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专利号: 2023107082637
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于用户服务质量的NOMA用户资源分配方法,其特征在于,包括以下步骤:建立基于用户服务质量的上行NOMA系统模型,在该模型中,一个基站通过M个信道为N个用户服务,总带宽T被分给M个信道,每个信道由两个用户DU和RU共用,其中用户DU对业务的时延要求高于用户RU,对业务的速率要求低于用户RU,在SIC解码时,先对用户DU解码,再对用户RU解码;

建立功率分配和用户分组的联合优化问题,其优化目标是最大化系统中所有用户的加权和速率,其优化变量是分配给每个用户的功率,优化约束为分配的总功率、SIC解码顺序,优化问题表示为:,

其中, 和 分别表示用户DU和用户RU在信道m上可达到的数据速率, 和 分别是用户DU和用户RU的权重, 和 分别是用户DU和用户RU在信道m上被分配的功率,P是总功率预算, 是用户DU在信道m上的目标数据速率;用户DU在信道m上可达到的数据速率为 : ,用户RU在信道m上可达到的数据速率为:,其中,B是信道带宽, 和 分别是用户DU和用户RU在信道m上载波噪声比; , 表示信道增益, 是系统中噪声功率值;

确定联合优化问题的求解策略,首先对给定的用户分组进行功率分配优化,确定功率分配优化方案;再根据所得的功率分配优化方案求得每两个用户配对后可达的加权和速率,然后利用匈牙利算法寻找用户分组的解;

进行联合优化求解,对信道功率初始化后,根据求解策略得到用户分组的解,并将功率分配和用户分组进行迭代优化,直到满足迭代停止条件,得到用户分组配置和用户的功率分配结果;

其中,对给定的用户分组进行功率分配优化,确定功率分配优化方案包括:引入辅助变量 表示信道m的功率预算,且满足 ,将优化问题分解为在每个信道上的子问题:

该问题的最优解能够在不同的信道增益情况下以封闭的形式表示,其中,以 和分别表示用户DU和用户RU在信道m上的载波噪声比,其由信道增益决定,在 的情况下,每个信道上的子问题中 的最优解为 , 的最优功率为 ,其中, , ,B是信道带宽;

在 的情况下,每个信道上的子问题中 的最优解为 ,的最优功率为 ,其中, ;

在 的情况下,每个信道上的子问题中 的最优解为 , 的最优功率为 ;

利用匈牙利算法寻找用户分组的解包括:

将N个用户平分为两组,一组为DU用户组,另一组为RU用户组,将DU用户组中的第i个用户和RU用户组中的第j个用户分组得到优化的加权和速率,用 表示,如下:,

其中, 表示 情况下的加权和速率, 表示 情况下的加权和速率, 表示 情况下的加权和速率;

利用 构建匈牙利算法的代价矩阵 ,其中 ,然后不断地变换矩阵,直到找到具有不同行和列的 个零元素,最后输出优化的用户分组矩阵 ,其中表示DU用户组中的第i个用户和RU用户组中的第j个用户是优化后的一组用户,否则。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括:根据不同的信道增益情况分别对信道m上的功率预算 进行优化。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对代价矩阵C的变换包括:从每一行的所有元素中减去最小值,从每列的所有元素中减去最小值;重复以下处理:用最少数量的水平线或垂直线覆盖所有零值,从未覆盖的每一行中减去最小值,再将最小值添加到覆盖的每个列中,直到覆盖所有零的最小行数等于组的数量。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对信道功率初始化包括:将预算的总功率P平均分配给每个通道, 。

5.一种基于用户服务质量的NOMA用户资源分配装置,其特征在于,包括:系统模型建立模块,用于建立基于用户服务质量的上行NOMA系统模型,在该模型中,一个基站通过M个信道为N个用户服务,总带宽T被分给M个信道,每个信道由两个用户DU和RU共用,其中用户DU对业务的时延要求高于用户RU,对业务的速率要求低于用户RU,在SIC解码时,先对用户DU解码,再对用户RU解码;

优化问题构建模块,用于建立功率分配和用户分组的联合优化问题,其优化目标是最大化系统中所有用户的加权和速率,其优化变量是分配给每个用户的功率,优化约束为分配的总功率、SIC解码顺序,优化问题表示为:,

其中, 和 分别表示用户DU和用户RU在信道m上可达到的数据速率, 和 分别是用户DU和用户RU的权重, 和 分别是用户DU和用户RU在信道m上被分配的功率,P是总功率预算, 是用户DU在信道m上的目标数据速率;用户DU在信道m上可达到的数据速率为: ,用户RU在信道m上可达到的数据速率为:,其中,B是信道带宽, 和 分别是用户DU和用户RU在信道m上载波噪声比; , 表示信道增益, 是系统中噪声功率值;

求解策略确定模块,用于确定联合优化问题的求解策略,所述求解策略首先对给定的用户分组进行功率分配优化,确定功率分配优化方案;再根据所得的功率分配优化方案求得每两个用户配对后可达的加权和速率,然后利用匈牙利算法寻找用户分组的解;

联合优化求解模块,用于在对信道功率初始化后,根据求解策略得到用户分组的解,并对功率分配和用户分组进行迭代,直到满足迭代停止条件,得到用户分组配置和用户的功率分配结果;

其中,对给定的用户分组进行功率分配优化,确定功率分配优化方案包括:引入辅助变量 表示信道m的功率预算,且满足 ,将优化问题分解为在每个信道上的子问题:

该问题的最优解能够在不同的信道增益情况下以封闭的形式表示,其中,以 和分别表示用户DU和用户RU在信道m上的载波噪声比,其由信道增益决定,在 的情况下,每个信道上的子问题中 的最优解为 , 的最优功率为 ,其中, , ,B是信道带

宽;

在 的情况下,每个信道上的子问题中 的最优解为 ,的最优功率为 ,其中,

在 的情况下,每个信道上的子问题中 的最优解为 , 的最优功率为 ;

利用匈牙利算法寻找用户分组的解包括:

将N个用户平分为两组,一组为DU用户组,另一组为RU用户组,将DU用户组中的第i个用户和RU用户组中的第j个用户分组得到优化的加权和速率,用 表示,如下:,

其中, 表示 情况下的加权和速率, 表示 情况下的加权和速率, 表示 情况下的加权和速率;

利用 构建匈牙利算法的代价矩阵 ,其中 ,然后不断地变换矩阵,直到找到具有不同行和列的 个零元素,最后输出优化的用户分组矩阵 ,其中表示DU用户组中的第i个用户和RU用户组中的第j个用户是优化后的一组用户,否则。

6.一种无线通信设备,其特征在于,包括:

一个或多个处理器;

存储器;以及

一个或多个程序,其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中,并且被配置为由所述一个或多个处理器执行,所述程序被处理器执行时实现如权利要求1‑4中任一项所述的基于用户服务质量的NOMA用户资源分配方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1‑4中任一项所述的基于用户服务质量的NOMA用户资源分配方法的步骤。