一种上行链路NOMA系统用户分组和功率分配的联合优化方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115835358A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211483706.9(22)申请日2022.11.24(71)申请人杭州电子科技大学地址310018浙江省杭州市下沙高教园区2号大街(72)发明人孙文胜马方云(74)专利代理机构杭州奥创知识产权代理有限公司33272专利代理师王佳健(51)Int.Cl.H04W52/34(2009.01)H04W4/08(2009.01)G06N3/006(2023.01)权利要求书3页说明书8页附图1页(54)发明名称一种上行链路NOMA系统用户分组和功率分配的联合优化方法(57)摘要本发明公开了一种上行链路NOMA系统用户分组和功率分配的联合优化方法，属于无线通信多址接入领域。本发明通过联合优化用户分组与功率分配，首先，构建系统模型，并在此基础上将问题公式化。其次，根据用户间信道增益的差异，通过信道均衡匹配的分组算法对用户进行分组。最后，引入基于混沌映射的自适应粒子群优化算法，得到功率分配矩阵，对系统用户功率进行分配，完成上行链路NOMA系统的性能优化。本发明进一步提高了系统的吞吐性能与吞吐量，并且相较于同等条件下的粒子群算法，本发明具有更快的收敛速度和寻优能力。CN115835358ACN115835358A权利要求书1/3页1.一种上行链路NOMA系统用户分组和功率分配的联合优化方法，其特征在于包含以下步骤：S1，构建系统模型；考虑单个小区上行链路NOMA系统，假设该系统有N个子信道和N×K个用户，分别用集合N1＝{1,2,…,n,…,N}和M1＝{1,2,…,m,…,M}表示，其中K为每个子信道最多包含的用户数；S2，问题公式化；将上行链路NOMA系统，联合用户分组和功率分配优化最大化系统以及速率问题的目标函数描述为：其中，约束C1为子信道n上的总分配功率限制，Rn为第n个子信道的所有用户和数据速率，αn,k是用户功率分配系数，约束C2为用户功率系数的最小值约束，约束C3为保证所有用户分配功率和小于总功率最大值，pn是为子信道n分配的发送功率，Ptot表示所有用户总发射功率的最大值；S3，用户分组方案；考虑边缘用户的效益，并综合系统总吞吐量，在上行链路NOMA系统中构建一个PF比例公平表达式：其中，Γm表示用户m的累计平均速率，Rn,m为第n个子信道的用户m的上行链路数据速率，tc为平均时间间隔；假设Γm初始值为0，定义用户m在子信道n的增益因子为Gm＝Rn,m/Γm；根据实际上行链路NOMA系统情况设定用户信道增益差异的基准值判断与用户之间增益因子差的大小关系，完成分组；以子信道用户数K＝2为例，分组算法如下：(1)首先对所有用户的增益因子Gm降序排列，选取增益因子差异最大的两个用户m1，m2计算增益因子差，若表示用户m1与用户m2之间有较大的信道增益差异，将用户m1和m2分为一组放入子信道n并将其从用户集合M1中去除，更新Γm，执行(3)；若表示用户m1与m2之间信道增益差异较小，选择二者较大的一个放入子信道n，并将其从用户集合M1中去除，更新Γm，执行(2)；2CN115835358A权利要求书2/3页(2)为子信道n选择另一个用户配对，从用户集合M1中随机选取一个用户，计算子信道n的所有用户和数据速率，选取使其和数据速率最大的用户放入子信道n，并将该用户从用户集合M1中去除，更新Γm；(3)令n＝n+1，若n>N，则算法结束，输出用户分组方案；反之则跳转执行(1)；S4，联合用户分组的系统用户功率分配，基于混沌粒子群的功率分配算法如下：(1)初始化粒子群大小L、算法最高迭代次数T以及加速因子；(2)对粒子群的位置进行初始化，即系统的功率分配矩阵，同时初始化每个粒子的初始运动步长；(3)根据适应度函数计算每个粒子适应度值，根据适应度值更新个体最优值pbest和种群最优值gbest；(4)判断当前的迭代次数t是否小于最大迭代次数T，若是，则继续执行，若否，则执行(8)；(5)设定惯性因子w；(6)更新每个粒子的运动步长和空间位置；(7)更新迭代次数t＝t+1，跳转执行(3)；(8)算法结束，输出功率分配矩阵；S5，根据S3得到的用户分组与S4得到的最优功率分配矩阵，带入目标函数式(4)得到系统和速率的最优值，完成上行链路NOMA系统的性能优化。2.根据权利要求1所述的一种上行链路NOMA系统用户分组和功率分配的联合优化方法，其特征在于：在步骤1中，假设子信道n增益排列顺序定义为Hn＝{hn,1≥hn,2≥…≥hn,K}，子信道n上的用户k的信干燥比为：其中，pn是为子信道n分配的发送功率，αn,k是用户功率分配系数，hn,k表示用户k在基站子信道n上的信道增益，σ2表示加性高斯白噪声的功