[發明專利]基于改進的模擬退火的NOMA跨層功率分配方法和裝置

有效

• 申請號: 202010062358.2
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN113141656B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 陸音;吳濟洲;楊楚瀛;李滔森;王秀梅;朱洪波
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 朱遠楓

1.基于改進的模擬退火的NOMA跨層功率分配方法，其特征在于，包括以下步驟：

引入數據鏈路層中的QoS指數，以最大化系統最小有效容量為優化目標進行最優功率分配，得到NOMA系統優化模型；

根據NOMA系統優化模型確定用戶中最大負有效容量模型；

根據NOMA系統優化模型的約束條件以及用戶中最大負有效容量模型確定用戶中最大負有效容量模型的增廣函數；

利用改進的模擬退火算法對所述增廣函數進行求解，得到最優功率分配方案；

用戶中最大負有效容量模型的表達式如下：

s.t.C1:

C2:p_i≥0

其中為信道系數h_i的期望值，且1≤i≤N，N表示系統用戶總數，θ_i表示用戶i在當前服務過程的QoS指數，R_i[t]表示用戶i可以達到的最大速率，P_max表示基站可以發送的最大功率，p_i表示為用戶i分配到的功率值，P為所有用戶功率向量，P＝[p₁,p₂,…p_N]，Θ＝[θ₁,θ₂,…,θ_N]表示不同用戶的QoS約束；

所述用戶中最大負有效容量模型的增廣函數的表達式如下：

F(Θ,P)＝f(Θ,P)+M·G(P)

其中M為懲罰因子，為正數，G(P)的表達式為：

G(P)＝|max(g(P),0)|²

其中

利用改進的模擬退火算法對所述增廣函數進行求解的具體方法如下：

步驟1：初始化初始溫度T₀、終止溫度T_e、每個溫度狀態下迭代次數L、當前溫度迭代次數itr；設定解的取值上限為u，定解的取值下限為l；隨機選擇初始解P₀并假設當前初始解為最優解P_b；

步驟2：利用鄰解生成函數產生新解，設定解的上限u為P_max，下限l為0，設P_cur為當前解，用于生成新解P_new的鄰解生成函數表示如下：

P_new＝P_cur+λ·(u-l)

其中，λ為擾動因子，定義如下：

其中，rand為N個由0到1之間的隨機數組成的一維向量，T_n為當前溫度；

步驟3：計算中間變量E_cur＝F(Θ,P_cur)，E_b＝F(Θ,P_b)與E_new＝F(Θ,P_new)，選擇使目標值最小的解作為當前最優解P_b，避免陷入局部最優解；

步驟4：計算中變變量E_new與中間變量E_cur的差值，表達式如下：

ΔE＝E_new-E_cur

若ΔE0，則接受新解作為當前解，令

P_cur＝P_new

否則，計算概率p：

其中，K為玻爾茲曼常數，用random表示0到1之間不定隨機數，判斷prandom是否成立，若成立，則接受新解為當前解；令迭代次數itr的值加1，重復執行步驟2到步驟4，直到itr的值達到L；

步驟5：以線性降溫準則T_n+1＝α·T_n降低當前溫度，α表示溫度衰減系數；用大小為V*1的向量B表示與當前溫度臨近的V個溫度下的最優解b₁,b₂,…,b_V，對于給定誤差閾值為ε，判定

b_K為當前的最優解，若條件成立或當前溫度小于等于溫度下界，則繼續，否則，返回步驟2；

步驟6：輸出當前最優解即為最優功率分配方案。