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摘要：本发明公开了一种上行非正交多址短包通信的功率控制方法，包括以下步骤：用户连接基站进行配对，并由上行链路向基站传输非正交多址短包传输参数；基站接收用户传输参数，并依据已知的各用户与基站之间的信道状态信息，估算各用户的发射功率与短包传输速率，以最大化最小用户有效吞吐量；基站反馈给各用户估算的发射功率与短包传输速率；各用户以基于用户公平性的最优发射功率与传输速率向基站进行短包传输，完成上行非正交多址短包通信过程。本发明在考虑可变短包速率和最大误块率约束下优化上行发射功率，有助于保障上行非正交多址短包通信中多用户间的公平性，对用户上行功率控制精确且计算复杂度低。

主权项：1.一种上行非正交多址短包通信的功率控制方法，其特征在于，基站根据非正交多址用户的传输可靠性需求与硬件限制协调各用户传输方案，上行非正交多址短包通信过程受基于服务质量与实际约束的功率控制方法监督；所述功率控制方法步骤如下：步骤1、在传输开始前，用户连接基站进行配对，并由上行链路向基站传输非正交多址短包传输参数；步骤2、基站接收非正交多址短包传输参数，并依据已知的各用户与基站之间的信道状态信息，估算各用户的发射功率与短包传输速率，以最大化最小用户有效吞吐量；步骤3、基站反馈给各用户估算的发射功率与短包传输速率；步骤4、各用户以最优发射功率与传输速率向基站进行短包传输，完成上行非正交多址短包通信过程；所述步骤1中非正交多址短包传输参数包括允许的最大误块率、短包传输块长以及用户设备最大发射功率上限；所述的步骤2具体包括以下步骤：步骤2.1、根据所述非正交多址短包传输参数建立极大极小优化问题，并引入辅助变量将目标函数转化为约束，简化原非凸优化问题；初始化块长度，外层循环的功率搜索精度，内层循环的传输速率搜索精度以及内层循环的迭代终止条件；步骤2.2、在外层循环中，为发射功率的一维搜索设置初始值；步骤2.3、在内层循环中，利用基于固定区间搜索的迭代算法，求解外层循环设置的发射功率下的问题最优值；步骤2.4、判断邻近两次迭代的辅助变量之差的绝对值，若小于迭代终止条件的初始设定值，则判断为迭代收敛到最优值，得到最大化的最小用户有效吞吐量，进入步骤2.5；否则返回步骤2.3；步骤2.5、在外层循环中，判断步骤2.4中得到的最优值是否为全局最优，若大于现有的全局最优值，则进行替换；否则直接丢弃，无需替换；步骤2.6、更新外层循环设置的发射功率，返回步骤2.3，直至以初始化的功率搜索精度对可行范围内的功率完成一维搜索过程；步骤2.7、获取全局最优值对应的最优发射功率，计算得到最优传输速率；步骤2.1所述的建立极大极小优化问题并引入辅助变量将目标函数转化为约束，具体如下：设定一个由基站和两个用户组成的上行非正交多址系统，基站于用户均为单天线；两个用户的发射信号分别为其中si是发射信号，pi是发射功率；基站接收到的信号表示为其中hi是信道增益，设置|h1|2＞|h2|2，w表示均值为零，方差为σ2的加性高斯白噪声；连续干扰消除用于在基站侧分离信号；设置采用基于信道状态信息的解码顺序，即具有高信道增益的信号将在基站优先解码；于是，在基站侧，首先解调用户1的信号，其信干噪比为传输速率R，即每单位带宽每秒发送的有效数据量，近似为： 其中，γ表示信干噪比，n表示块长度，ε表示误块率，Cγ＝log1+γ是香农容量，Vγ＝1-1+γ-2loge2是信道色散，Q-1·是高斯Q函数的逆变换；在基站正确解调s1的概率为1-ε1，其中ε1＝Qfγ1,n,R1，由公式1变换得到；设置s2只有在SIC的过程中正确解调s1之后才能被正确解调，那么基站解调s2时，其信干噪比为s2的整体解码错误率表示为其中ε2＝Qfγ2,n,R2；上行非正交多址短包通信的有效吞吐量指标为： 针对用户公平性，存在一个极大极小问题，其中功率和传输速率为优化变量，最小用户有效吞吐量为目标函数，最大化该目标函数是问题的优化方向，如下所示： 其中，C0为功率约束，C1、C2为传输可靠性约束，C3为实际可行性约束；由于且因此无论min{T1,T2}＝T1或T2，均会在p1＝Pmax时取到最大值；此外，计算得到下式： 根据公式4，由于ε随R单调递增，因此εmax与Rmax对应一致；于是将问题3中的约束条件进行转换，得到如下问题： 其中，求解问题5共分为两个阶段，第一阶段是在固定发射功率p2的情况下，找到最优值；第二阶段是对发射功率p2进行一维搜索，通过比较在第一阶段获取的最优值来获得功率p2的最优解并计算传输速率R1和R2的最优解；第一阶段所需解决的问题如下： 为了解决问题6，引入辅助变量t，将目标函数转化为约束，转化后的问题如下： 步骤2.3具体如下：首先，对于每一个固定的t值，验证问题是否存在可行解，即同时满足所有约束；存在一个定理：Ri[1-Qfγi,n,Ri],i＝1,2是关于Ri的凹函数，由其二阶导小于0易证得： 在此基础上，对问题7的验证方案分为两步进行：第一步：验证在约束C2下是否能够满足约束C0；首先计算若则不存在可行解；反之，如果则存在可行解；根据凹函数的性质，R1[1-Qfγ1,n,R1]与一个给定的t值至多有两个交点；此时由R1[1-Qfγ1,n,R1]≥t,0≤R1≤R1,max通过数值搜索找到当前R1的范围为：其中是给定t时可行R1的下边界，是给定t时可行R1的上边界；第二步：若约束C2下能够满足约束C0，则验证在约束C3下是否能够满足约束C1；此时R1只有取值范围，无定值，于是进一步将C1改写为：R2[1-Qfγ2,n,R2]≥t[1-Qfγ1,n,R1]9由于[1-Qfγ1,n,R1]max＝1-ε1,min＝1-Qfγ1,n,R1,min，若取到R1的下界那么R2的约束范围会最松弛，如果此时在C3下C1无法满足，那更大的R1对R2的约束更紧，C1必然无法满足；因此，若那么在该固定的t下存在可行解；算法初始化时，t为给定的一个初值t0，若能够在该t下满足所有的约束，则扩大t1＝2t0，直至首次在某循环中，发现不存在可行解，则可在一个给定区间内以基于固定区间的搜索算法进行迭代，最终由|tk+1-tk|＜δ收敛得到的t是在问题约束下可取到的最大值，即为问题的最优解，本算法是最优的；步骤2.7具体如下：根据已获取的全局最优值t＊，由R1[1-Qfγ1,n,R1]≥t＊与0≤R1≤R1,max数值搜索得到当前R1的范围为：其中是t＊下可行R1的下边界，是给定t＊下可行R1的上边界；若那么当前需要减小R1，直到取到等号，即由此计算得到最优解同时反之，若则然后由R2[1-Qfγ2,n,R2]≥t[1-Qfγ1,n,R1],0≤R2≤R2,max通过数值搜索找到当前R2的范围为：取以获取大的T2；至此获得了最优的短包传输速率R＝R1,R2。

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百度查询： 东南大学 一种上行非正交多址短包通信的功率控制方法