本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮不完美SIC的下行NOMA功率分配方法。

背景技術(shù)：

隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，大規(guī)模接入場景是未來必然存在的場景之一。采取傳統(tǒng)的CDMA,TDMA,OFDMA等進行接入，基站需要為每個用戶分配資源(碼、時間，頻帶)等等，由于未來5G通信系統(tǒng)要同時支持數(shù)百萬不同需求的連接，即要實現(xiàn)異構(gòu)大規(guī)模接入，在這樣一個復雜的場景，采用傳統(tǒng)的多接入機制會帶來效率過低、信令開銷過大以及復雜度過大等問題。因此高效的非正交接入體制成為目前的研究熱點。

NOMA(非正交多址接入，Non-Orthogonal Multiple Access)通過在發(fā)射端采用疊加編碼和在接收端采用SIC(串行干擾消除，Successive Interference Cancellation)，使得多個信道增益相差較大的移動終端可以共享同一個無線資源塊，從而有效地提高系統(tǒng)頻譜效率。然而，由于移動終端硬件限制，強信道用戶通過串行干擾抵消SIC技術(shù)并不能完全消除來自弱信道用戶的干擾，并且當接入的移動終端數(shù)目較大時，強信道用戶需要進行多次SIC操作，那么該用戶受到的冗余干擾將非常嚴重，這嚴重限制了NOMA系統(tǒng)的性能。功率分配是一種有效干擾抑制方法。在NOMA系統(tǒng)中，恰當?shù)墓β史峙浞椒纫ＷC各個移動終端的等效信道增益彼此存在差距，從而便于區(qū)分終端進而執(zhí)行SIC譯碼操作，又要保證移動終端的公平性，即保證每個用戶的最小通信數(shù)據(jù)速率，最終在兼顧用戶公平性的基礎(chǔ)上，最大程度提高NOMA系統(tǒng)的性能。英國蘭卡斯特大學的丁志國教授等人在《On the Performance of Non-Orthogonal Multiple Access in 5G Systems with Randomly Deployed Users》一文中，提出了一種固定式的功率分配方法，研究了兩個移動終端下的系統(tǒng)平均速率，適用性不強，并且基于完美SIC，實際指導意義較弱。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述方案中應用范圍小等問題，提出一種考慮不完美SIC的下行NOMA功率分配方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

考慮不完美SIC的下行NOMA功率分配方法，包括如下步驟：

1)基站基于信道長期統(tǒng)計信息，獲得所有下行信道的增益信息|h_j|,j＝1,2,…,J其中J為移動終端的數(shù)量；

2)根據(jù)下行信道的增益信息，基站將移動終端進行從大到小排列|h₁|≥|h₂|≥…≥|h_J|；

3)基站首先進行隨機功率分配，根據(jù)隨機功率分配結(jié)果，對發(fā)射信號進行疊加編碼；

4)根據(jù)基站疊加編碼的結(jié)果，第j個移動終端進行SIC譯碼，獲得不完美SIC長期統(tǒng)計信息ε_j,i,i＝j+1,j+2,…,J,然后將不完美SIC統(tǒng)計信息反饋給基站；

5)基站根據(jù)下行信道的增益信息和移動終端所反饋的不完美SIC統(tǒng)計信息，為第j個移動終端分配發(fā)射功率；

6)依據(jù)功率分配結(jié)果，基站對發(fā)射信號進行疊加編碼。

步驟4)中移動終端獲取不完美SIC長期統(tǒng)計信息方法為：基站首先進行若干次隨機功率分配和疊加編碼，移動終端j每次譯碼移動終端i的接收符號s_i,i＝j+1,j+2,…,J，最終統(tǒng)計獲得來自移動終端i的殘余干擾功率系數(shù)ε_j,i，殘余干擾功率系數(shù)即為不完美SIC長期統(tǒng)計信息。

步驟5)中基站功率分配方法為：經(jīng)過移動終端反饋不完美SIC長期統(tǒng)計信息后，基站分配給第j個移動終端的發(fā)射功率為其中p_i為基站分配給移動終端i的發(fā)射功率,ε_j,i為移動終端j譯碼移動終端i的發(fā)射信號獲得的不完美SIC長期統(tǒng)計信息，|h_j|為第j個移動終端的信道增益信息，σ²為噪聲功率，r_j為移動終端j所需要的最小數(shù)據(jù)速率。

步驟6)中疊加編碼方法為：基站對每個移動終端的發(fā)射信號進行如下的疊加編碼，其中s_j是第j個移動終端的信號,p_j是第j個移動終端的功率,x是基站疊加編碼后的發(fā)射信號。

本發(fā)明具有的有益效果是：本發(fā)明提出利用下行信道增益信息和不完美SIC長期統(tǒng)計信息為下行NOMA系統(tǒng)進行功率分配，并給出了功率分配的閉式表達式，因此具有較低的設計復雜度和較強的實際指導意義。此外，這一功率分配方法適用于任意數(shù)目移動終端的情況，具有廣泛的適用性。

附圖說明

圖1是考慮不完美SIC的下行NOMA功率分配方法的框圖；

圖2是在不同功率分配方法下的性能比較；

圖3是不完美SIC對功率分配方法的影響；

具體實施方式

考慮不完美SIC的下行NOMA功率分配方法的框圖如圖1所示?；靖鶕?jù)所獲得的下行信道增益信息，將移動終端排序?；臼紫冗M行隨機功率分配，對發(fā)射信號進行疊加編碼，移動終端進行SIC譯碼，獲得不完美SIC長期統(tǒng)計信息然后將統(tǒng)計信息反饋給基站。結(jié)合信道增益信息和不完美SIC長期統(tǒng)計信息，基站為每個移動終端分配發(fā)射功率，然后對每個移動終端的信號進行疊加編碼。

考慮不完美SIC的下行NOMA功率分配方法，具體包括如下步驟：

1)基站基于信道長期統(tǒng)計信息，獲得所有下行信道的增益信息|h_j|,j＝1,2,…,J其中J為移動終端的數(shù)量；

2)根據(jù)下行信道的增益信息，基站將移動終端進行從大到小排列|h₁|≥|h₂|≥…≥|h_J|；

3)基站首先進行隨機功率分配，根據(jù)隨機功率分配結(jié)果，對發(fā)射信號進行疊加編碼；

4)根據(jù)基站疊加編碼的結(jié)果，第j個移動終端進行SIC譯碼，獲得不完美SIC長期統(tǒng)計信息ε_j,i,i＝j+1,j+2,…,J,然后將不完美SIC統(tǒng)計信息反饋給基站；

5)基站根據(jù)下行信道的增益信息和移動終端所反饋的不完美SIC統(tǒng)計信息，為第j個移動終端分配發(fā)射功率；

6)依據(jù)功率分配結(jié)果，基站對發(fā)射信號進行疊加編碼。

上述方法中，部分步驟具體如下：

步驟4)中移動終端獲取不完美SIC長期統(tǒng)計信息方法為：基站首先進行若干次隨機功率分配和疊加編碼，移動終端j每次譯碼移動終端i的接收符號s_i,i＝j+1,j+2,…,J，最終統(tǒng)計獲得來自移動終端i的殘余干擾功率系數(shù)ε_j,i，殘余干擾功率系數(shù)即為不完美SIC長期統(tǒng)計信息。

步驟5)中基站功率分配方法為：經(jīng)過移動終端反饋不完美SIC長期統(tǒng)計信息后，基站分配給第j個移動終端的發(fā)射功率為其中p_i為基站分配給移動終端i的發(fā)射功率,ε_j,i為移動終端j譯碼移動終端i的發(fā)射信號獲得的不完美SIC長期統(tǒng)計信息，|h_j|為第j個移動終端的信道增益信息，σ²為噪聲功率，r_j為移動終端j所需要的最小數(shù)據(jù)速率。

步驟6)中疊加編碼方法為：基站對每個移動終端的發(fā)射信號進行如下的疊加編碼，其中s_j是第j個移動終端的信號,p_j是第j個移動終端的功率,x是基站疊加編碼后的發(fā)射信號。

通過計算機仿真表明，如圖2和圖3所示，本發(fā)明提出的考慮不完美SIC的下行NOMA功率分配方法，比傳統(tǒng)的等功率分配方法和已有的固定式NOMA功率分配方法，可以取得明顯的性能增益，此外，本發(fā)明表明為保證每個用戶的最小數(shù)據(jù)速率，系統(tǒng)所需最小功率隨著不完美SIC的增大而線性增加。因此，本發(fā)明所提出的功率分配方法為下行NOMA系統(tǒng)提供了非常實際的理論指導。