一種非正交多址中的功率分配方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及無線接入技術領域，特別設及一種非正交多址中的功率分配方法。
【背景技術】
[0002] 為了滿足未來業務需求，業界已經啟動了 5G移動通信系統的研究。為了滿足高吞 吐率(較4G提高1000倍，熱點地區數據率達到10加 PS)、海量設備接入(較4G提高10-100倍， 總共達到500億個設備，平均每個接入點30萬個設備)等指標，非正交多址接入技術(NOMA) 應運而生。在傳統的正交多址技術中，只能為一個用戶分配單一的無線資源，例如按頻率分 害d，按時間分割或按碼本分割，而NOM方式可將一個無線資源分配給多個用戶。
[0003] 目前有多種方式實現N0MA，在功率域上實現非正交多址是業界研究的重點，它是 未來5G移動通信技術中的關鍵技術。
[0004] 在NOMA方案中的下行傳輸中，基站端會從候選用戶中調度多個用戶進行配對，并 在相同的時域資源上疊加配對用戶的信號，由于基站在每個時頻資源上的發射功率有限， 配對用戶的功率分配會在很大程度上影響系統的吞吐量;再者，合理的用戶配對也有利于 用戶終端的解調，因此，怎樣合理地將用戶配對進行功率分配是一個值得深入研究的問題。
[0005] 在NOMA技術研究中，現有技術對用戶調度主要采用比例公平算法。首先基站遍歷 所有可能的用戶配對情況，進行功率分配并計算該用戶分組的比例公平因子，然后選出比 例公平因子最大的配對方案作為運次調度的對象。但現有的功率分配方案是定性分析得到 的結果，并沒有相應的定量分析，并且運個功率分配方案也不是最優的，另外在原有的框架 下，需要全局捜索最優的用戶配對情況，但運種方法的時間復雜度過高。
[0006] 目前的功率分配方案:從候選的用戶中，直接遍歷所有的用戶配對情況來捜索最 優化的用戶配對方案，例如一個小區中有K個用戶，每個時頻資源上最多復用N個用戶，則基 站需要配對出所有可能地用戶配對情況，需要遍歷的情況數目為
[0008] 由于對于每種配對情況，基站還需要計算其相應的功率分配方案和比例公平因 子，運一過程會隨著時頻資源最大復用用戶數和小區用戶數K的增長而大幅上升，運會使計 算量急劇上升。
[0009] 現有技術中的的功率分配方案主要有遍歷功率分配算法(Full Search Power Allocation,FSPA)、固定功率分配算法(Fixed Power Allocation,FPA)和分級功率分配算 法(Fractional Transmit Power Allocation,FTPA)。
[0010] FSPA能夠使NOMA的吞吐量性能達到最優。FSPA的具體做法就是對于已經選好的組 合用戶集Us,遍歷每一種可能的功率分配方案，原則上來說功率分配的方案有無窮多組，但 如果限定最小分配單位為0.1P，P為總的發射功率，那么FSPA是可W實現的，但是FSPA的計 算量大，時間復雜度高。
[00川 FPA算法計算量小，時間復雜度低，但是它能達到的吞吐量性能不理想。對于復用 用戶數為2的NOMA, FPA的做法就是給信道條件較好的用戶分配的功率為0.8P，給信道條件 較差的用戶分配的功率為0.2P。對于場景的不同，固定功率分配的因子不一定相同，也可W 按屯=分或者六四分，但是兩者的功率差別不大時，信道條件較差的用戶在接收信號時的 干擾很大，信道條件較好的用戶在做SIC時，不一定能夠成功消除其他用戶帶來的干擾。FPA 沒有充分利用已知的信道信息，導致吞吐量性能不理想。
[0012] FTPA在FSPA的基礎上降低功率分配算法的計算量和時間復雜度，并且吞吐量性能 也能達到一個較為理想的情況。FTPA的分配比例按照下式確定：
(1)
[0014] 上式中P表示基站的發射功率，Us表示選出的組合用戶集，Gs(j)表示Us中用戶j的 信號通過信道后的接收功率，Ns(j)表示用戶j處的干擾和噪聲的功率，a是一個常數，取值 范圍為[0，1]，運里的經驗值取為〇.4"FTPA雖然有著FSPA和FPA兩者的優點，既能達到較高 的吞吐量性能，計算量和時間復雜度都能夠接受，但是FTPA在復用用戶數為2時能達到較好 的效果，但是當復用用戶數比2大時，FTPA算法的性能還有待提升。綜上，為了能夠支持多個 用戶同時接入同時能夠更好地滿足未來5G的發展需求，一種較低復雜度的多用戶配對方案 和支持多個用戶的功率分配算法對未來NOMA的發展至關重要。
【發明內容】
[0015] 本發明實施例的目的在于提供一種非正交多址中的功率分配方法，降低功率分配 算法的復雜度。
[0016] 為達到上述目的，本發明實施例公開了一種非正交多址中的功率分配方法，系統 總帶寬分為Nc個子帶，每個子帶的帶寬為W，在任一子帶b(l<b<Nc)上非正交復用的用戶數 為m，任一子帶上最多復用N個用戶，1 <m<N;
[0017] 所述的方法包括:對于任一子帶，循環執行W下步驟：
[0018] S1、根據用戶反饋到基站的信道信息確定每個用戶讀的信道增益扔(而A)，根據子 帶的帶寬W、每個用戶的信道增益、上一時刻分配的功率& (相;)和窗口的時間長度t。，計算 出每個用戶在所述任一子帶上的平均速率7'(相根據每個用戶的平均速率計算出每個 用戶的權重W切言）；
[0019] S2、根據預設的判定準則，配對出所有的適合非正交多址接入的一個或多個第一 用戶分組[乃"，將一個或多個第一用戶分組確定為最優用戶分組的待選集合;所述的準則 為:對任意用戶分組中按用戶信道增益遞減排序豁(為）>換(辦）>......拼(辦），且相應用戶 權重為遞增排序W(為）< W(相）< …< W(抑）；
[0020] S3、對于待選集合中的每個第一用戶分組，計算每個第一用戶分組的比例公平因 子化狀'）;
[0021] S4、將比例公平因子最大的第一用戶分組確定為最優用戶分組，將所述任一子帶 分配給所述最優用戶分組。
[0022] 可選的，所述步驟Sl包括：
[0023] S11、根據用戶反饋到基站的信道信息確定每個用戶誠的信道增益扔(死;）；
[0024] S12、根據子帶的帶寬、每個用戶的信道增益和上一時刻分配的功率化(為）計算 出每個用戶的上一時刻t-1的吞吐率巧6(如
[0025] S13、根據窗口時間長度t。和每個用戶的吞吐率，計算出每個用戶在所述任一子帶 上的平均速率巧誠;句.
[0026] S14、根據每個用戶的平均速率計算出每個用戶的權重W(為）= i/r的;r)。
[0027] 可選的，所述步驟S12,按如下公式求上一時刻的吞吐率：
[0029] 所述步驟S13,按如下公式計算平均速率：
[0031] 可選的，步驟S3包括：
[0032] 對于待選集合中的每個第一用戶分組，執行如下步驟：
[0033] S31、根據庫恩-塔克條件對第一用戶分組內的用戶求解上行功率分配矢量；
[0034] S32、判斷求得的上行功率分配矢量中的每一個向量是否都大于零;如果是，則執 行步驟S33,否則該第一用戶分組不適合W非正交多址方式接入，將該第一用戶分組的比例 公平因子設置為
[0035] S33、根據上下行轉換公式將求得的上行功率分配矢量轉換為下行功率分配矢量；
[0036] S34、判斷求得的上行功率分配矢量中的功率值是否滿足：
[0037] 客次冗I) < Sbi訴-、），逆Pbi冗I) < Pbi巧V)
[0038] 如果滿足，貝IJ
[0039] 公>(Ur) = E W(挪馬(如 :';/)) 狂二i
[0040] 否則，將該第一用戶分組的比例公平因子設置為a(u〇=〇。
[0041] 可選的，所述步驟S31中根據庫恩-塔克化KT)條件：
求解上行功率矢量q;
[0045] 其中qERm"和ye R為拉格朗日系數，Ai=W(為h為用戶為的權重， A, =W(磚)-W恃產從S 2為用戶為的權重減去用戶讀的權重，P為子帶b分配的功率；
[0046] 根據上下行轉換公式求解用戶分組的下行功率分配矢量P，所述的上下行轉換 公式如下式所示：
[0047] 刮讀）二公-)4兮(巧*)，皮二l，2,3，..'m，
[004引 其中4 = 1 +各6的)!>(兄i)，A = 1 +畫各6(成'M柳， 其中g(<)為用戶為I的上行分配功攀+，|抑而)為用戶/r/的下行分配功率。
[0049] 為達到上述目的，本發明實施例還公開了一種非正交多址中的功率分配裝置，系 統總帶寬分為Nc個子帶，每個子帶的帶寬為W，在任一子帶b(l<b ^c)上非正交復用的用戶 數為m，任一子帶上最多復用N個用戶，1 <m<N;
[0050] 所述功率分配裝置對于任一子帶，循環進行處理，包括：
[0化1]用戶權重計算單元，用于根據用戶反饋到基站的信道信息確定每個用戶苗的信 道增益盤切,A)，根據子帶的帶寬、每個用戶的信道增益、上一時刻分配的功率轉(相;)和窗 口時間長度t。，計算出每個用戶在所述任一子帶上的平均速率;根據每個用戶的平 均速率計算出每個用戶的權重w(;r;');
[0052] 待選集合確定單元，用于根據預設的判定準則，配對出所有的適合非正交多址接 入的一個或多個第一用戶組，將一個或多個第一用戶組確定為最優用戶分組的待選集 合；所述的準則為：對任意用戶分組中按用戶信道增益遞減排序 客A (為）> 抗(相）> *.....扔? )，且相應用戶權重為遞增排序W(柏< M'訴：) < …;
[0053] 比例公平因子計算單元，用于對于待