[發明專利]一種SCMA系統的子載波和功率分配方法

有效

• 申請號: 202011446599.3
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112702790B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 陳月云;劉媛;杜利平
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;北京科技大學順德研究生院
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波;鄧琳

1.一種SCMA系統的子載波和功率分配方法，其特征在于，包括以下步驟：

以最大化系統用戶總平均意見分數MOS和最小化系統功耗為預設的兩個目標，利用權值將所述兩個目標同時優化，并以每個用戶差異化體驗質量需求、基站總發射功率及SCMA稀疏特性為約束，建立子載波和功率分配優化模型；

具體地，MOS_k為用戶k的MOS函數，在網頁瀏覽業務下表示為：

MOS_k＝-K₁ ln(d(R_k))+K₂

其中K₁和K₂是常數，通過對網頁瀏覽應用的實驗結果進行分析確定；函數d(R_k)表示用戶發送網頁請求到接收到整個網頁內容之間的時間延遲，表示為：

其中R_k表示數據速率，RTT表示往返時間，FS表示網頁大小，并且MSS表示最大片段大小，參數L表示具有空閑周期的慢啟動周期數，即用戶和服務器在網頁下載期間的包交換周期，L＝min[L₁,L₂]，其中參數L₁表示阻塞窗口到達帶寬延遲乘積所需的循環數，L₂表示在網頁大小被完全傳輸之前的慢啟動周期數，

往返時間RTT對MOS功能的影響很小，假設RTT≈0，則用戶k的MOS函數MOS_k簡化為：

其中，FS_k是用戶網頁大小；

同一子載波上信道增益大的用戶會對信道增益小的用戶造成干擾，則用戶k在子載波j上的信干噪比SINR_k,j表示為：

其中，p_k,j為在子載波j上用戶k分得的功率，h_k,j是用戶k和子載波j之間的信道系數，K_j表示根據子載波分配結果可知的子載波j上承載的用戶中信道增益比用戶k大的用戶集合，噪聲方差為σ²；

實際的用戶k在子載波j上的可實現速率為:

R_k,j＝Blog₂(1+SINR_k,j)

其中B為子載波帶寬，之后每個用戶的數據速率表示為:

其中J表示總子載波數，f_k,j為因子矩陣F中的參數，表示子載波分配的情況，為0或1變量；

系統總功耗P_total表示為：

其中，ε表示功率放大因子，K表示總用戶數，J表示總子載波數，p_k,j為在子載波j上用戶k分得的功率，f_k,j表示子載波分配情況，是因子矩陣中的參數，定義為0或1變量；

利用權值將所述兩個目標同時優化，并以每個用戶差異化體驗質量需求、基站總發射功率及SCMA稀疏特性為約束，表示為：

(P)

其中，K表示總用戶數，J表示總子載波數，MOS_k為用戶k的平均意見分數函數，是用戶體驗質量的量化指標，MOS_k,min表示用戶k所要求的最小平均意見分數，P_total為系統總功耗，λ₁和λ₂分別表示用戶總平均意見分數和系統功耗的權重系數；p_k,j為在子載波j上用戶k分得的功率，如果用戶k不占用子載波j，則p_k,j為0，f_k,j為用戶k與子載波j的對應情況，即子載波分配情況，是因子矩陣中的參數，定義為0或1變量，P_max表示基站處給定的總功率，N為用戶k占用的最大子載波數，d_f為子載波j可承載的最大用戶數；

將優化問題轉化為子載波分配和功率分配兩個子問題，利用網格自適應直接搜索算法得到優化的子載波分配方案，根據得到的子載波與用戶的對應關系，采用連續凸逼近算法，得到每個用戶在子載波上的功率；

其中，在子載波分配子問題中，目標和約束中的變量只包含f_k,j，整個問題為整數非線性規劃問題，通過網格自適應直接搜索算法求解，得到優化的因子矩陣，作為功率分配的前提條件；

根據得到的子載波與用戶的對應關系進行功率分配具體包括：

因子矩陣轉變為稀疏的常數矩陣，只包含0和1，功率分配問題P簡化為：

(P1)

其中，P1表示功率分配子問題，基于得到的所述子載波與用戶的對應關系，利用連續凸逼近算法，得到每個用戶在子載波上的功率。

2.根據權利要求1所述的SCMA系統的子載波和功率分配方法，其特征在于，所述用戶k的平均意見分數函數用于對用戶業務體驗質量進行量化，對于不同的無線網絡業務，采用不同的平均意見分數模型衡量其體驗質量。