一种低复杂度非正交多址接入功率分配算法

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基于非正交多址接入的网络切片联合用户关联和功率分配算法

Joint User Association and Power Allocation Algorithm for Network Slicing Based on NOMA
TANG Lun MA Runlin YANG Heng CHEN Qianbin
(School of Communication and Information Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China)
摘要：为了满足网络切片多样化需求，实现无线虚拟资源的动态分配，该文提出在C-RAN架构中基于非正交多
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
址接入的联合用户关联和功率资源分配算法。首先，该算法考虑在不完美信道条件下，以切片和用户最小速率需
求及时延QoS要求、系统中断概率、前传容量为约束，建立在C-RAN场景中最大化长时平均网络切片总吞吐量的
收稿日期：2018-08-23；改回日期：2019-03-20；网络出版：2019-05-30 *通信作者：马润琳 357135128@ 基金项目：国家自然科学基金(61571073)，重庆市教委科学技术研究项目(KJZD-M201800601) Foundation Items: The National Natural Science Foundation of China (61571073), The Science and Technology Research Program of Chongqing Municipal Education Commission (KJZD-M201800601)
联合用户关联和功率分配模型。其次，将概率混合优化问题转换为非概率优化问题，并利用Lyapunov优化理论

noma原理

noma原理Noma原理是一种用于无线通信的算法，它的全称是Non-orthogonal Multiple Access，意为非正交多路访问。

Noma原理可以帮助提高无线通信的效率和容量，同时减少功耗等问题。

下面将介绍Noma原理的几个重要特点和应用场景。

一、特点1. 非正交多址：Noma原理允许多个用户同时使用同一频率和时间资源，而不需要像传统的TDMA、FDMA、CDMA等技术一样进行频率和时间划分。

2. 超密集：Noma原理在使用相同频段的情况下，可以支持更多的用户接入，从而提高了网络的容量。

3. 非对等服务：Noma原理通过给不同的用户分配不同的功率和速率，以满足不同用户的需求，这种非对等服务模式可以应用于各种场景。

4. 算法复杂度低：Noma原理的处理复杂度较低，能够满足现有的无线通信系统的要求。

二、应用场景1. 5G通信：5G网络是一个高密度的网络，需要支持大量设备的同时接入，而Noma原理能够提高网络的容量和覆盖范围，因此能够对5G网络的建设起到积极的促进作用。

2. 物联网：物联网需要支持大量设备的同时接入，这正是Noma原理的强项，因此可以被广泛应用于物联网场景中。

3. 多用户信道：在有多个用户接入的情况下，Noma原理可以提高系统的容量和效率，以达到更好的性能。

4. 再生能源：再生能源的发电机组通常需要通过无线通讯系统进行监测和控制，而Noma原理能够提高通讯效率和容量，因此是再生能源监测的一个较好的选择。

总之，Noma原理是一种新的无线通信技术，它能够提高网络的容量和效率，同时支持多种应用场景。

虽然它还存在一些技术上的挑战，但随着无线通信技术的发展，Noma原理将会得到更加广泛的应用和推广。

一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法_CN109639607A

第2i-1列中第1行到M行的元素，Q2i-1表示矩阵Q的第2i-1列；
计算 Q中奇数列的二范数模值的平方，记为
其中
表示对矩阵Q的第2i-1列做转置；i表示第一迭代计数器，N表示迭代总次数，与发送天
线数相等；计算矩阵Q和矩阵R中的元素。 4 .根据权利要求3所述的一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法，其特征
R2j,2j与R2j-1 ,2j计算过程如下：因为Q2j-1与Q2j正交，所以||Q2j-1||与||Q2j||相等，R2j-1 ,2j-1＝||Q2j-1||，将Q2j-1的标准化值映射到Q2j上得到R2j-1 ,2j，R2j-1 ,2j表示为：
步骤2 .45：设置迭代次数N-j，令第四迭代计数器n＝j+1；步骤2 .46：按照式(3)计算
( 19 )中华人民共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910055664 .0
(22)申请日 2019 .01 .21
(71)申请人南京邮电大学地址 210003 江苏省南京市鼓楼区新模范马路66号
(72)发明人唐加山朱婧菁
(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司 32224
2
CN 109639607 A
权利要求书
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其中，R2j-1 ,2j-1表示矩阵R的第2j-1行第2j-1列的元素、normj表示向量norm的第j列、 Q2j-1表示矩阵Q的第2j-1列、R2j,2j表示矩阵R的第2j行第2j列的元素、R2j-1 ,2j表示矩阵R的第 2j-1行第2j列的元素、Q2j表示矩阵Q的第2j列、QM+1:2M ,2j-1T表示对矩阵Q第2j-1列中第M+1行到2M行的元素所组成的向量做转置、Q1:M ,2j-1T表示对矩阵Q第2j-1列中第1行到M行的元素所组成的向量做转置；

【CN109996264A】非正交多址系统中最大化安全能量效率的功率分配方法【专利】

(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 (43)申请公布日 (21)申请号 201910235179.1(22)申请日 2019.03.27(71)申请人西北工业大学深圳研究院地址 518000 广东省深圳市南山区粤海街道高新技术产业园南区虚拟大学园A座3楼315室申请人西北工业大学(72)发明人姚如贵　姚鲁坤　左晓亚　徐娟　(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人顾潮琪(51)Int.Cl.H04W 24/02(2009.01)H04W 72/04(2009.01)(54)发明名称非正交多址系统中最大化安全能量效率的功率分配方法(57)摘要本发明提供了一种非正交多址系统中最大化安全能量效率的功率分配方法，对于存在窃听者窃听有用信息的NOMA系统，同时考虑物理层安全和5G的绿色通信要求，定义安全能量效率SEE为NOMA系统的安全和速率与总消耗功率的比值，进而优化设计每个合法用户的功率分配因子和系统总功率分配因子，寻求最优的功率分配方案，实现系统的SEE最大化。

权利要求书2页说明书9页附图2页CN 109996264 A 2019.07.09C N 109996264A1.一种非正交多址系统中最大化安全能量效率的功率分配方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一，在NOMA系统中，基站BS通过功率域划分向M个合法用户广播M个信号的线性组合，则第m个合法用户的接收信号其中，表示BS和第m个合法用户之间的信道增益，是该信道的瑞利衰落系数，d m是BS和第m个合法用户之间的距离，α是路径损耗指数，s m是第m个合法用户的期望信号且E{|s m|2}＝1，P i 表示分配给第i个合法用户的功率，表示第m个合法用户处加性高斯白噪声；窃听者的接收信号其中，表示BS和窃听者之间的信道增益，是该信道的瑞利衰落系数，d e 是BS和窃听者之间的距离，表示窃听者处的AWGN，σ2为噪声功率；步骤二，系统安全和速率其中，表示第m个合法用户可达速率，ωm为第m个合法用户的功率分配因子，表示窃听者窃听第m个合法用户信号的可达速率；步骤三，定义SEE为NOMA系统的安全和速率与总消耗功率的比值，总消耗功率为系统固定消耗功率P c与系统实际消耗传输功率P t＝ηP之和，为总功率分配因子，则其中，在BS处最小所需的可用总功率其中，为第m个合法用户的最小所需速率，是第m个合法用户所需的最小功率；构建最优化模型为权　利　要　求　书1/2页2CN 109996264 A。

OFDM认知无线电网络低复杂度功率分配算法

OFDM认知无线电网络低复杂度功率分配算法李李;卫萌菡;周朝荣【摘要】在正交频分复用认知无线电网络中,研究多个功率约束条件下的功率分配问题.认知用户功率约束条件分为两类:对主用户频段的干扰约束与认知用户总传输功率约束.以最大化认知用户速率为目标,构建一个多约束条件优化问题,得出最优功率分配算法,在此基础上,通过对约束条件加以分解,提出一种低复杂度的次优功率分配算法.仿真结果表明,最优算法可以取得最大的认知用户传输速率;提出的次优算法可以极小的性能损失,在复杂度上取得较大优势.【期刊名称】《计算机工程与设计》【年(卷),期】2016(037)004【总页数】5页(P872-876)【关键词】正交频分复用;认知无线电网络;功率分配;功率约束;低复杂度【作者】李李;卫萌菡;周朝荣【作者单位】四川师范大学物理与电子工程学院,四川成都610101;四川师范大学无线传感器网络四川省高校重点实验室,四川成都610101;四川师范大学物理与电子工程学院,四川成都610101;四川师范大学无线传感器网络四川省高校重点实验室,四川成都610101;四川师范大学物理与电子工程学院,四川成都610101;四川师范大学无线传感器网络四川省高校重点实验室,四川成都610101【正文语种】中文【中图分类】TN914随着无线通信终端和移动互联网的普及，无线频谱作为一种资源变得越来越稀缺。

认知无线电(cognitive radio)技术可以有效利用频谱资源提高网络吞吐量。

利用这一技术，未授权的认知用户可以搜索、接入授权主用户的通信频段。

一般而言，认知用户接入授权频谱的方式有两种：overlay模式和underlay模式，前者只允许认知用户接入主用户当前不在使用的频谱空穴(spectrum hole)，该模式适用于频分复用系统；后者则允许认知用户接入主用户正在占用的频段，这一特征使得其适用于扩频等频谱共享系统。

在overlay接入模式的诸多备选技术中，正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)技术由于具备通信速率高、频谱分配灵活等特点，具有广阔的应用前景。

noma功率分配方案

noma功率分配方案
NOMA（Non-Orthogonal Multiple Access）是一种非正交多址接入技术，它允许多个用户同时使用相同的时间频率资源进行通信。

在NOMA系统中，功率分配方案是非常重要的，它决定了每个用户分配到的功率大小。

一般来说，NOMA的功率分配方案可以根据用户的信道质量、用户需求以及系统的性能要求等因素进行设计。

常见的NOMA功率分配方案有以下几种：
1. 等功率分配：将总功率平均分配给所有用户，每个用户获得相等的功率。

这种方案适用于所有用户的信道质量相近，且用户需求相同的情况。

2. 功率分配比例：根据用户的信道质量，将总功率按照一定比例进行分配。

通常，信道质量较好的用户分配更多的功率，而信道质量较差的用户分配较少的功率。

这种方案适用于信道质量差异较大的情况。

3. 功率水平倒数（Inverse Power Allocation）：根据用户的信道质量，将总功率按照信道质量的倒数进行分配。

即信道质量较好的用户分配较少的功率，而信道质量较差的用户分配较多的功率。

这种方案可以提高较差信道质量用户的性能。

4. 定量最优功率分配：采用优化算法，根据用户的信道质量、
用户需求以及系统的性能要求等因素，得到满足最优条件的功率分配方案。

这种方案可以最大化系统的整体性能。

需要注意的是，NOMA的功率分配方案并非唯一，具体的选择需要根据实际情况进行综合考虑。

一种低复杂度非正交多址接入功率分配算法

一种低复杂度非正交多址接入功率分配算法谭歆;肖杰;高翔;吴广富【期刊名称】《电子技术应用》【年(卷),期】2017(43)4【摘要】Power allocation is an important research issue of resource allocation in non-orthogonal multiple access system.Optimal water-filling power allocation algorithm can improve the system performance,but the complexity of the algorithm is relatively high.This paper presents a low complexity power allocation algorithm.Firstly,the algorithm uses water-filling principle to subcarriers in order to get the total multiplexed power.Then the fractional transmission power allocation algorithm is used to reallocate the total multiplexed power for multiplexed users on single subcarrier.The simulation result shows that the proposed algorithm can obviously reduce the computational complexity under the circumstance of the performance loss of less than 3％ compared with the optimal water-filling transmission power allocation.%功率分配是非正交多址系统(NOMA)资源分配中的一个重要研究问题.最优迭代注水功率分配算法能提高系统性能,但是算法复杂度较高.提出一种低复杂度的功率分配算法,首先对予载波采用注水原理得到总的复用功率,然后在单个子载波上叠加用户间采用分数阶功率分配方法进行功率再分配.通过仿真分析,与最优迭代注水功率分配算法相比,该算法在性能损失不超过3％的情况下,大幅减低了计算复杂度.【总页数】4页(P126-128,132)【作者】谭歆;肖杰;高翔;吴广富【作者单位】重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室,重庆400065;重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室,重庆400065;重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室,重庆400065;重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室,重庆400065【正文语种】中文【中图分类】TN929.5【相关文献】1.OFDM系统中一种改进的低复杂度自适应比特功率分配算法 [J], 朱继华;王竟鑫;申茜;邱飘玉;王永;袁建国2.一种低复杂度OFDMA功率分配算法 [J], 邵朝;张成程;朱婷鸽3.MIMO系统一种新的低复杂度功率分配算法 [J], 黄鹏;姜永权;林元模;谌开元4.一种虚拟MIMO中的低复杂度功率分配算法 [J], 王大鸣;吕璐;窦冬冬;崔维嘉5.一种低复杂度OFDMA功率分配算法 [J], 邵朝;张成程;朱婷鸽;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种非正交多址接入功率分配方法[发明专利]

专利名称：一种非正交多址接入功率分配方法专利类型：发明专利
发明人：李云,肖杰,郑焕平,吴广富
申请号：CN201610724411.4
申请日：20160825
公开号：CN106332256A
公开日：
20170111
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明请求保护一种非正交多址接入功率分配方法，首先在获得各子信道的注水等效信道增益的基础上，采用注水原理得到各子信道的复用功率；然后在单个子信道上叠加用户间根据分数阶或固定功率分配方式得到各叠加用户的功率。

该方法在算法复杂度增加不大的情况下，相比Benjebbour功率分配方法提高了大约7％的系统总吞吐量。

申请人：重庆邮电大学
地址：400065 重庆市南岸区黄桷垭崇文路2号
国籍：CN
代理机构：重庆市恒信知识产权代理有限公司
代理人：刘小红
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下行非正交多址接入系统中功率分配方案

下行非正交多址接入系统技术基础
非正交多址接入原理
非正交性
与传统的正交多址接入不同，非正交多址接入允许多个用户在相同的时频资源上进行传输，通过引入一定的干扰并利用先进的接收算法进行干扰消除，从而提高系统容量。
多用户检测
在非正交多址接入中，接收端需要采用多用户检测技术，对多个用户的信号进行联合检测，以有效分离和恢复用户数据。
在研究功率分配方案时，可以考虑跨层设计思路，将物理层功率分配与上层协议（如 MAC层、网络层等）相结合，共同优化系统性能。例如，在MAC层设计中考虑用户优先级和业务类型等因素，实现跨层优化下的高效功率分配。
对未来研究的建议与展望
要点一
大规模用户场景
随着5G、6G等通信技术的发展，未来通信网络将面临大规模用户接入的挑战。因此，如何在大规模用户场景下设计高效、公平的功率分配方案，将成为未来研究的重要方向。可以考虑分布式功率分配方案、用户分组策略等方法，以降低算法复杂度和提高系统可扩展性。
仿真结果及其性能分析
收敛性能分析
系统容量性能
观察优化算法在不同迭代次数下的收敛情况，分析算法的收敛速度和稳定性。
对比不同功率分配方案下的系统容量，分析本方案的性能提升程度。
公平性性能
复杂度分析
考察本方案在不同用户间的公平性表现，如用户速率分布、边缘用户性能等。
分析本方案的计算复杂度，并与其他方案进行对比，评估其在实际应用中的可行性。
05
方案比较与讨论
与现有方案的性能比较
频谱效率
相较于传统的正交多址接入系统，下行非正交多址接入系统能够在相同的频谱资源下实现更高的用户接入数量和更高的频谱效率。通过合理的功率分配方案，可以进一步优化系统性能，提升频谱利用效率。

一种非正交多址接入的跨层功率分配优化方法

论文引用格式：王子傲.一种非正交多址接入的跨层功率分配优化方法[J].现代电信科技,2016,46（6）：1-4.WANG Ziao.A cross layer power allocation optimization scheme for non-orthogonal multiple access[J].Modern Science& Technology of Telecommunications,2016,46（6）：1-4.一种非正交多址接入的跨层功率分配优化方法王子傲（哈德斯菲尔德大学计算机与工程学院，哈德斯菲尔德英国）摘要：5G移动通信的多样性应用场景要求综合性的网络指标，非正交多址技术被认为是5G的一个非常有潜力的多址接入技术，由于不同应用对QoS要求不同，可将应用层对服务指标的要求引入物理层进行跨层优化能提高功率优化的性能。

为此，提出一种融合应用层和物理层的跨层功率分配优化方案，并且进行了研究模型建立，优化架构设计和优化算法实现等研究，为非正交多址技术的功率优化提供了一种新的途径。

关键词：第五代移动通信；非正交多址；NOMA；功率分配优化中图分类号：TN929.5文献标识码：AA cross layer power allocation optimization scheme fornon-orthogonal multiple accessWANG Ziao（The School of Computing and Engineering,University of Huddersfield,Huddersfield,UK）Abstract：The diversity of application scenarios in the5G requires a comprehensive network index.The NOMA technology is considered as a promising multiple access technology.The applications in5G have different need for QoS.To combine the per⁃formance index of application with physical layer for cross layer optimization can improve the power optimization.This paper presents a cross layer power allocation optimization scheme by combining application layer and the physical layer,and con⁃structs a research model,designs an optimization structure,implements an optimization algorithm.This paper provides a new ap⁃proach for NOMA power optimization study.Keywords:5G;non orthogonal multiple access;NOMA;power allocation optimization1引言随着通信业务类型不断丰富，第五代移动通信（5G）技术的业务提供能力要求比第四代移动通信（4G）有较大的提升，5G将提供更加丰富的通信能力，以及针对多种场景的差异化通信指标。

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中文引用格式：谭歆，肖杰，高翔，等．一种低复杂度非正交多址接人功率分配算法［Ｊ】．电子技术应用，２０１７，４３（４）：１２６－１２８，１３２
英文引用格式：ＴａｎＸｉｎ，ＸｉａｏＪｉｅ，ＧａｏＸｉａｎｇ．Ａｌｏｗｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｐｏｗｅｒａｌｌｏｃａｔｉｏｎａｌｇｏｉｒｔｈｍｆｏｒｎｏｎ — ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｍｕｌ —
ＣｏｒｎｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄＮｅｔｗｏｒｋ
一
种低复杂度非正交多址接入功率分配算法
谭歆，肖杰，高翔，吴广富
（重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室，重庆４０００６５）
摘
要：功率分配是非正交多址系统（ＮＯＭＡ）资源分配中的一个重要研究问题。最优迭代注水功率分配算法能提高
ＴａｎＸｉｎ，ＸｉａｏＪｉｅ，ＧａｏＸｉａｎｇ，ＷｕＧｕａｎｇｆｕ（ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｆＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＣｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６５，Ｃｈｉｎａ）
ｗａｔｅｒ — ｆｉｌｌｉｎｇｐｏｗｅｒａｌｌｏｃａｔｉｏｎａｌｇｏｉｔｒｈｍｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｂｕｔｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅａｌｇｏｉｒｔｈｍｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｈｉｇｈ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｌｏｗｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｐｏｗｅｒａｌｌｏｃａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｕｓｅｓｗａｔｅｒ－ｆｉｌｌｉｎｇｐｉｒｎｃｉｐｌｅｔｏｓｕｂｃａｒｒｉｅｒｓｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｅｔｔｈｅｔｏｔａｌｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄｐｏｗｅｒ．Ｔｈｅｎｔｈｅｆｒａｃｔｉｏｎａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｏｗｅｒａｌｌｏｃａｔｉｏｎａｌｇｏｉｒｔｈｍｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅａｌｌｏｃａｔｅｔｈｅｔｏｔａｌｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄｐｏｗｅｒｆｏｒｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄｕｓｅ￣ｏ－ｏｎｓｉｎｇｌｅｓｕｂｅａｒｒｉｅｒ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｏｂｖｉｏｕｓｌｙ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰｏｗｅｒａｌｌｏｃａｔｉｏｎｉＳａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｓｕｅｏｆｒｅｓｏｕｒｃｅａｌｌｏｃａｔｉｏｎｉｎｎｏｎ —ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｍｕｌｔｉｐｌｅａｃｃｅｓｓｓｙｓｔｅｍ．Ｏｐｔｉｍａｌ
率分配算法相比，该算法在性能损失不超过３％的情况下，大幅减低了计算复杂度。
关键词：非正交多址；功率分配；注水；分数阶功率分配方法中图分类号：ＴＮ９２９．５文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．１６１５７／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５８ — ７９９８．２０１７．０４．０３２
ｔｉｐｌｅａｃｃｅｓｓｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ】．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｉｑｕｅ，２０１７，４３（４）：１２６ — １２８，１３２．
Ａｌｏｗｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｐｏｗｅｒａｌｌｏｃａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｎ０ｎ—ｏｒｔｈ０ｇ０ｎａｌｍｕｌｔｉｐｌｅａｃｃｅｓｓｓｙｓｔｅｍｓ
Hale Waihona Puke 系统性能，但是算法复杂度较高。提出一种低复杂度的功率分配算法，首先对子载波采用注水原理得到总的复用功率，然后在单个子载波上叠加用户间采用分数阶功率分配方法进行功率再分配。通过仿真分析，与最优迭代注水功