本發(fā)明涉及通訊工程，具體涉及一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今通信環(huán)境中，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，移動(dòng)設(shè)備數(shù)量和數(shù)據(jù)流量急劇增加。5g網(wǎng)絡(luò)及其后續(xù)技術(shù)需要更高效的頻譜利用率，以應(yīng)對(duì)帶寬需求的爆炸式增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的正交多址接入技術(shù)（如tdma、fdma、ofdma等）中，不同的用戶被分配到不同的資源塊（如時(shí)間、頻率或正交碼），以避免相互干擾。然而，這種方法的頻譜利用率有限，高速增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)需求和大規(guī)模連接的需求逐漸凸顯。非正交多址接入技術(shù)可以提高頻譜效率和支持大規(guī)模用戶連接。非正交多址接入技術(shù)提高了吞吐量，但它引入了額外的干擾，從而降低了覆蓋范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法，通過對(duì)混合多址接入模型構(gòu)建、多約束條件下行優(yōu)化傳輸模型設(shè)計(jì)以及求解多目標(biāo)能量最小化問題優(yōu)化頻帶分配系數(shù)和功率譜密度分配系數(shù)，最大限度地利用有限的頻譜資源，以解決克服正交和非正交多址技術(shù)各自的缺點(diǎn)問題。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法，包括以下步驟：

3、（1）針對(duì)包含一個(gè)配置m根天線的基站和兩個(gè)配置單天線用戶的無線通信系統(tǒng)，構(gòu)建混合多址接入模型；

4、（2）以系統(tǒng)能耗最小化為目標(biāo)，構(gòu)建多約束條件下的下行優(yōu)化傳輸模型；

5、（3）采用連續(xù)資源分配交互迭代的方法求解多目標(biāo)能量最小化問題；

6、（4）根據(jù)得到的最優(yōu)功率分配解進(jìn)行接入。

7、進(jìn)一步的，步驟（1）中，混合多址接入模型具體如下：采用一個(gè)下行蜂窩網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)基站通過頻分混合多址服務(wù)于每個(gè)資源單元re中的兩個(gè)用戶即和，將不同功率的兩個(gè)用戶的信號(hào)混合傳輸；

8、根據(jù)信道強(qiáng)度度量排序兩個(gè)ue：根據(jù)處于坐標(biāo)系0處的基站，與其均勻分布在以為半徑的盤內(nèi)的ue之間的連接距離r來排序ue；將鏈路距離較短的強(qiáng)終端稱為，將鏈路距離較長(zhǎng)的弱終端稱為；頻分混合多址中頻帶資源單元分為三個(gè)區(qū)域即、和，和在區(qū)域共享的re的占比用表示，用來表示只有可以進(jìn)入的區(qū)域中re的比例，其中；則的帶寬的比例用表示，非重疊部分用表示；基站在用戶的區(qū)域和的區(qū)域提供oma服務(wù)，在和重疊的區(qū)域提供noma服務(wù)。

9、進(jìn)一步的，步驟（1）中，混合多址接入模型公式如下：在不同的頻帶區(qū)域即、和中，終端接收到以下信號(hào)：

10、；

11、；

12、；

13、；

14、其中，表示在區(qū)域中接收到的信號(hào)，表示和在區(qū)域重疊部分的接收到的信號(hào)，表示在區(qū)域中接收到的信號(hào)，表示為各終端中的信道增益，為發(fā)射功率譜密度，s為發(fā)射信號(hào)，n是接收噪聲。

15、進(jìn)一步的，步驟（1）中，每個(gè)ue在不同頻帶區(qū)域的解碼速率如下：

16、；

17、其中，表示在區(qū)域中解碼的速率，表示在區(qū)域重疊部分解碼自身的速率，表示在區(qū)域重疊部分解碼的速率，表示在區(qū)域重疊部分解碼自身的速率，表示在區(qū)域解碼的速率，模型采用噪聲功率為歸一化；通過頻分混合多址，得到的數(shù)據(jù)速率，其中最小單位頻帶速率：

18、。

19、進(jìn)一步的，步驟（2）具體如下：

20、；

21、其中，表示基站對(duì)的發(fā)射功率,表示基站對(duì)的發(fā)射功率，，，（p1a）為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，即系統(tǒng)最小能耗，（p1b）和（p1c）中表示和的傳輸數(shù)據(jù)速率需要大于等于最低傳輸速率，(p1d)為noma工作方式下采用sic進(jìn)行成功解碼所設(shè)定的功率差異要求，常數(shù)c常見取值范圍在3-10；以能耗最小化為目標(biāo)問題（p1）通過恒等變換改寫為：

22、；

23、其中，，。

24、進(jìn)一步的，步驟（3）包括以下步驟：

25、（31）設(shè)定和的初始值均為0.5；

26、（32）利用連續(xù)資源分配的方法求解（p2）的功率分配最優(yōu)解；

27、（33）對(duì)有r1所占頻帶寬度為，?r2區(qū)域共享的re頻帶寬度為，非重疊部分的頻帶寬度為的和進(jìn)行優(yōu)化求解；

28、（34）對(duì)所求的和判斷其是否收斂，若不收斂則轉(zhuǎn)步驟（32），若收斂則本次迭代的步驟（32）所得的和和步驟（33）所得的和即為所求最優(yōu)分配解。

29、進(jìn)一步的，步驟（32）具體如下：首先，寫出（p2）的拉格朗日函數(shù)如下：

30、；

31、其中，是拉格朗日乘子；

32、然后，將拉格朗日函數(shù)分別對(duì)求偏導(dǎo)并令其等于0后求得和即最優(yōu)功率譜密度分配解公式如下：

33、；

34、最后，利用約束條件（p2d）對(duì)求得的和進(jìn)行驗(yàn)證：若上述式子中，則（10）和（11）為所求解，若則表達(dá)為：

35、。

36、進(jìn)一步的，步驟（33）具體如下：首先，寫出（p1）的拉格朗日函數(shù)如下：

37、；

38、其中，是拉格朗日乘子；

39、然后，將拉格朗日函數(shù)對(duì)求偏導(dǎo)并令其等于0求得和即最優(yōu)頻帶分配系數(shù)公式如下：

40、。

41、本發(fā)明所述的一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被加載至處理器時(shí)實(shí)現(xiàn)任一項(xiàng)所述的一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法。

42、本發(fā)明所述的一種存儲(chǔ)介質(zhì)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)任一項(xiàng)所述的一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法。

43、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：使用頻分非正交多址接入技術(shù)可以確保每個(gè)用戶充分受益于正交多址接入和非正交多址接入傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)；通過結(jié)合多種接入方式，最大限度地利用有限的頻譜資源，使網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)用戶需求和業(yè)務(wù)類型靈活調(diào)整資源分配；本發(fā)明的多資源分配的交互迭代方法得到的最優(yōu)功率分配解能夠使頻分混合多址輸出能耗低和較高的可靠性等優(yōu)點(diǎn)，并且所提出交互迭代方法普適性較強(qiáng)。

技術(shù)特征：

1.一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法，其特征在于，步驟（1）中，混合多址接入模型具體如下：采用一個(gè)下行蜂窩網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)基站通過頻分混合多址服務(wù)于每個(gè)資源單元re中的兩個(gè)用戶即和，將不同功率的兩個(gè)用戶的信號(hào)混合傳輸；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法，其特征在于，步驟（1）中，混合多址接入模型公式如下：在不同的頻帶區(qū)域即、和中，終端接收到以下信號(hào)：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法，其特征在于，步驟（1）中，每個(gè)ue在不同頻帶區(qū)域的解碼速率如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法，其特征在于，步驟（2）具體如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法，其特征在于,步驟（3）包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法，其特征在于,步驟（32）具體如下：首先，寫出（p2）的拉格朗日函數(shù)如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法，其特征在于,步驟（33）具體如下：首先，寫出（p1）的拉格朗日函數(shù)如下：

9.一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被加載至處理器時(shí)實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法。

10.一種存儲(chǔ)介質(zhì)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求?1-8任一項(xiàng)所述的一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種頻分混合多址蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法，包括以下步驟：（1）針對(duì)包含一個(gè)配置M根天線的基站和兩個(gè)配置單天線用戶的無線通信系統(tǒng)，構(gòu)建混合多址接入模型；（2）以系統(tǒng)能耗最小化為目標(biāo)，構(gòu)建多約束條件下的下行優(yōu)化傳輸模型；（3）采用連續(xù)資源分配交互迭代的方法求解多目標(biāo)能量最小化問題；（4）根據(jù)得到的最優(yōu)功率分配解進(jìn)行接入；本發(fā)明利用了正交和非正交多址方法的優(yōu)點(diǎn)，通過共享資源元素在提高了吞吐量的情況下，還能降低干擾，提高覆蓋范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：徐渭城,吉小鵬,董欣,徐然惠,王雨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京信息工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6