收稿日期:20191031;修回日期:20191227 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61701063)
作者简介:陈发堂(1965),男,重庆人,研究员,硕导,硕士,主要研究方向为移动通信物理层算法仿真及软件开发;邓青(1994),女,四川成都
人,硕士研究生,主要研究方向为非正交多址接入(s180101168@std.cqupt.edu.cn);石贝贝(1996),女,安徽淮北人,硕士研究生,主要研究方向为
非正交多址接入.
下行 NOMA系统中一种考虑用户
QoS的功率分配方案
陈发堂,邓 青,石贝贝
(重庆邮电大学 通信与信息工程学院,重庆 400065)
摘 要:为了提高未来网络的系统吞吐量和频谱效率,非正交多址接入技术(nonorthogonalmultipleaccess,
NOMA)的功率分配问题成为了近年来移动通信领域研究重点。在保证用户服务质量的前提下,针对下行 NO
MA系统的功率分配问题进行了研究,在子带间采用迭代注水算法,小范围注水分配各子带的功率,在子带内考
虑用户服务质量,利用卡罗需—库恩—塔克(KarushKuhnTucker,KKT)条件求出最优功率分配因子,以此最大
化系统总吞吐量。仿真证明,提出的功率分配方案能达到的系统总吞吐量、频谱效率优于传统的功率分配方案,
其系统总吞吐量比正交多址接入技术(orthogonalmultipleaccess,OMA)提升了约 40%以上。
关键词:非正交多址;功率分配;用户服务质量;迭代注水;KKT条件
中图分类号:TN929.5 文献标志码:A 文章编号:10013695(2021)01054026904
doi
:10.19734/j.issn.10013695.2019.10.0630
PowerallocationschemeconsideringuserQoSindownlinkNOMAsystem
ChenFatang,DengQing,ShiBeibei
(SchoolofCommunication&InformationEngineering,ChongqingUniversityofPosts&Telecommunications,Chongqing400065,China)
Abstract:Inordertoimprovethesystemthroughputandspectrum efficiencyofthefuturenetwork,thepowerallocationof
nonorthogonalmultipleaccess(NOMA)technologyhasbecometheresearchfocusinthefieldofmobilecommunicationinre
centyears.Underthepremiseofensuringthequalityofserviceofusers,thispaperstudiedthepowerallocationproblemofthe
downlinkNOMAsystem.Itusedtheiterativewaterinjectionalgorithmbetweensubbandstodistributethepowerofeachsub
bandinasmallrange.Consideringthequalityofserviceofusersinthesubband
,itobtainedtheoptimalpowerallocationfac
torbyusingKKTcondition,soastomaximizethetotalthroughputofthesystem.Thesimulationresultsshowthatthetotal
throughputandspectrumefficiencyoftheproposedpowerallocationschemearebetterthanthatofthetraditionalpoweralloca
tionscheme
,andthetotalthroughputofthesystemisimprovedbymorethan40% comparedwiththeOMA.
Keywords:NOMA;powerallocation;userqualityofservice;iterativewaterinjection;KKTcondition
0 引言
不断持续增长的移动数据业务使得第五代移动网络(5G)
成为全球移动通信领域研究的热点。现如今的正交多址接入
已无法满足日益增长的对大系统容量的需求,为了应对未来对
更高系统容量的挑战,需要引入新的无线接入技术。在下一代
无线系统中,非正交 多址技术 是多用户 接入的候 选技术 之
一
[1]
,对系统吞吐量以及频谱效率有显著的提升,具有十分强
大的发展潜力。与第四代移动网络(
4G)中的正交多址接入技
术相比,NOMA 系 统 在 功 率 域 上 实 现 多 用 户 复 用
[2]
,因 此
NOMA系统中的用户能够在相同的时频资源上进行用户数据
发送或接收,即不同的用户在发射机处分配适当的功率以进行
用户信号的叠加,其中具有较差信道增益的用户分配较多的功
率,然后接收机在进行多用户信号分离时执行串行干扰消除技
术(
successiveinterferencecancellation,SIC)。根据 NOMA系统
的原理,信道增益较差的用户比信道增益较好的用户能够分配
到更大的信号发射功率
[3]
。
NOMA系统中,提高系统容量和扩大频谱效率与如何分配
多用户的功率大小息息相关,许多学者都对其进行了大量深入
的研究。文献[4]提出在基站总发射功率和服务质量的约束
条件下最大化系统容量以此满足每个用户的最低吞吐量要求。
文献[
5]将多用户的功率分配分为两步,首先为小区内各子带
平分基站的发射功率,然后在为各子带上的多用户分配功率时
使用分数阶功率分配方法(fractionaltransmitpowerallocation,
FTPA)。文献[6]提出在所有频带间实施迭代注水算法,在频
带内根据比例公平调度进行功率分配。文献[7]在文献[6]基
础上提出在用户功率分配前利用贪婪匹配方法进行用户分组,
在频带内利用迭代算法完成功率分配,能提高系统的吞吐量。
文献[
8]提出了一种具有用户服务质量保证与最大最小公平
性准则的功率分配算法,将用户分为两个部分,即小区边缘用
户保护其公平性和小区中心用户保证其服务质量。其中,文献
[
4]只是考虑了在子带上的用户功率分配,并且没有保证子带
上每个用户的吞吐量都大于相同条件下
OMA的吞吐量。文
献[
5]在给子带分配功率时未能充分考虑信道的时变特性。
文献[6]采用小范围内注水降低了其功率分配的算法复杂度,
但同样无法保证其用户速率能高于相同 OMA系统下的用户
速率。文献[7]虽然在分配功率前进行了用户分组提高了系
统总吞吐量,但未保证用户服务质量。文献[
8]虽能平衡一部
分用户的公平性和服务质量的关系,但也未考虑子带内外的功
率分配问题。
第 38卷第 1期
2021年 1月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol.38No.1
Jan.2021