一种基于NOMA的中继辅助D2D通信系统功率分配方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108834112A(43)申请公布日2018.11.16(21)申请号201810605665.3(22)申请日2018.06.13(71)申请人南京邮电大学地址210003江苏省南京市新模范马路66号(72)发明人蔡艳柯春华张军宋一帆朱洪波(74)专利代理机构南京苏科专利代理有限责任公司32102代理人姚姣阳(51)Int.Cl.H04W4/70(2018.01)H04W72/04(2009.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于NOMA的中继辅助D2D通信系统功率分配方法(57)摘要本发明公开了一种基于NOMA的中继辅助D2D通信系统功率分配方法，该方法包括以下步骤：基站首先获取各个设备之间的理想信道状态信息和D2D发送端和中继处的发送信噪比；基站根据收到的信息求出系统遍历容量的近似表达式，得出在基站处和中继处最优的功率分配系数；基站根据求出的在基站处最优功率分配系数，使用NOMA方案发送信号到中继和蜂窝用户，把最优功率分配系数发送给中继，D2D发送端也向中继发送信号。中继收到传来的信号后，根据从基站处得到的最优功率分配系数，使用NOMA方案发送信号到蜂窝用户和D2D接收端。该方法计算复杂度低，适用于D2D用户与蜂窝用户复用下行频谱资源的情况，能够有效减少D2D用户受到的干扰，提高了系统的和容量。CN108834112ACN108834112A权利要求书1/2页1.一种基于NOMA的中继辅助D2D通信系统功率分配方法，其特征在于：该方法适用于带有端对端D2D通信的单小区蜂窝通信系统，该系统包括一个基站，一个蜂窝用户，一个中继和一对D2D用户，使用中继的D2D用户对通过使用非正交多址NOMA的方式与一个蜂窝用户复用下行频谱资源，基于最大化系统遍历容量的原则来进行功率分配，在系统的一个传输周期内，平均分为两个时隙，第一时隙，基站发送混合信号到中继和蜂窝用户，同时D2D发送端也在发送信号到中继，第二时隙，中继把从基站收到的信号和从D2D发送端收到的信号分别转发到蜂窝用户和D2D接收端；该通信系统的功率分配方法包括以下步骤：S1：基站首先获取各个设备之间的理想信道状态信息和D2D发送端和中继处的发送信噪比；S2：基站根据S1步骤所收到的信息求出系统遍历容量的近似表达式，基于最大化该近似值，得出在基站处和中继处最优的功率分配系数；S3：基站根据S2步骤所求出的在基站处最优功率分配系数，使用NOMA方案发送信号到中继和蜂窝用户，并且把在中继处最优功率分配系数发送给中继，与此同时，D2D发送端也向中继发送信号。S4：中继收到传来的信号后，根据从基站处得到的最优功率分配系数，使用NOMA方案发送信号到蜂窝用户和D2D接收端。2.根据权利要求1所述的一种基于NOMA的中继辅助D2D通信系统功率分配方法，其特征在于：在S1步骤中，所述理想信道按照如下方式建模：设系统中各个设备均是单天线，定义hij表示设备i与设备j之间的信道增益，i和j为B，C，R，D1，D2时分别表示基站，蜂窝用户，中继，D2D发送端，D2D接收端，将这些设备之间的信道建模为瑞利信道。3.根据权利要求1所述的一种基于NOMA的中继辅助D2D通信系统功率分配方法，其特征在于：在S1步骤中，所述系统遍历容量是三个信号的可达速率之和，三个信号分别为基站直接发送到蜂窝用户的信号，用xC表示，基站通过中继进行转发发送到蜂窝用户的信号，用xR表示，D2D发送端通过中继进行转发发送到D2D接收端的信号，用xD表示，中继采用DF模式，工作在半双工方式。4.根据权利要求1所述的一种基于NOMA的中继辅助D2D通信系统功率分配方法，其特征在于：在S2步骤中，所述功率分配系数指的是在使用NOMA时分配给强用户的功率占总的发射功率的比，其中，强用户指的是使用NOMA的两个用户中信道条件较好的那个，基站和中继处都使用了NOMA，它们的功率分配系数分别用a和b表示，a，b的取值范围为(0，0.5)。5.根据权利要求3所述的一种基于NOMA的中继辅助D2D通信系统功率分配方法，其特征在于：总容量由三部分相加得到，所述系统容量近似表达式如下：信号xC，xR，xD的可达速率表达式分别如下：2CN108834112A权利要求书2/2页其中，式子中θi分别为θ1＝ρD1βD1C，θ2＝ρBβBC，θ3＝ρD1βD1R，θ4＝ρBβBR，θ5＝ρRβRD2。其中ρD1，ρB，ρR分别为D2D发送端，基站，中继处的发送信噪比，βij指设备i到设备j的大尺度衰落系数，是指数积分函数，信号xC，xD的可达速率是准确值，信号xR的是高信噪比下的近似值。6.根据权利要求1所述的一种基于NOMA的中继辅助D2D通信系统功率