不完美CSI下多载波NOMA系统基于频谱效率的资源分配方法与流程

技术特征：
1.一种不完美csi下多载波noma系统基于频谱效率的资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：101、用户获取真实信道状态信息，真实信道状态信息来源于估计信道增益和估计误差，将用户按照估计信道增益降序进行排序，建立系统模型；102、构建以最大化系统和速率为目标函数的优化问题，将目标优化问题解耦为子载波分配问题以及功率分配问题，分层求解；103、对于非凸非线性原始优化问题，通过引入辅助变量将非凸约束转化为凸约束，使用最坏情况分析法处理信道状态信息的不确定性，将原始优化问题转化为凸优化问题；104、用拉格朗日对偶法对转化后的凸优化问题进行求解，最后通过kkt条件得到目标问题的子问题的闭式解；105、利用上述步骤对结果进行迭代求解，使结果收敛，根据该收敛的值进行频谱资源分配。2.根据权利要求1所述的一种不完美csi下多载波noma系统基于频谱效率的资源分配方法，其特征在于，所述步骤101还包括初始化用户个数和子载波个数，生成基站位置以及用户位置的步骤，具体包括：初始化用户数为k，子载波数为n，第k个用户的用户集表示为：k∈{1，2，
…
，k}，第n个子载波的子载波集为：n∈{1，2，
…
，n}，将基站在子载波n上的传输信号表示为：其中p
k，n
表示在子载波n上用户k的传输功率，ρ
k，n
表示用户k对子载波n占用指标，ρ
k，n
＝1表示用户k占用子载波n，否则ρ
k，n
＝0，s
k，n
表示数据符号，并且满足数学期望e(|s
k，n
|2)＝1，基站到用户之间的信道增益建模为：其中表示瑞利衰落系数，d
k
表示第k个用户到基站的距离，α表示路径损耗指数。3.根据权利要求2所述的一种不完美csi下多载波noma系统基于频谱效率的资源分配方法，其特征在于，对于不完美信道状态信息，将真实信道增益建模为：方法，其特征在于，对于不完美信道状态信息，将真实信道增益建模为：是估计信道增益，δh
k，n
为估计误差；估计误差的值属于集合为估计误差；估计误差的值属于集合ε
k，n
表示估计误差的上界，通过连续干扰消除(sic)在接收端解码基站发送的叠加信号，在sic之后，将第k个用户在第n个子载波上的接收信号表示为：：等号右边从左到右第一项表示第k个用户在第n个子载波上的期望信号，第二项表示来自不完美信道的残余干扰，第三项表示弱用户无法消除的强用户干扰，第四项表示加性高斯白噪声，该噪声均值为零，方差为δ2，因此，用户k在子载波n上的信噪比为：其中i表示除了用户k之外的其他用户，根据香农公式，此用户的可达速率为：r
k，n
＝log2(1 γ
k，n
)，所以系统的和速率为：4.根据权利要求3所述的一种不完美csi下多载波noma系统基于频谱效率的资源分配
方法，其特征在于，所述步骤102、构建以最大化系统和速率为目标函数的优化问题，将目标优化问题解耦为子载波分配问题以及功率分配问题，分层求解，具体包括以下步骤：将系统和速率最大化问题解耦成关于子载波分配和功率分配问题的优化问题，将目标问题分为两层，内层为关于估计误差的最小化问题，外层为关于原问题解耦子问题子载波分配和功率分配问题的最大化问题，综上建立优化问题：s.t.c1：c2：c3：c4：c5：其中ρ
k，n
表示用户k对子载波n占用指标，p
k，n
表示在子载波n上用户k的传输功率，p
c
表示电路损耗，r
k，n
表示用户k的可达速率，δh
k，n
表示估计误差，表示估计误差的值的集合；其中c1约束为系统总功率的上限约束，p
max
表示基站的最大传输功率；c2约束为用户可达速率的下限约束，表示用户的最小速率需求；c3和c4为子载波占用指标约束，c5约束为估计误差范围约束。5.根据权利要求4所述的一种不完美csi下多载波noma系统基于频谱效率的资源分配方法，其特征在于，所述步骤103对于非凸非线性原始优化问题，通过引入辅助变量将非凸约束转化为凸约束，使用最坏情况分析法处理信道状态信息的不确定性，将原始优化问题转化为凸优化问题，具体包括：使用辅助变量来替换约束c1和c2中的耦合变量ρ
k，n
和p
k，n
，即原始优化问题就转化成了如下形式：s.t.c3，c4s.t.c3，c4
并对约束使用最坏情况分析法，对于用户可达速率使用集合中的上界ε
k，n
替换估计误差δh
k，n
，就得到这样一个不等式：，就得到这样一个不等式：其中所以最低用户可达速率为：6.根据权利要求5所述的一种不完美csi下多载波noma系统基于频谱效率的资源分配方法，其特征在于，处理掉约束的非凸性和不确定性后，就得到如下的确定性优化问题：方法，其特征在于，处理掉约束的非凸性和不确定性后，就得到如下的确定性优化问题：方法，其特征在于，处理掉约束的非凸性和不确定性后，就得到如下的确定性优化问题：然后，使用连续凸逼近法来使用户速率逼近理论最低值：然后，使用连续凸逼近法来使用户速率逼近理论最低值：其中，a
k，n
、b
k，n
表示中间参数，表示最后一次迭代的值，当时，该式收敛；基于以上推导，可以得到如下标准凸优化问题：基于以上推导，可以得到如下标准凸优化问题：基于以上推导，可以得到如下标准凸优化问题：c3：0≤ρ
k，n
≤1。7.根据权利要求6所述的一种不完美csi下多载波noma系统基于频谱效率的资源分配方法，其特征在于，所述步骤104用拉格朗日对偶法对转化后的凸优化问题进行求解，最后通过kkt条件得到目标问题的子问题的闭式解，具体包括：首先使用拉格朗日对偶分解法，写出上述标准凸优化问题的拉格朗日函数：
其中，α
k，n
，β
k，n
和v
k，n
表示对应3个约束条件的非负拉格朗日乘子，因此，此拉格朗日函数的等效对偶问题可以表示为：对于第k个用户在第n个子载波上的功率分配因子使用kkt条件来得到它的闭式解，并且使用来表示，具体为：其中[x]

＝max(0，x)，此外，对于子载波占用指标ρ
k，n
的闭式解使用相同的方法，即对拉格朗日函数求偏导所以：其中，所以最优子载波占用指标可以表示成：8.根据权利要求7所述的一种不完美csi下多载波noma系统基于频谱效率的资源分配方法，其特征在于，所述步骤105使用次梯度法更新拉格朗日乘子的值，其中，方法，其特征在于，所述步骤105使用次梯度法更新拉格朗日乘子的值，其中，t表示迭代的次数，s1和s2表示比梯度法的迭代步长；初始化拉格朗日乘子迭代收敛因子、能效收敛因子，内、外层最大迭代次数，将功率分配初始值设置为0，子载波分配因子设置为1，每一次计算都更新拉格朗日乘子和能效的值。9.根据权利要求8所述的一种不完美csi下多载波noma系统基于频谱效率的资源分配方法，其特征在于，收敛判决条件为，两次拉格朗日乘子和能效迭代值之差小于格朗日乘子迭代收敛因子、能效收敛因子或者达到内、外层最大迭代次数，最终输出能效的值。

技术总结
本发明请求保护一种不完美CSI下多载波NOMA系统基于频谱效率的资源分配方法，包括：松弛变量转化ρ


技术研发人员：王正强 李尔顺 万晓榆 樊自甫 常瑞飞
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：2021.10.11
技术公布日：2022/1/6