mBS到所有MT的信道增益按照从大到小进行排序，故有以下顺序：gB1>gB2>…>gBi>gBj>…>gBI，    (1)其中g_Bi表示mBS到第i个MT的信道增益，在接下来的说明中提到的第i个MT或第j个MT均是在索引集中的；2)在mBS端，每个MT的瞬时信道增益都是已知的；基于NOMA，mBS会将所有的数据叠加在同一频段上发送给每个MT；在MT端，使用SIC消除MT之间的相互干扰；对于MT i，在接收数据中首先解码MT k的数据，k>i即特指MT k排列在MT i后面，然后将解码后的数据从接收数据中删除，操作顺序是k＝I,I‑1,I‑2,…,i+1，同时将MT j的数据信号视为噪声，j<i即特指MT j排列在MT i前面，根据以上的解码机制，由mBS到MT i的吞吐量为：其中参数定义如下：pBi：mBS到MT i的发射功率；Ri：mBS到MT i的数据吞吐量；WB：服务该组移动终端而分配的带宽量；n0：背景噪声的功率谱密度；由此得mBS到所有移动用户的最小总发射功率表示如下：其中假设g_B0是一个足够大的值，因此3)基于上面的最小发射功率表达式，制定以下BS的带宽使用W_B和MT的服务吞吐量的联合优化问题：(P1):subject to:variables:W_B,and其中参数定义如下：mBS的总功率；mBS所具备的总带宽；MT i的最小速率需求；MT i的速率分配上限；在目标函数中，表示BS在服务MT的流量时的净收益，其中α表示提供MT的流量的边际报酬，β表示占用频率信道的成本，参数p₀表示BS的固定功耗，目标函数表示通过BS的净收益与BS的总功耗之间的比率来测量的能量效率；4)解决问题(P1)的关键思想是利用其分层结构，引入一个辅助变量η，它表示能效的下限：使用η，可以等效地将问题(P1)转换为：设η*表示问题(P1‑E)的最优解，即η*是原问题(P1)的最大能量效率，问题(P1‑E)的目标是要找到可行域内η的最大值，即η*，在给定η条件下，为了确定由约束条件所构造的可行区域是否为非空，只需要考虑：(P1‑E‑Sub):subject to:constraints(4),(5),and(6)variables:W_B,and基于问题(P1‑E‑Sub)的Vη输出，解决问题(P1‑E)可以找到η*,如下：(P1‑E‑Top):η*＝arg max{η∈[0,ηmax]|Vη≥0},其中上限然而，问题(P1‑E‑Sub)仍然是关于W_B和的非凸优化，采用更进一层的分解，即除了给定的η之外，进一步假设给出了带宽分配W_B，并优化如下：通过将视为W_B的函数，继续如下优化W_B：(BA‑Top):variables:5)基于上述分析，提出Subroutine‑RA算法来获得6)使用Subroutine‑RA算法，可以找到每个给定η时的值，问题(BA‑Top)是单变量优化问题，采用线性搜索方法来找到提出Subroutine‑forEE算法来解决问题(BA‑Top)，其核心思想是采取线性搜索的方法，设定一个很小的搜索步长，逐一枚举W_B，找到最优的带宽分配；7)在给定η下，如果Vη≥0则说明构造的可行域非空，否则，说明构造的可行域为空，对于问题(P1‑E‑Sub)，Vη的值随着η的增大而减小，可行域内η的最大值出现在Vη＝0处，采用二分法来求最大的η，即η*。