MIMO系统中基于非正交多址的能效功率分配方法.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CN111405584A(43)申请公布日2020.07.10(21)申请号202010184986.8(22)申请日2020.03.17(71)申请人重庆邮电大学地址400065重庆市南岸区南山街道崇文路2号(72)发明人蔡丽娟李云吴广富(74)专利代理机构重庆辉腾律师事务所50215代理人王海军(51)Int.Cl.H04W16/22(2009.01)H04W72/04(2009.01)H04W72/08(2009.01)权利要求书2页说明书12页附图4页(54)发明名称MIMO系统中基于非正交多址的能效功率分配方法(57)摘要本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种MIMO系统中基于非正交多址的能效功率分配方法，包括：将用户作为买方，基站作为卖方；构建买方的效用优化模型和卖方的效用最优化模型；引入辅助变量求解买方的最优功率购买策略；利用凸优化方法求解卖方的最优价格制定策略；基站和用户双方进行博弈达到均衡时得到用户功率值；更新辅助变量计算用户的最优能效值，从而得到系统的能效值。本发明仅考虑单个用户的自身利益，每个用户最大化自身的能效，降低了算法复杂度；在用户和基站博弈过程中，根据串行干扰消除残留因子大小调整功率购买值和价格，结果更加接近最优值。CN111405584ACN111405584A权利要求书1/2页1.一种MIMO系统中基于非正交多址的能效功率分配方法，其特征在于，将小区内的用户作为买方，基站作为卖方；以最大化用户能效为目标，以满足每个用户的功率限制、系统最大功率约束、用户间公平性约束以及用户服务质量约束为条件，构建买方的效用优化模型和卖方的效用最优化模型；内层迭代过程：采用拉格朗日乘子法和次梯度迭代算法求解出买方的最优功率购买策略；将买方的最优功率购买策略代入卖方的效用最优化模型中，利用凸优化方法求解出卖方的最优价格制定策略；根据卖方的最优价格制定策略，基站和用户双方进行博弈达到均衡，得到用户功率值；外层迭代过程：采用Dinkelbach算法更新辅助变量，根据内层迭代得到的用户功率值计算用户的最优能效值，将系统内所有用户的最优能效值之和作为系统的能效值，将该系统的能效值对应的用户功率值分配给用户。2.根据权利要求1所述的一种MIMO系统中基于非正交多址的能效功率分配方法，其特征在于，所述用户能效为用户速率与用户功率消耗之比，计算方式包括：其中，Rm,l表示第m簇中的第l个用户UEm,l的吞吐量，pc表示每个用户的固定功率消耗，pm,l表示基站为第m簇中的第l个用户UEm,l分配的功率值。3.根据权利要求1所述的一种MIMO系统中基于非正交多址的能效功率分配方法，其特征在于，所述买方的效用优化模型为：Subjectto:C1:C2:C3:C4:C5:其中，Um,l表示用户UEm,l的效用函数，Em,l表示用户UEm,l的能效，λm,l为基站向UEm,l用户出售功率的价格，pm.l为基站分配给用户UEm,l的功率值，hm,l为用户UEm,l的等效信道增益，2CN111405584A权利要求书2/2页pm,k是基站为第m簇中的第k个用户分配的功率值，ηm,l为UEm,l在第m簇的串行干扰残留系数，pm,i是基站为第m簇中的第i个用户分配的功率值，为用户UEm,l的检测矩阵的共轭转置，2δ为高斯白噪声的方差值，pc为每个用户的固定功率消耗，Ptot为基站的总功率，M表示用户分簇数，L表示每簇内的用户数，ROMA为在相同基站总功率情况下用户UEm,l可在正交多址系统中获得的吞吐量大小，G为系统内用户的总数。4.根据权利要求1所述的一种MIMO系统中基于非正交多址的能效功率分配方法，其特征在于，所述卖方的效用优化模型为：m,l其中，UBS表示基站针对用户UEm,l的效用函数，λm,l为基站向用户UEm,l出售一单位功率的价格，pm,l为基站为用户UEm,l分配的功率值。5.根据权利要求1所述的一种MIMO系统中基于非正交多址的能效功率分配方法，其特征在于，所述内层迭代过程包括：基站为每个用户设置单位功率的价格并出售功率给各用户，各用户根据基站制定的价格从基站处购买功率，以最大化自身的效益；基站的报价从成本开始，用户的功率购买量从0开始，首先根据卖方的最优价格制定策略计算此时的单位功率价格，并将计算出的单位功率价格代入买方的最优功率购买策略中，更新用户购买功率的数量，此过程不断循环，直至功率和价格达到均衡，得到用户的最优功率值。6.根据权利要求1所述的一种MIMO系统中基于非正交多址的能效功率分配方法，其特征在于，在内层迭代过程之前还包括步骤：采用Dinkelbach算法将买方的效用优化模型从分数形式转化为等效的减数形式。3CN111405584A说明书1