李小瑜;马文平;罗炼飞;赵飞飞
【摘 要】为了满足非正交多址接入(non-orthogonal multiple access ,NOMA)系统下行链路的一个多用户集中不同用户的业务需求,提出了具有用户服务质量(quality of service ,QoS )保证与最大最小(max-min)公平性准则的功率分配算法.针对不同用户需求,制定了在发射总功率与用户满足的最低速率要求约束下的 max-min公平准则的优化问题模型,并利用二分法与 Karush-Kuhn-Tucker(KKT )条件对复杂的非凸问题进行求解.仿真结果表明,该功率分配算法既保证了用户的QoS要求又满足了用户的公平性准则,并且NOMA系统的吞吐量相较于传统多址接入系统的吞吐量有较大的提升.%In a multi-user cluster of the downlink non-orthogonal multiple access (NOMA) system ,in order to satisfy the service requirements of different users ,the power allocation algorithm with quality of service (QoS) guarantee and max-min fairness criterion is proposed .According to different user requirements ,an opti-mization problem is formulated which is aiming for the max-min fairness criterion under the total power and min-imum rate requirement constraints . The problem is solved by the bisection method and Karush-Kuhn-Tucker (KKT) conditions .Simulation results show that the power allocation algorithm guarantees users' QoS require-ments and satisfies the fairness criterion .Compared with the traditional multi-access system ,the throughput of the NOMA system is greatly improved .
【期刊名称】《系统工程与电子技术》
【年(卷),期】2018(040)007
【总页数】5页(P1595-1599)
【关键词】非正交多址接入;功率分配;服务质量保证;最大最小公平性
【作 者】李小瑜;马文平;罗炼飞;赵飞飞
山东省人口与计划生育条例修正案【作者单位】西安电子科技大学通信工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大学通信工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大学通信工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大学通信工程学院,陕西西安710071
【正文语种】中 文
倾听生命行走的声音【中图分类】报酬递增TN929.5
0 引 言
随着移动通信的迅猛发展,无线数据业务量呈爆炸式增长,而频谱资源却越来越紧张,传统的多址接入技术已难以满足。因此,新一代的移动通信系统,即第五代移动通信(the 5th generation,5G)提出了具有更大系统吞吐量与更高频谱效率的非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)[1-3]技术。NOMA技术相较于传统多址接入技术在时域、频域和码域的研究,提出了一个新的维度—功率域的研究。具体来说,它是在发送端根据各用户不同的信道增益进行功率的分配[4],在接收端采用干扰删除技术(serial interference cancellation,SIC)[5]进行正确解调。本文主要是从用户功率分配的角度进行研究,因为用户间的功率分配是影响系统吞吐量性能的重要因素,如何公平有效地进行功率分配成为NOMA系统中亟待解决的关键问题。
现有NOMA系统中基于功率分配的研究主要从两个方面考虑:一是考虑满足用户的服务质量
(quality of service,QoS)要求,二是考虑满足用户的公平性准则。不同用户的QoS要求以用户可达到的最低信息速率来等价。基于保证用户QoS的研究主要有:文献[6]在总功率约束,保证用户最低速率以及SIC约束条件下,首先提出一种低复杂度的次优用户分组方案,然后在给定的用户集中导出最优的功率分配。文献[7]提出了两用户在总功率约束和弱用户满足最低速率要求约束下的最大化系统和容量,但该功率分配方案只保证了弱用户的QoS要求。文献[8]在文献[7]的基础上进一步提出了在总功率约束和两用户均满足最低速率要求约束下最大化和容量的功率分配,从而保证了两用户的QoS。文献[9]提出了在保证多用户的QoS下的功率分配方案。
基于满足用户公平性的研究主要有:文献[10]提出了两用户在不同准则下的比例公平(proportional fairness,PF)功率分配方案,但文中所提的PF方案只考虑了两用户的情况,没有推及多用户及随机分布用户的情形。文献[11]同样也是从比例公平的角度导出最优功率分配方案。文献[12]从具有瞬时信道状态信息(channel state information,CSI)和具有平均CSI两个方面来研究遍历容量与中断容量的公平性准则的功率分配。
现有NOMA系统中对功率分配问题的研究仅从单方面考虑,即保证用户的QoS要求,或者满足
用户的公平性准则。而在本文中,为了满足一个用户集中不同用户的业务需求,我们综合考虑了以上两方面,从而提出了一种既保证用户的最低速率要求又同时满足用户的最大最小(max-min)公平性准则的功率分配算法。在所建立的功率分配优化问题模型中,以一部分用户的最小速率最大化为优化目标,另一部分用户的最低速率作为约束提供QoS保障。针对该复杂的非凸问题模型,利用二分法和Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件进行求解,最后的仿真结果表明了该功率分配算法可同时满足用户的QoS要求与max-min公平性准则。
铀矿地质1 系统模型
在NOMA系统下行链路中,假设(base station,BS)的一个用户集中存在N个用户,与用户间使用单天线配置,并且假设CSI是已知的。所有的无线链路服从独立同分布的瑞利衰落信道,信道噪声是加性高斯白噪声(additive white gaussian noise,AWGN),均值为0,方差为和用户m间的信道衰落系数为hm,m∈{1,2,…N}且0<|h1|2≤…≤|hN|2。在下行链路中,发送端根据功率复用技术,将信道条件差的用户分配更多的功率,将信道条件好的用户分配较少的功率,并将多个用户的信号经过线性叠加发送出去,发送端信号[13]可表示为
(1)
式中,sm表示用户m的调制信号;Pm表示用户m所分得的功率。
在接收端根据串行干扰删除技术,用户先消除来自其他用户的干扰信号再完成自身信号的检测。在接收端,用户m的接收信号可以表示为
ym=hms+wm
(2)
式中,wm表示AWGN,均值为0,方差为
BS至用户m链路上的的信息速率[14-15]为
(3)
为考虑同时满足用户的QoS保证与最小速率最大化的公平性原则,将用户集中的N个用户分为两类:Ⅰ类用户m1∈K1={1,2,…,N′}具有传输数据的公平性要求;Ⅱ类用户m2∈K2={N′+1,N′+2,…,N}具有最低信息速率要求。本文在保证Ⅱ类用户最低信息速率要求的条件下,兼顾系统公平性,以Ⅰ类用户的最小速率最大化为优化目标,合理地进行最优功率分配。则该优化问
题模型建立如下:
(4a)
∀m∈K1∪K2
(4b)
∀m2∈K2
(4c)
Pm≥0
(4d)
式中,P为发射的总功率;Pm为用户m所分配的功率;为用户m2满足的最低信息速率;K1,K2满足K1∩K2=∅,并且K1∪K2={1,2,…,N}。优化目标(4a)表示用户m1满足最小速率最大化的公平性准则,条件(4b)表示系统的最大功率约束,条件(4c)表示用户m2的最低信息速
率要求。针对该类复杂的非凸问题求解,我们将其转化为易于求解的线性规划(linear programming,LP)问题,降低优化问题求解的复杂度。
牙齿模型2 功率分配算法
本节中,我们主要对满足用户QoS与公平性的优化问题模型(4)进行求解,从而得到分配给每个用户的最优功率。首先我们将max-min问题转化为在约束条件下求解最大目标函数值的最优问题。令则式(4)可进一步转化为
(5a)
∀m∈K1∪K2
(5b)
Rm1≥γ,∀m1∈K1
甲基三氯硅烷(5c)
∀m2∈K2
(5d)
Pm≥0
(5e)
若γ是一个确定的常数值,即所有用户都具有最低速率要求,将式(5)进一步转化为求系统总功率最小的优化问题,即
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议