一种功率分配方法

1.本发明涉及网络无线资源分配技术领域，尤其涉及一种功率分配方法。


背景技术：

2.随着全球移动用户的快速增长，频谱资源变得越来越稀缺。星地一体化网络(satellite-terrestrial integrated network，stin)的出现有望缓解频谱稀缺的问题。在新兴的介质访问控制方案中，非正交多址(non-orthogonal multiple access，noma)通过功率域复用，提高了频谱利用率、增加了系统的连接容量，引起了工业界的注意。因此，noma功率分配的方案设计引起了广泛的研究。然而，系统能量资源往往是有限的，因此如何提高noma-stin系统能量使用效率仍然是一个具有挑战性的问题。
3.在noma-stin系统中，一种侧重于解决提供-请求的数据不匹配问题，联合功率、noma译码顺序、用户时隙分配策略的启发式功率分配方法被提出。此外，相当一部分noma-stin系统中的功率分配方法通过最大化系统容量，来设计系统功率分配方案。例如：有学者提出一种考虑地面用户和地面基站在服务质量(quantity of service,qos)需求门限要求、卫星和地面基站发射功率限制的联合波束成形和功率分配优化的方案，也有学者提出一种考虑地面基站不同转发方式下的卫星功率分配方案等。尽管如此，现存功率分配方案仍然存在着两个缺点尚未解决。首先，能量效率被认为是noma-stin系统的关键绩效指标，没有被考虑在内。由于星上载荷尺寸较小和功率放大器限制的原因，卫星的可用能量受到很大限制，能源效率可能会遭受严重性的下降。其次，当卫星链路和地面链路具有时变性和异构性时，即卫星与用户之间的链路处于莱斯衰落之下，地面基站与用户之间的链路处于瑞利衰落之下时，系统能量效率具有遍历性。因此，对于支持noma-stin系统，改善系统遍历能量效率的联合卫星和地面基站处的功率分配管理方案目前尚未有人提出。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种功率分配方法，通过推导联合卫星与地面基站处的最优功率分配方案，消除了信道条件时变的特征，满足了系统峰值功率和平均功耗的条件，满足了用户端遍历服务质量(qos)的门限需求，实现了对系统遍历能量效用的最大化，可以有效的提高系统的能量效率。
5.为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种功率分配方法，所述方法包括：
6.s1，获取第一阶段卫星网络非正交多址信号模型，所述第一阶段卫星网络非正交多址信号模型包括第一阶段信号；
7.s2，获取第二阶段地面网络非正交多址信号模型；所述第二阶段地面网络非正交多址信号模型包括第二阶段信号；
8.s3，对所述第一阶段信号进行处理，得到第一阶段信号干扰比；所述第一阶段信号干扰比包括第k个蜂窝网络中第i个用户处的干扰比和第k个蜂窝网络中基站处第i个用户处的干扰比；
9.s4，对所述第一阶段信号和所述第二阶段信号进行处理，得到第二阶段信号干扰比；
10.s5，对所述第一阶段信号干扰比和所述第二阶段信号干扰比进行处理，得到卫星用户信号可达速率；
11.s6，对所述第一阶段信号干扰比进行处理，得到蜂窝网用户信号的可达速率；
12.s7，对所述卫星用户信号可达速率和所述蜂窝网用户信号的可达速率进行处理，得到基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型；
13.s8，对所述基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型进行处理，得到最优功率分配模型；
14.s9，对所述最优功率分配模型进行解算，得到最优功率分配结果。
15.作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述第一阶段卫星网络非正交多址信号模型为：
[0016][0017]
其中，g
s,k,i
＝|h
s,k,i
|2g
k,i
l
s,k,i
为第一阶段信号，y
k,i
为第k个蜂窝网络中第i个终端接收到的信号模型，nk为第k个蜂窝网络中用户的数量，第k个蜂窝网络中终端数量为1，表示第一阶段第k个蜂窝网络中第i个终端的信号，满足e[
·
]表示期望操作，k＝1,2,...,k，k为蜂窝网络数量，i＝1,2,...,nk，i＝0表示第k个蜂窝网络中的基站终端，表示信号非正交多址过程中卫星处分配给第k个蜂窝网络中第i个终端的功率大小，g
k,i
表示卫星到第k个蜂窝网络中第i个终端链路的信道增益大小，l
s,k,i
表示卫星到第k个蜂窝网络中第i个终端链路的自由空间损失，h
s,k,i
为卫星到第k个蜂窝网络中第i个终端链路的小尺度衰落，ni表示第k个蜂窝网络中第i条链路都经过的功率密度为σ2的加性高斯白噪声。
[0018]
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述第二阶段地面网络非正交多址信号模型为：
[0019][0020]
其中，g
t,k,j
＝|h
t,k,j
|2l
t,k,j
为第二阶段信号，n
2,k
为第k个蜂窝网络中蜂窝网用户数量，y
k,j
为第k个蜂窝网络中第j个用户所接收到的信号模型，x
t,k,j
表示第二阶段地面链路传输的第j个地面用户的信号，满足e[|x
t,k,j
|2]＝1，j＝1,2,...,n
2,k
，表示第二阶段卫星链路传输的第j个地面用户的信号，满足l
t,k,j
表示卫星到第j个地面用户链路的自由空间损失，h
t,k,i
为第k个蜂窝网络中基站到第j个用户链路的小尺度衰落，示信号非正交多址过程中第k个蜂窝网络中基站处分配给第j个用户的功率大小，nj表示第k个蜂窝网络中第j条链路都经过的功率密度为σ2的加性高斯白噪声。
[0021]
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述对所述第一阶段信号进行处理，得到第一阶段信号干扰比，包括：
[0022]
s31，利用蜂窝网络中用户干扰比模型，对所述第一阶段信号进行处理，得到第k个
蜂窝网络中第i个用户处的干扰比；
[0023]
所述蜂窝网络中用户干扰比模型为：
[0024][0025]
其中，表示在第k个蜂窝网络中第i个用户处连续干扰串行解码得到信号时，其他用户信号对它造成的干扰，为第k个蜂窝网络中第i个用户处的干扰比；
[0026]
s32，利用蜂窝网络中基站处用户干扰比模型，对所述第一阶段信号进行处理，得到第k个蜂窝网络中基站处第i个用户处的干扰比；
[0027]
所述蜂窝网络中基站处用户干扰比模型为：
[0028][0029]
其中，表示在第k个蜂窝网络中第j个用户处连续干扰串行解码得到信号x
t,k,j
时，其他用户信号对它造成的干扰，表示来自卫星的干扰大小，为第k个蜂窝网络中基站处第i个用户处的干扰比。
[0030]
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述对所述第一阶段信号和所述第二阶段信号进行处理，得到第二阶段信号干扰比，包括：
[0031]
利用第二阶段信号干扰比计算模型，对所述第一阶段信号和所述第二阶段信号进行处理，得到第二阶段信号干扰比；
[0032]
所述第二阶段信号干扰比计算模型为：
[0033][0034]
其中，表示在第k个蜂窝网络中第j个用户处连续干扰串行解码得到信号x
t,k,j
时，其他用户信号对它造成的干扰，表示来自卫星的干扰大小，为第二阶段信号干扰比。
[0035]
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述对所述第一阶段信号干扰比和所述第二阶段信号干扰比进行处理，得到卫星用户信号可达速率，包括：
[0036]
利用卫星用户信号可达速率计算模型，对所述第一阶段信号干扰比和所述第二阶段信号干扰比进行处理，得到卫星用户信号可达速率；
[0037]
所述卫星用户信号可达速率计算模型为：
[0038][0039]
其中，g＝(g
t,k,j
)，c
k,i
(g)为卫星网络中第i个卫星用户期望的信号的可达速率。
[0040]
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述对所述第一阶段信号干扰比进行处理，得到蜂窝网用户信号的可达速率，包括：
[0041]
利用蜂窝网用户信号可达速率计算模型，对所述第一阶段信号干扰比进行处理，得到蜂窝网用户信号的可达速率；
[0042]
所述蜂窝网用户信号可达速率计算模型为：
[0043][0044]
其中，c
k,i
(g)为第k个蜂窝网络中第i个用户期望的信号的可达速率。
[0045]
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型为：
[0046][0047]
s.t.c1:e[c
k,i
(g)]≥c
th
,i＝1,...,nk,k＝1,...,k，
[0048][0049][0050][0051]
其中，p1为基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型，e[
·
]表示期望操作，c
th
表示qos门限，表示卫星平均功率峰值，表示卫星功率峰值，表示蜂窝基站平均功率峰值，表示蜂窝基站功率峰值，为优化目标函数，p(g)表示不同各态历经信道下的功率分配向量。
[0052]
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述对所述基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型进行处理，得到最优功率分配模型，包括：
[0053]
s81，对所述基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型进行目标函数优化和可达速率函数优化，得到改进系统遍历能量优化问题模型；
[0054]
s82，对所述改进系统遍历能量优化问题模型进行对偶和渐进处理，得到最优功率分配模型。
[0055]
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述对所述最优功率分配模型进行解算，得到最优功率分配结果，包括：
[0056]
对所述最优功率分配模型进行解算，得到最优功率分配结果
[0057]
其中，
[0058][0059][0060]
其中，η为基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型中的目标函数，θ
k,j
，ξ
k,i
，ν1,ν2，为非负对偶变量，[x]
+
＝max(0,x),δ'
k,0,i
，δ'
k,j
表示连续干扰串行解码过程中由非正交多址用户引起的非正交多址内部用户干扰；δ”k,0,i
表示卫星干扰量i
k,0,i
表示第k组第i个卫星用户在基站0处所受非正交多址干扰的大小，g
s,k,0
表示卫星s到第k组蜂窝用户中基站0卫星链路的信道增益大小，g
t,k,j
表示第k用户中基站到第j个蜂窝用户地面链路t的信道增益大小。
[0061]
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
[0062]
本发明通过推导出非正交多址-星地一体化网络(noma-stin)系统中联合卫星与地面基站处的最优功率分配方案，消除信道条件时变的特征，满足了系统峰值功率和平均功耗的条件，满足了用户端遍历服务质量(qos)的门限需求，实现了对系统遍历能量效用的最大化，可以有效的提高系统的能量效率，用于实际星地一体化网络功率分配方案的指导，仿真实验表明，本发明在收敛性和有效性方面优于现有方法。
附图说明
[0063]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0064]
图1是本发明实施例公开的一种功率分配方法的流程示意图；
[0065]
图2是本发明实施例公开的的场景示意图；
[0066]
图3是本发明实施例公开的两个阶段noma过程的说明图；
[0067]
图4是本发明实施例公开的功率分配方法和对比算法opt_cpa的算法收敛性对比图；
[0068]
图5是本发明实施例公开的各个功率分配方法在不同用户规模下的遍历能量效率对比图；
[0069]
图6是本发明实施例公开的各个功率分配方法在不同最小qos门限要求下的遍历能量效率性能对比图。
具体实施方式
[0070]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在
没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0071]
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
[0072]
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0073]
本发明公开了一种功率分配方法，该方法包括：获取第一阶段卫星网络非正交多址信号模型和第二阶段地面网络非正交多址信号模型；对第一阶段信号进行处理得到第一阶段信号干扰比；对第一阶段信号和第二阶段信号进行处理，得到第二阶段信号干扰比；对第一阶段信号干扰比和第二阶段信号干扰比进行处理，得到卫星用户信号可达速率；对第一阶段信号干扰比进行处理，得到蜂窝网用户信号的可达速率；对卫星用户信号可达速率和蜂窝网用户信号的可达速率进行处理，得到最优功率分配模型；对最优功率分配模型进行解算，得到最优功率分配结果。本发明消除了信道条件时变的特征，可以有效的提高系统的能量效率。以下分别进行详细说明。
[0074]
实施例一
[0075]
请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种功率分配方法的流程示意图。其中，图1所描述的功率分配方法应用于卫星通信系统中，如进行卫星与地面基站处的最优功率分配，本发明实施例不做限定。如图1所示，该功率分配方法可以包括以下操作：
[0076]
s1，获取第一阶段卫星网络非正交多址信号模型，所述第一阶段卫星网络非正交多址信号模型包括第一阶段信号；
[0077]
s2，获取第二阶段地面网络非正交多址信号模型；所述第二阶段地面网络非正交多址信号模型包括第二阶段信号；
[0078]
s3，对所述第一阶段信号进行处理，得到第一阶段信号干扰比；所述第一阶段信号干扰比包括第k个蜂窝网络中第i个用户处的干扰比和第k个蜂窝网络中基站处第i个用户处的干扰比；
[0079]
s4，对所述第一阶段信号和所述第二阶段信号进行处理，得到第二阶段信号干扰比；
[0080]
s5，对所述第一阶段信号干扰比和所述第二阶段信号干扰比进行处理，得到卫星用户信号可达速率；
[0081]
s6，对所述第一阶段信号干扰比进行处理，得到蜂窝网用户信号的可达速率；
[0082]
s7，对所述卫星用户信号可达速率和所述蜂窝网用户信号的可达速率进行处理，得到基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型；
[0083]
s8，对所述基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型进行处理，得到最优功率分配模型；
[0084]
s9，对所述最优功率分配模型进行解算，得到最优功率分配结果。
[0085]
如图2所示，本实施例考虑stin场景下，地面基站对卫星信号中继转化适用的方法。如图3所示，本发明实施例公开的两个阶段noma过程的说明图。
[0086]
构建第一阶段卫星网络noma信号模型。可选的，所述第一阶段卫星网络非正交多址信号模型为：
[0087][0088]
其中，g
s,k,i
＝|h
s,k,i
|2g
k,i
l
s,k,i
为第一阶段信号，y
k,i
为第k个蜂窝网络中第i个终端接收到的信号模型，nk为第k个蜂窝网络中用户的数量，第k个蜂窝网络中终端数量为1，表示第一阶段第k个蜂窝网络中第i个终端的信号，满足e[
·
]表示期望操作，k＝1,2,...,k，k为蜂窝网络数量，i＝1,2,...,nk，i＝0表示第k个蜂窝网络中的基站终端，表示信号非正交多址过程中卫星处分配给第k个蜂窝网络中第i个终端的功率大小，g
k,i
表示卫星到第k个蜂窝网络中第i个终端链路的信道增益大小，l
s,k,i
表示卫星到第k个蜂窝网络中第i个终端链路的自由空间损失，h
s,k,i
为卫星到第k个蜂窝网络中第i个终端链路的小尺度衰落，ni表示第k个蜂窝网络中第i条链路都经过的功率密度为σ2的加性高斯白噪声。
[0089]
可选的，所述第二阶段地面网络非正交多址信号模型为：
[0090][0091]
其中，g
t,k,j
＝|h
t,k,j
|2l
t,k,j
为第二阶段信号，n
2,k
为第k个蜂窝网络中蜂窝网用户数量，y
k,j
为第k个蜂窝网络中第j个用户所接收到的信号模型，x
t,k,j
表示第二阶段地面链路传输的第j个地面用户的信号，满足e[|x
t,k,j
|2]＝1，j＝1,2,...,n
2,k
，表示第二阶段卫星链路传输的第j个地面用户的信号，满足l
t,k,j
表示卫星到第j个地面用户链路的自由空间损失，h
t,k,i
为第k个蜂窝网络中基站到第j个用户链路的小尺度衰落，示信号非正交多址过程中第k个蜂窝网络中基站处分配给第j个用户的功率大小，nj表示第k个蜂窝网络中第j条链路都经过的功率密度为σ2的加性高斯白噪声。
[0092]
可选的，所述对所述第一阶段信号进行处理，得到第一阶段信号干扰比，包括：
[0093]
s31，利用蜂窝网络中用户干扰比模型，对所述第一阶段信号进行处理，得到第k个蜂窝网络中第i个用户处的干扰比；
[0094]
所述蜂窝网络中用户干扰比模型为：
[0095][0096]
其中，表示在第k个蜂窝网络中第i个用户处连续干扰串行解码得到信号时，其他用户信号对它造成的干扰，为第k个蜂窝网络中第i个用户处的干扰比；
[0097]
s32，利用蜂窝网络中基站处用户干扰比模型，对所述第一阶段信号进行处理，得
到第k个蜂窝网络中基站处第i个用户处的干扰比；
[0098]
所述蜂窝网络中基站处用户干扰比模型为：
[0099][0100]
其中，表示在第k个蜂窝网络中第j个用户处连续干扰串行解码得到信号x
t,k,j
时，其他用户信号对它造成的干扰，表示来自卫星的干扰大小，为第k个蜂窝网络中基站处第i个用户处的干扰比。
[0101]
可选的，所述对所述第一阶段信号和所述第二阶段信号进行处理，得到第二阶段信号干扰比，包括：
[0102]
利用第二阶段信号干扰比计算模型，对所述第一阶段信号和所述第二阶段信号进行处理，得到第二阶段信号干扰比；
[0103]
所述第二阶段信号干扰比计算模型为：
[0104][0105]
其中，表示在第k个蜂窝网络中第j个用户处连续干扰串行解码得到信号x
t,k,j
时，其他用户信号对它造成的干扰，表示来自卫星的干扰大小，为第二阶段信号干扰比。
[0106]
可选的，所述对所述第一阶段信号干扰比和所述第二阶段信号干扰比进行处理，得到卫星用户信号可达速率，包括：
[0107]
利用卫星用户信号可达速率计算模型，对所述第一阶段信号干扰比和所述第二阶段信号干扰比进行处理，得到卫星用户信号可达速率；
[0108]
所述卫星用户信号可达速率计算模型为：
[0109][0110]
其中，g＝(g
t,k,j
)，c
k,i
(g)为卫星网络中第i个卫星用户期望的信号的可达速率。
[0111]
可选的，所述对所述第一阶段信号干扰比进行处理，得到蜂窝网用户信号的可达速率，包括：
[0112]
利用蜂窝网用户信号可达速率计算模型，对所述第一阶段信号干扰比进行处理，得到蜂窝网用户信号的可达速率；
[0113]
所述蜂窝网用户信号可达速率计算模型为：
[0114][0115]
其中，c
k,i
(g)为第k个蜂窝网络中第i个用户期望的信号的可达速率。
[0116]
可选的，所述基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型为：
[0117][0118]
s.t.c1:e[c
k,i
(g)]≥c
th
,i＝1,...,nk,k＝1,...,k，
[0119][0120][0121][0122]
其中，p1为基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型，e[
·
]表示期望操作，c
th
表示qos门限，表示卫星平均功率峰值，表示卫星功率峰值，表示蜂窝基站平均功率峰值，表示蜂窝基站功率峰值，为优化目标函数，p(g)表示不同各态历经信道下的功率分配向量。
[0123]
可选的，所述对所述基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型进行处理，得到最优功率分配模型，包括：
[0124]
s81，对所述基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型进行目标函数优化和可达速率函数优化，得到改进系统遍历能量优化问题模型；
[0125]
包括：将问题p1中的优化目标函数差分转化为函数f(p(g,η),η)
[0126]
f(p(g,η),η)＝e[c(g)]-ηe[p
tot
(g)]
[0127]
引入向量x将问题p1中的可达速率函数e[c(g)]光滑化，p1被等价转化为p2：
[0128][0129]
s.t.x
k,i
(g)≤r
k,i
(g),
[0130]
x
k,j
(g)≤r
k,j
(g),
[0131]
e[x
k,i
](g)≥c
th
,
[0132]
c2.
[0133]
p2的对偶问题为
[0134][0135]
式中，
[0136][0137]
其中，λ,μ1,ν1,μ2,ν2,ξ,-表示非负对偶变量。
[0138]
利用r
k,i
(g)的一阶泰勒导数，将p2渐近凸为
[0139][0140]
式中，(.)
t
表示矩阵转置操作,表示r
k,j
(g)在点p
(t)
处的梯度。t,t＝1,2,3,...表示迭代次数。
[0141]
其中，
[0142][0143]
s82，对所述改进系统遍历能量优化问题模型进行对偶和渐进处理，得到最优功率分配模型，包括：
[0144]
利用拉格朗日解耦算法，在特定信道衰落条件下(即固定g)将p2中的凸问题中e[
·
]消除得到问题p3
only memory，rom)、随机存储器(random access memory，ram)、可编程只读存储器(programmable read-only memory，prom)、可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read only memory，eprom)、一次可编程只读存储器(one-time programmable read-only memory，otprom)、电子抹除式可复写只读存储器(electrically-erasable programmable read-only memory，eeprom)、只读光盘(compact disc read-only memory，cd-rom)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
[0155]
最后应说明的是：本发明实施例公开的一种功率分配方法所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种功率分配方法，其特征在于，所述方法包括：s1，获取第一阶段卫星网络非正交多址信号模型，所述第一阶段卫星网络非正交多址信号模型包括第一阶段信号；s2，获取第二阶段地面网络非正交多址信号模型；所述第二阶段地面网络非正交多址信号模型包括第二阶段信号；s3，对所述第一阶段信号进行处理，得到第一阶段信号干扰比；所述第一阶段信号干扰比包括第k个蜂窝网络中第i个用户处的干扰比和第k个蜂窝网络中基站处第i个用户处的干扰比；s4，对所述第一阶段信号和所述第二阶段信号进行处理，得到第二阶段信号干扰比；s5，对所述第一阶段信号干扰比和所述第二阶段信号干扰比进行处理，得到卫星用户信号可达速率；s6，对所述第一阶段信号干扰比进行处理，得到蜂窝网用户信号的可达速率；s7，对所述卫星用户信号可达速率和所述蜂窝网用户信号的可达速率进行处理，得到基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型；s8，对所述基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型进行处理，得到最优功率分配模型；s9，对所述最优功率分配模型进行解算，得到最优功率分配结果。2.根据权利要求1所述的功率分配方法，其特征在于，所述第一阶段卫星网络非正交多址信号模型为：其中，g
s,k,i
＝|h
s,k,i
|2g
k,i
l
s,k,i
为第一阶段信号，y
k,i
为第k个蜂窝网络中第i个终端接收到的信号模型，n
k
为第k个蜂窝网络中用户的数量，第k个蜂窝网络中终端数量为1，表示第一阶段第k个蜂窝网络中第i个终端的信号，满足e[
·
]表示期望操作，k＝1,2,...,k，k为蜂窝网络数量，i＝1,2,...,n
k
，i＝0表示第k个蜂窝网络中的基站终端，表示信号非正交多址过程中卫星处分配给第k个蜂窝网络中第i个终端的功率大小，g
k,i
表示卫星到第k个蜂窝网络中第i个终端链路的信道增益大小，l
s,k,i
表示卫星到第k个蜂窝网络中第i个终端链路的自由空间损失，h
s,k,i
为卫星到第k个蜂窝网络中第i个终端链路的小尺度衰落，n
i
表示第k个蜂窝网络中第i条链路都经过的功率密度为σ2的加性高斯白噪声。3.根据权利要求1所述的功率分配方法，其特征在于，所述第二阶段地面网络非正交多址信号模型为：其中，g
t,k,j
＝|h
t,k,j
|2l
t,k,j
为第二阶段信号，n
2,k
为第k个蜂窝网络中蜂窝网用户数量，y
k,j
为第k个蜂窝网络中第j个用户所接收到的信号模型，x
t,k,j
表示第二阶段地面链路传输的第j个地面用户的信号，满足e[|x
t,k,j
|2]＝1，j＝1,2,...,n
2,k
，表示第二阶段卫星链路传输的第j个地面用户的信号，满足l
t,k,j
表示卫星到第j个地面用户链路的
自由空间损失，h
t,k,i
为第k个蜂窝网络中基站到第j个用户链路的小尺度衰落，示信号非正交多址过程中第k个蜂窝网络中基站处分配给第j个用户的功率大小，n
j
表示第k个蜂窝网络中第j条链路都经过的功率密度为σ2的加性高斯白噪声。4.根据权利要求1所述的功率分配方法，其特征在于，所述对所述第一阶段信号进行处理，得到第一阶段信号干扰比，包括：s31，利用蜂窝网络中用户干扰比模型，对所述第一阶段信号进行处理，得到第k个蜂窝网络中第i个用户处的干扰比；所述蜂窝网络中用户干扰比模型为：其中，表示在第k个蜂窝网络中第i个用户处连续干扰串行解码得到信号时，其他用户信号对它造成的干扰，为第k个蜂窝网络中第i个用户处的干扰比；s32，利用蜂窝网络中基站处用户干扰比模型，对所述第一阶段信号进行处理，得到第k个蜂窝网络中基站处第i个用户处的干扰比；所述蜂窝网络中基站处用户干扰比模型为：其中，表示在第k个蜂窝网络中第j个用户处连续干扰串行解码得到信号x
t,k,j
时，其他用户信号对它造成的干扰，为第k个蜂窝网络中基站处第i个用户处的干扰比。5.根据权利要求1所述的功率分配方法，其特征在于，所述对所述第一阶段信号和所述第二阶段信号进行处理，得到第二阶段信号干扰比，包括：利用第二阶段信号干扰比计算模型，对所述第一阶段信号和所述第二阶段信号进行处理，得到第二阶段信号干扰比；所述第二阶段信号干扰比计算模型为：其中，表示在第k个蜂窝网络中第j个用户处连续干扰串行解码得到信号x
t,k,j
时，其他用户信号对它造成的干扰，表示来自卫星的干扰大小，为第二阶段信号干扰比。6.根据权利要求1所述的功率分配方法，其特征在于，所述对所述第一阶段信号干扰比和所述第二阶段信号干扰比进行处理，得到卫星用户信号可达速率，包括：
利用卫星用户信号可达速率计算模型，对所述第一阶段信号干扰比和所述第二阶段信号干扰比进行处理，得到卫星用户信号可达速率；所述卫星用户信号可达速率计算模型为：其中，g＝(g
t,k,j
)，c
k,i
(g)为卫星网络中第i个卫星用户期望的信号的可达速率。7.根据权利要求1所述的功率分配方法，其特征在于，所述对所述第一阶段信号干扰比进行处理，得到蜂窝网用户信号的可达速率，包括：利用蜂窝网用户信号可达速率计算模型，对所述第一阶段信号干扰比进行处理，得到蜂窝网用户信号的可达速率；所述蜂窝网用户信号可达速率计算模型为：其中，c
k,i
(g)为第k个蜂窝网络中第i个用户期望的信号的可达速率。8.根据权利要求1所述的功率分配方法，其特征在于，所述基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型为：p1:s.t.c1:e[c
k,i
(g)]≥c
th
,i＝1,...,n
k
,k＝1,...,k，,k＝1,...,k，,k＝1,...,k，其中，p1为基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型，其中，p1为基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型，e[
·
]表示期望操作，c
th
表示qos门限，表示卫星平均功率峰值，表示卫星功率峰值，表示蜂窝基站平均功率峰值，表示蜂窝基站功率峰值，为优化目标函数,p(g)表示不同各态历经信道下的功率分配向量。9.根据权利要求1所述的功率分配方法，其特征在于，所述对所述基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型进行处理，得到最优功率分配模型，包括：s81，对所述基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型进行目标函数优化和可达速率函数优化，得到改进系统遍历能量优化问题模型；s82，对所述改进系统遍历能量优化问题模型进行对偶和渐进处理，得到最优功率分配模型。10.根据权利要求1所述的功率分配方法，其特征在于，所述对所述最优功率分配模型
进行解算，得到最优功率分配结果，包括：对所述最优功率分配模型进行解算，得到最优功率分配结果其中，其中，其中，η为基于功率分配的系统遍历能量优化问题模型中的目标函数，θ
k,j
，ξ
k,i
，ν1,ν2，为非负对偶变量，[x]
+
＝max(0,x),δ'
k,0,i
，δ'
k,j
表示连续干扰串行解码过程中由非正交多址用户引起的非正交多址内部用户干扰；δ”k,0,i
表示卫星干扰量,i
k,0,i
表示第k组第i个卫星用户在基站0处所受非正交多址干扰的大小，g
s,k,0
表示卫星s到第k组蜂窝用户中基站0卫星链路的信道增益大小，g
t,k,j
表示第k用户中基站到第j个蜂窝用户地面链路t的信道增益大小。

技术总结
本发明公开了一种功率分配方法，该方法包括：获取第一阶段卫星网络非正交多址信号模型和第二阶段地面网络非正交多址信号模型；对第一阶段信号进行处理得到第一阶段信号干扰比；对第一阶段信号和第二阶段信号进行处理，得到第二阶段信号干扰比；对第一阶段信号干扰比和第二阶段信号干扰比进行处理，得到卫星用户信号可达速率；对第一阶段信号干扰比进行处理，得到蜂窝网用户信号的可达速率；对卫星用户信号可达速率和蜂窝网用户信号的可达速率进行处理，得到最优功率分配模型；对最优功率分配模型进行解算，得到最优功率分配结果。本发明消除了信道条件时变的特征，可以有效的提高系统的能量效率。统的能量效率。统的能量效率。


技术研发人员：刘智鑫 胡柳静 胡向晖 张周
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院系统工程研究院
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/8/14