CN109714817A - 使用noma和d2d组的通信***功率分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用NOMA和D2D组的通信***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蜂窝用户、D2D发送端、以及中继处的发送信噪比;基站根据所收到的信息求出***中断概率,基于中断概率最小化,计算在D2D发送端和中继处最优的功率分配系数,并分别转发给D2D发送端和中继;D2D发送端利用所获得的最优功率分配系数,采用NOMA方案发送信号到中继;中继收到传来的信号后,利用所获得的最优功率分配系数,采用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用户组与蜂窝用户复用上行频谱资源的情况,通过功率分配使得***的中断概率最小,提高了***性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种一种通信***,具体的说是一种通信***功率分配方法,属于资源分配技术领域。
背景技术
D2D通信又称端对端通信,是指通信网络中近邻设备之间直接交换信息的通信,D2D技术能够提升频谱利用率和吞吐量,扩大网络容量,保证通信网络能更为灵活、智能、高效地运行,为大规模网络的零延迟通信、移动终端的海量接入及大数据传输开辟了新的途径;而当D2D用户之间之间距离过远或信道衰落严重时,由于发射功率受限,信噪比和服务质量很难得到保证,此时就需要引入中继,将中继引入到D2D中后,不仅能够满足过远或信号衰落严重时的信噪比和服务质量,而且还能够通过调节中继转发时的发射功率,使得整个***获得最大的性能;但是在引入中继的同时,D2D传输由一个时隙变为两个时隙,这就导致了频谱资源利用率的下降。
NOMA技术又称非正交多址技术,它的提出是为了在满足用户体验需求的前提下,更加高效的利用频谱资源;NOMA的基本思想是在发送端采用非正交发送,主动引入干扰信息,在接收端通过串行干扰消除接收机实现正确解调。虽然采用SIC技术的接收机复杂度有一定的提高,但是可以很好的提高频谱效率,用提高接收机的复杂程度来换取频谱效率。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题,提出一种使用NOMA和D2D组的通信***功率分配方法,可很容易求出最优功率分配的系数,减少了计算的复杂度。
本发明提供一种使用NOMA和D2D组的通信***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***,该***包括一个基站、一个蜂窝用户、一个中继和一个D2D用户组,该D2D用户组包含1个D2D发送端和2个D2D接收端,其中一个D2D接收端与D2D发送端的距离是另一个D2D接收端与D2D发送端的距离的三倍以上,分别成为远接收端和近接收端;使用中继的D2D用户组通过使用非正交多址(NOMA)的方式与一个蜂窝用户复用上行频谱资源,基于最小化***中断概率的原则来进行功率分配;在***的一个传输周期内,D2D传输平均分为两个时隙,第一时隙,D2D发送端发送混合信号到中继,第二时隙,中继将收到的信号转发到D2D的两个接收端;在整个传输周期内,蜂窝用户一直在向基站传输信息;
该通信***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蜂窝用户、D2D发送端、以及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***中断概率,基于中断概率最小化,计算在D2D发送端和中继处最优的功率分配系数,并将它们分别转发给D2D发送端和中继;
S3:D2D发送端利用所获得的最优功率分配系数,采用NOMA方案发送信号到中继;
S4:中继收到传来的信号后,利用所获得的最优功率分配系数,采用NOMA方案发送信号到蜂窝用户和D2D接收端。
作为本发明的进一步限定:在S1步骤中,所述的理想信道按照如下方式建模:设***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,D,R1,R2时分别表示基站,蜂窝用户,中继,D2D发送端,D2D远接收端,D2D近接收端,将这些设备之间的信道建模为瑞利信道。
作为本发明的进一步限定:在S2步骤中,***的中断概率可以看作由两个信号的中断概率组合而成,两个信号分别为D2D发送端通过中继发送到D2D远接收端的信号,用x1表示,以及到D2D近接收端的信号,用x2表示,中继采用DF模式,工作在半双工方式。
作为本发明的进一步限定:在S2步骤中,发送的信号是将信号x1和信号x2混合起来的,在D2D发送端分配给信号x1和x2的功率占总功率的比值分别为a1和a2,在中继处分配给信号x1和x2的功率占总功率的比值分别为b1和b2,且a1+a2=1,b1+b2=1。
作为本发明的进一步限定:在S2步骤中,所述的中断概率表达式如下:总的中断概率可以分为两部分,信号x1,x2的中断概率表达式分别如下:
总的中断概率表示为:Pout=1-(1-Pout1)(1-Pout2)
其中m1=βCRρC,n1=βDRρD,m2=βC1ρC,n2=βR1ρR,m3=βC2ρC,n3=βR2ρR,其中ρC,ρD,ρR分别为蜂窝用户,D2D发送端,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,γ1和γ2分别是信号x1和x2是否中断的判决门限值,小于该阈值,则视为信号传输中断;因为D2D发送端,中继,蜂窝用户的发送信噪比是已知并且固定的,且a1+a2=1,b1+b2=1,所以***容量的表达式是一个关于a1和b1的二元函数。
作为本发明的进一步限定:在S2步骤中,所述的基站对表达式进行分析,得到最优的功率分配系数a1和b1采用的方法步骤如下:
S201:设定一个判决门限ε,给基站处和中继处的功率分配系数a_old和b_old一个初始值;
S202:将a_old和b_old代入***中断概率的表达式,求出此时的中断概率P_old;
S203:将b固定为b_old,通过一维搜索找出0到1之间使中断概率最小的a,记为a_new;
S204:将a固定为a_new,通过一维搜索找出0到1之间使中断概率最小的b,记为b_new;
S205:将a_new和b_new代入***中断概率的表达式,求出此时的中断概率P_new;
S206:判断∣P_new-P_old∣≤ε是否成立;
S207:如果∣P_new-P_old∣≤ε不成立,则将a_new和b_new的值分别给a_old和b_old;
S208:如果∣P_new-P_old∣≤ε成立,则迭代算法结束,保存当前的a_new和b_new。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:本发明提供的方法计算复杂度低,通过采用多个D2D接收端来提高***的和容量,采用此方法能够得到***最小的中断概率;原来的信道是瑞利信道,它的增益不是固定的,想要获取最优的功率分配方案十分复杂,在计算出***中断概率的表达式后,按照上面的方法很容易求出最优功率分配的系数,减少了计算的复杂度,适用于D2D组与蜂窝用户复用上行频率的情况。
附图说明
图1为本发明的一种使用NOMA和D2D组的通信***场景模型图。
图2为本发明的一种使用NOMA和D2D组的通信***功率分配方法的流程图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点,将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。
本发明揭示了一种使用NOMA和D2D组的通信***功率分配方法,该方法适用于带有D2D通信的单小区蜂窝***,该***包括一个基站,一个蜂窝用户,一个中继和一个D2D用户组;如图1所示,该D2D用户组包含1个D2D发送端和2个D2D接收端,两个D2D接收端与D2D发送端的距离差别很大。使用中继的D2D用户组通过NOMA的方式与一个蜂窝用户复用上行频谱资源,基于最小化***中断概率的原则来进行功率分配;在***的一个传输周期内,D2D传输平均分为两个时隙,第一时隙,D2D发送端发送混合信号到中继,第二时隙,中继将收到的信号转发到D2D的两个接收端;在整个传输周期内,蜂窝用户一直在向基站传输信息。
该通信***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蜂窝用户、D2D发送端、以及中继处的发送信噪比;在S1步骤中,所述的理想信道按照如下方式建模:设***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,D,R1,R2时分别表示基站,蜂窝用户,中继,D2D发送端,D2D远接收端,D2D近接收端,将这些设备之间的信道建模为瑞利信道;
S2:基站根据S1步骤所收到的信息求出***总的中断概率,基于中断概率最小化,计算在D2D发送端和中继处最优的功率分配系数,并将它们分别转发给D2D发送端和中继,总的中断概率由两个信号的中断概率组合而成;两个信号分别为D2D发送端通过中继发送到D2D远接收端的信号,用x1表示,以及到D2D近接收端的信号,用x2表示,中继采用DF模式,工作在半双工方式,发送的信号是将信号x1和信号x2混合起来的,这里采用信号x1与总信号的功率比作为功率分配系数,在D2D发送端和中继处采用的功率分配系数是不同的,分别用a和b表示,信号x1,x2的中断概率表达式分别如下:
总的中断概率表示为:Pout=1-(1-Pout1)(1-Pout2)
其中m1=βCRρC,n1=βDRρD,m2=βC1ρC,n2=βR1ρR,m3=βC2ρC,n3=βR2ρR,其中ρC,ρD,ρR分别为蜂窝用户,D2D发送端,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,γ1和γ2分别是信号x1和x2是否中断的判决门限值,小于该阈值,则视为中断;
S3:D2D发送端利用所获得的最优功率分配系数,采用NOMA方案发送信号到中继;
S4:中继收到传来的信号后,利用所获得的最优功率分配系数,采用NOMA方案发送信号到蜂窝用户和D2D接收端。
在S2步骤中,求出最优功率分配系数方法的流程如图2所示,具体包括如下步骤:
S201:设定一个判决门限ε,给基站处和中继处的功率分配系数a_old和b_old一个初始值;
S202:将a_old和b_old代入***中断概率的表达式,求出此时的中断概率P_old;
S203:将b固定为b_old,通过一维搜索找出0到1之间使中断概率最小的a,记为a_new;
S204:将a固定为a_new,通过一维搜索找出0到1之间使中断概率最小的b,记为b_new;
S205:将a_new和b_new代入***中断概率的表达式,求出此时的中断概率P_new;
S206:判断∣P_new-P_old∣≤ε是否成立;
S207:如果∣P_new-P_old∣≤ε不成立,则将a_new和b_new的值分别给a_old和b_old;
S208:如果∣P_new-P_old∣≤ε成立,则迭代算法结束,保存当前的a_new和b_new。
这里对中断概率表达式进行分析时,假设D2D发送端,中继,蜂窝用户的发送信噪比是已知并且固定的,这样***容量的表达式是一个关于a和b的二元函数。
该方法采用了D2D组的概念,D2D组是指一个D2D发射机能够通过NOMA协议与多个D2D接收机通信,由于有多个接收端,因而能很好的提高***容量,文中考虑两个的情况,并提供了一种基于NOMA的中继辅助D2D通信***功率分配方法,基于最小化***中断概率的原则来进行功率分配,得出最优的功率分配方法。
以上所述,仅为本发明中的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内,可理解想到的变换或替换,都应涵盖在本发明的包含范围之内,因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种使用NOMA和D2D组的通信***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***,该***包括一个基站、一个蜂窝用户、一个中继和一个D2D用户组,该D2D用户组包含1个D2D发送端和2个D2D接收端,其中一个D2D接收端与D2D发送端的距离是另一个D2D接收端与D2D发送端的距离的三倍以上,分别成为远接收端和近接收端;使用中继的D2D用户组通过使用非正交多址(NOMA)的方式与一个蜂窝用户复用上行频谱资源,基于最小化***中断概率的原则来进行功率分配;在***的一个传输周期内,D2D传输平均分为两个时隙,第一时隙,D2D发送端发送混合信号到中继,第二时隙,中继将收到的信号转发到D2D的两个接收端;在整个传输周期内,蜂窝用户一直在向基站传输信息;
该通信***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蜂窝用户、D2D发送端、以及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***中断概率,基于中断概率最小化,计算在D2D发送端和中继处最优的功率分配系数,并将它们分别转发给D2D发送端和中继;
S3:D2D发送端利用所获得的最优功率分配系数,采用NOMA方案发送信号到中继;
S4:中继收到传来的信号后,利用所获得的最优功率分配系数,采用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所述的使用NOMA和D2D组的通信***功率分配方法,其特征在于:在S1步骤中,所述的理想信道按照如下方式建模:设***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,D,R1,R2时分别表示基站,蜂窝用户,中继,D2D发送端,D2D远接收端,D2D近接收端,将这些设备之间的信道建模为瑞利信道。
3.根据权利要求2所述的使用NOMA和D2D组的通信***功率分配方法,其特征在于:在S2步骤中,***的中断概率可以看作由两个信号的中断概率组合而成,两个信号分别为D2D发送端通过中继发送到D2D远接收端的信号,用x1表示,以及到D2D近接收端的信号,用x2表示,中继采用DF模式,工作在半双工方式。
4.根据权利要求3所述的使用NOMA和D2D组的通信***功率分配方法,其特征在于:在S2步骤中,发送的信号是将信号x1和信号x2混合起来的,在D2D发送端分配给信号x1和x2的功率占总功率的比值分别为a1和a2,在中继处分配给信号x1和x2的功率占总功率的比值分别为b1和b2,且a1+a2=1,b1+b2=1。
5.根据权利要求4所述的使用NOMA和D2D组的通信***功率分配方法,其特征在于:在S2步骤中,所述的中断概率表达式如下:总的中断概率可以分为两部分,信号x1,x2的中断概率表达式分别如下:
总的中断概率表示为:Pout=1-(1-Pout1)(1-Pout2)
其中m1=βCRρC,n1=βDRρD,m2=βC1ρC,n2=βR1ρR,m3=βC2ρC,n3=βR2ρR,其中ρC,ρD,ρR分别为蜂窝用户,D2D发送端,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,γ1和γ2分别是信号x1和x2是否中断的判决门限值,小于该阈值,则视为信号传输中断;因为D2D发送端,中继,蜂窝用户的发送信噪比是已知并且固定的,且a1+a2=1,b1+b2=1,所以***容量的表达式是一个关于a1和b1的二元函数。
6.根据权利要求5所述的使用NOMA和D2D组的通信***功率分配方法,其特征在于:在S2步骤中,所述的基站对表达式进行分析,得到最优的功率分配系数a1和b1采用的方法步骤如下:
S201:设定一个判决门限ε,给基站处和中继处的功率分配系数a_old和b_old一个初始值;
S202:将a_old和b_old代入***中断概率的表达式,求出此时的中断概率P_old;
S203:将b固定为b_old,通过一维搜索找出0到1之间使中断概率最小的a,记为a_new;
S204:将a固定为a_new,通过一维搜索找出0到1之间使中断概率最小的b,记为b_new;
S205:将a_new和b_new代入***中断概率的表达式,求出此时的中断概率P_new;
S206:判断∣P_new-P_old∣≤ε是否成立;
S207:如果∣P_new-P_old∣≤ε不成立,则将a_new和b_new的值分别给a_old和b_old;
S208:如果∣P_new-P_old∣≤ε成立,则迭代算法结束,保存当前的a_new和b_new。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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