[發明專利]MIMO系統中基于非正交多址的能效功率分配方法

有效

• 申請號: 202010184986.8
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111405584B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 蔡麗娟;李云;吳廣富
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W16/22
• 分類號: H04W16/22;H04W72/04;H04W72/08
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 王海軍

本發明涉及通信技術領域，具體涉及一種MIMO系統中基于非正交多址的能效功率分配方法，包括：將用戶作為買方，基站作為賣方；構建買方的效用優化模型和賣方的效用最優化模型；引入輔助變量求解買方的最優功率購買策略；利用凸優化方法求解賣方的最優價格制定策略；基站和用戶雙方進行博弈達到均衡時得到用戶功率值；更新輔助變量計算用戶的最優能效值，從而得到系統的能效值。本發明僅考慮單個用戶的自身利益，每個用戶最大化自身的能效，降低了算法復雜度；在用戶和基站博弈過程中，根據串行干擾消除殘留因子大小調整功率購買值和價格，結果更加接近最優值。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，具體涉及一種MIMO系統中基于非正交多址的能效功率分配方法。

背景技術

移動通信在近幾十年來取得迅猛發展，但人們對速率的需求還處于不斷增長的狀態，而無線通信可使用的頻譜資源并不是無限的，故在5G通信中，一定會出現多個用戶共享同一頻段進行通信的現象。在4G中采用的多輸入對輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技術中，采用在同一波束中任一個用戶獨占某一子信道的原理。而萬物互聯勢必會引發數據流量爆發，故在5G中對MIMO的研究將更加深入。而非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)技術可在發送端疊加多個用戶，并在接收端使用串行干擾消除技術，以此實現在同一時頻資源上復用多個用戶，極大的提升了頻譜效率以及其他性能。將NOMA技術與MIMO技術相結合，在同一波束中復用多個用戶，進一步提升系統性能，是5G關鍵技術研究的必然趨勢。盡管將NOMA技術運用于MIMO技術中具有巨大的優勢，但也存在著一些問題，尤其是在接收端干擾消除方面。在現有的技術中，不能做到在接收端進行完美的串行干擾消除，若仍按照完美串行干擾消除為用戶制定功率分配策略，會使算法的結果偏離最優值，故在基于串行干擾消除殘留的功率分配算法的研究使得功率分配策略更趨近于最優值，對于實際通信系統的應用有重要意義。

且近年來，溫室效應逐漸嚴重，全球變暖，海平面上升。具統計，由通信產生的溫室氣體至少在總量中占據百分之二的比例。故除了用戶接入數和系統大容量問題，在能耗問題在如今的信息通信中也是一個值得重視的方面。目前，已有大部分的研究是針對MIMO-NOMA系統，但對于基于非完美SIC的MIMO-NOMA系統模型的研究還處于起步階段，故此方面的研究對于實際通信系統。的應用有重要意義。

在MIMO-NOMA系統中，目前常用的功率分配算法有分數階功率分配算法、基于凸差規劃的功率分配算法等。分數階功率分配算法根據用戶信道增益大小和所設置的衰減因子確定給用戶分配的功率值，可通過調整衰減因子的大小改變在不同的情況下的功率分配情況，算法復雜度低。而基于凸差規劃的功率分配算法雖然復雜度高，但是可通過迭代在誤差允許范圍內獲得較好的性能。將Dinkelbach算法運用于Stackelberg博弈中，在能效優化算法中降低算法復雜度方面具有重要價值。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種MIMO系統中基于非正交多址的能效功率分配方法。該方法首先建立系統能效優化模型，然后根據基站和小區內的用戶建立為多個一主一從的Stackelberg博弈模型，在每個Stackelberg博弈模型中將基站設置為賣方，將用戶設置為買方，通過分數規劃問題將目標函數轉化為等效的凸問題，再通過Dinkelbach算法計算能效最大化時的所對應的功率分配方法。

一種MIMO系統中基于非正交多址的能效功率分配方法，該方法包括但不限于如下步驟：

將單個用戶的能效定義為用戶速率與用戶功率消耗之比，構建用戶能效模型；

將小區內的用戶作為買方，基站作為賣方；