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专利号: 2020111382518
申请人: 岭南师范学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于匹配滤波预编码的多输入单输出NOMA系统功率分配方法,其特征在于:包括如下步骤:

步骤一,根据用户m、用户n的信道状态信息CSI,即信道向量,获得采用匹配滤波预编码方案下用户i的预编码向量,得到式一:其中,hi为从基站到用户i的信道向量,所述信道向量包含M个元素,M为基站配置的天线数,||hi||为hi的范数;

步骤二,根据用户m、用户n信道向量和两个用户信道向量间夹角,获得匹配滤波预编码方案下两用户NOMA系统可达速率域边界上速率对(rm,rn)表达式;

步骤三,满足系统总功率约束条件下,最大化用户m和用户n的加权和速率的功率分配问题,建立数学模型;

步骤四,针对步骤三中满足系统总功率约束条件下,最大化用户m和用户n的加权和速率的功率分配问题,获得最优的用户功率分配向量;

步骤五,根据步骤一和步骤四,对两个用户的待发送信号进行交叠编码,获得用户发射信号。

2.根据权利要求1所述的基于匹配滤波预编码的多输入单输出NOMA系统功率分配方法,其特征在于:步骤二中两用户NOMA系统可达速率域边界上速率对(rm,rn)表达式为:情况一,当||hm||<||hn||,情况a,θ>0,得到式二和式三:

rn=log(1+ρn||hn||2)     (二)其中, pi为分配给用户i的功率,N0为用户噪声功率,i=m,n;P=pm+pn为基站发射总功率;θ=sin2α,α∈[0,π]为hm与hn间的夹角,得到式四:情况b,θ=0,得到式五:

情况二,当||hm||>||hn||

将步骤二中的情况一的式二和式三,以及式五中的下标m和下标n对换,其中下标m变为下标n,下标n变为下标m,获得匹配滤波预编码方案下两用户NOMA系统可达速率域边界上速率对(rm,rn)表达式;

情况三,当||hm||=||hn||=l,l>0,得到式六:

3.根据权利要求2所述的基于匹配滤波预编码的多输入单输出NOMA系统功率分配方法,其特征在于:步骤三中建立数学模型为式七:其中,(rm,rn)为匹配滤波预编码方案下两用户NOMA系统可达速率域边界上的速率对,pm,n=[pm,pn]为用户功率分配向量,Pm,n={pm,n|0≤pm≤P,0≤pn≤P,pm+pn=P}为功率分配向量pm,n的可行集,ri为用户i的可达速率,参见式二和三,或式六,μi为用户i的权值,i=m,n。

4.根据权利要求3所述的基于匹配滤波预编码的多输入单输出NOMA系统功率分配方法,其特征在于:步骤四中获得最优的用户功率分配向量 为:情况一,当||hm||<||hn||,情况a,当ζn,m≤0,

其中, 令U(ρn)来表示式七中的加权和速率U(pm,n),pn=ρnN0,pm=P-pn; 得到式八:

ρn,1∈[0,ρ];

情况b,当ζn,m≥ρ,

其中,μi为用户i的权值,i=m,n; 令U(ρn)来表示式七中的加权和速率U(pm,n),pn=ρnN0,pm=P-pn; 得到式九:其中,ε2=μn||hn||2||hm||4θ(1-θ),ε1=||hn||2(μmε3-μnε4),ε0=μmε3-μn||hn||2(1+||hm||2ρ),ε3=||hm||2(||hm||2ρ(1-θ)+1),ε4=||hm||2(||hm||2ρ(1-θ)-2θ+1),ρn,2∈[0,ρ],ρn,3∈[0,ρ];

情况c,当0<ζn,m<ρ,

其中, 令U(ρn)来表示式七中的加权和速率U(pm,n),pn=ρnN0,pm=P-pn;

ρn,1∈(ζn,m,ρ],ρn,2∈[0,ζn,m]和ρn,3∈[0,ζn,m];

情况二,当||hm||>||hn||

将步骤四的情况一中式八、式九、 pm=P-pn和ζn,m的下标m和下标n对换,其中下标m变为下标n,下标n变为下标m,将步骤四的情况一中公式 pn=ρnN0、ρn,1、ρn,2和ρn,3的下标n变为下标m,获得最优的用户功率分配向量情况三,当||hm||=||hn||:情况a,当μm≥μn,

情况b,当μm<μn, 。

5.根据权利要求4所述的基于匹配滤波预编码的多输入单输出NOMA系统功率分配方法,其特征在于:步骤五中获得用户发射信号为:其中, 和 分别为最优用户功率分配向量 中的第一个元素和第二个元素,si为基站处用户i的待发送信号,i=m,n。

6.根据权利要求2所述的基于匹配滤波预编码的多输入单输出NOMA系统功率分配方法,其特征在于:当符合步骤二中的情况一,||hm||<||hn||,且符合情况a,θ>0时,获得匹配滤波预编码方案下两用户NOMA系统可达速率域边界上速率对(rm,rn)表达式的具体步骤为:步骤二一,获得匹配滤波预编码方案下两用户NOMA系统可达速率域边界上速率对(rn,rm)通用表达式十和式十一:

rn=log(1+ρn||hn||2)    (十)rm=min{log(1+γm,n),log(1+γm)}     (十一)其中,log(1+γm,n)为在用户n处对用户m的信号进行译码时用户m的可达速率,log(1+γm)为用户m对自己信号进行译码时用户m的可达速率,步骤二二,定义f(ρn)=γm,n-γm,并令f(ρn)=0,获得关于ρn的一元二次方程式十二:

2 2 2 2 2 2 2

其中,m1=||hn||||hm|| (2θ-θ),m2=-(||hn||(1-θ)-||hm||)-ρ||hn||||hm|| (2θ-θ2),m3=ρ(||hn||2(1-θ)-||hm||2);

步骤二三,由θ>0,获得关于ρn的一元二次方程的根的判别式;

步骤二四,由θ>0,获得关于ρn的一元二次方程的两个实根;

步骤二五,由m1>0,根据关于ρn的一元二次方程的实根 与区间[0,ρ]端点位置关系,获得γm,n与γm相对大小关系表达式;

步骤二六,根据步骤二一和步骤二五,获得匹配滤波预编码方案下两用户NOMA系统可达速率域边界上速率对(r1,r2)表达式二和三。

7.根据权利要求6所述的基于匹配滤波预编码的多输入单输出NOMA系统功率分配方法,其特征在于:在步骤二中,符合情况三,||hm||=||hn||=l,且符合l>0时,获得匹配滤波预编码方案下两用户NOMA系统可达速率域边界上速率对(rm,rn)表达式的具体步骤为:步骤三一,将基站全部功率P分配给用户m或者用户n,获得用户i可达速率的上界步骤三二,根据时间共享方法,将可达速率域上的2个极端速率对 和进行时间共享组合,获得匹配滤波预编码方案下两用户NOMA系统可达速率域边界上速率对表达式十三:其中,λ∈[0,1]为在时间共享中分配给用户n的时间占总时间的百分比,步骤三三,考虑到串行干扰消除在用户n处进行,并根据式十和十一,获得匹配滤波预编码方案下两用户NOMA系统可达速率域边界上速率对(rn,rm)表达式十四:其中, α∈[0,π],λ∈[0,1],pm∈[0,P],pn∈[0,P];

步骤三四,令 获得关于λ的表达式十五:步骤三五,定义 并将式十五代入 得到下面关系表达式十六:

步骤三六,为使式十六等号成立,即时间共享方法获得的可达速率域表达式十三与可达速率域表达式十四等效,则sin2α=0,从而cos2α=1;当||hm||=||hn||=l,获得匹配滤波预编码方案下两用户NOMA系统可达速率域边界上速率对(rm,rn)表达式六。

8.根据权利要求4所述的基于匹配滤波预编码的多输入单输出NOMA系统功率分配方法,其特征在于:在步骤四中,当符合情况一||hm||<||hn||时,且符合情况a,当ζn,m≤0时,获得最优的用户功率分配向量的具体步骤为:步骤四一,令U(ρn)来表示式七中的加权和速率U(pm,n),根据式二和式三,获得加权和速率表达式十七:其中,ρm=ρ-ρn;

步骤四二,由U(ρn)在区间[0,ρ]是可微函数,并令U′(ρn)=0,获得一元一次方程式十八:其中,

步骤四三,获得方程式十八的根ρn,1,即式八;

步骤四四,最终获得最优的用户功率分配向量。

9.根据权利要求8所述的基于匹配滤波预编码的多输入单输出NOMA系统功率分配方法,其特征在于:在步骤四中,当符合情况一||hm||<||hn||,且符合情况b,当ζn,m≥ρ时,获得最优的用户功率分配向量的具体步骤为:步骤五一,令U(ρn)来表示式七中的加权和速率U(pm,n),根据式二和三,获得加权和速率表达式十九:其中,ρm=ρ-ρn;

步骤五二,由U(ρn)在区间[0,ρ]是可微函数,并令U′(ρn)=0,获得一元二次方程式二十:其中,ε2=μn||hn||2||hm||4θ(1-θ),ε1=||hn||2(μmε3-μnε4),ε0=μmε3-μn||hn||2(1+||hm||2ρ),ε3=||hm||2(||hm||2ρ(1-θ)+1),ε4=||hm||2(||hm||2ρ(1-θ)-2θ+1);

步骤五三,获得方程式二十的两个根ρn,(2,3),即式九;

步骤五四,获得最优的用户功率分配向量。

10.根据权利要求9所述的基于匹配滤波预编码的多输入单输出NOMA系统功率分配方法,其特征在于:在步骤四中,当符合情况一||hm||<||hn||,且符合情况c,当0<ζn,m<ρ时,获得最优的用户功率分配向量的具体步骤为:步骤六一,当0≤ρn≤ζn,m,加权和速率表达式为式十九,获得对应于区间[0,ζn,m]上的最优用户功率分配向量步骤六二,当ζn,m<ρn≤ρ,加权和速率表达式为式十七,获得对应于区间[ζn,m,ρ]上的最优用户功率分配向量步骤六三,根据步骤六一和步骤六二,获得最优的用户功率分配向量