多用户NOMA的一种自适应等效子载波分配系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多用户NOMA的自适应等效子载波分配系统及方法。该方法和系统包括：采用等间隔子载波块分集方式，使得等效子载波具有相似的传输特性；根据各个用户在各个子载波上的增益信息来得到NOMA系统中的各用户在各个等效子载波上的增益信息；根据用户接受的信道增益幅度门限值来确定用户传输数据所需要的等效子载波数；利用灌水原理进行等效子载波分配。该方法既能够满足不同用户速率的需求，还可以自适应分配等效子载波以改善传输性能。

An adaptive equivalent subcarrier allocation system and method for multi-user NOMA

The invention discloses an adaptive equivalent sub carrier allocation system and method for multi-user NOMA. The method and system include: using equal interval subcarrier block diversity to make the equivalent subcarrier have similar transmission characteristics; gain information of each user on each equivalent subcarrier based on the gain information of each user on each subcarrier and the gain threshold of the channel gain accepted by the user, according to the gain information on each subcarrier of each NOMA system. The value is used to determine the number of equivalent subcarriers required by the user to transmit data, and the equivalent sub carrier allocation is carried out by using the irrigation principle. This method can not only satisfy the needs of different user rates, but also allocate the equivalent sub carriers adaptively to improve the transmission performance.

【技术实现步骤摘要】
多用户NOMA的一种自适应等效子载波分配系统及方法
本专利技术涉及移动通信领域，特别涉及一种多用户非正交多址接入(Non-OrthogonalMultipleAccess，NOMA)自适应的等效子载波分配系统及方法。
技术介绍
移动通信系统的发展，随之而来的是用户对于高速、高质量的数据传输的需求越来越高。因此，为更多的用户在有限的无线通信资源中提供高质量的数据传输服务就显得尤为重要。作为5G的关键技术之一，NOMA技术因其更高的频谱利用率得到广泛关注。NOMA系统在发送端采用分配用户发射功率的非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过SIC接收机消除干扰，实现正确解调。NOMA技术在时域仍然可以用正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)符号为最小单位，符号间插入循环前缀(CyclicPrefix，CP)，防止符号间干扰；在频域仍然可以用子信道为最小单位，各子信道间采用OFDM技术，保持子信道间互为正交、互不干扰；每个子信道和OFDM符号对应的功率不再只给一个用户，而是由多个用户共享，但这种同一子信道和OFDM符号上的不同用户的信号功率是非正交的，因而产生共享信道的多址干扰(MAI)，为了克服干扰，NOMA在接收端采用了串行干扰消除技术进行多用户干扰检测和删除，以保证系统的正常通信。为了抵抗多径效应的影响，多用户OFDM利用自适应等效子载波分配技术，按照每个用户的传输速率和信道估计情况自适应地给用户分配一个或者多个信道子块(等效子载波)，从而提高了系统的传输性能。因此，NOMA系统在考虑多用户子载波的分配问题时，为了避免随机分配所导致的系统性能上的损失，也可利用等效子载波的自适应分配来进一步提高传输性能。
技术实现思路
为了克服现有技术中的不足，解决多用户NOMA如何自适应地分配等效子载波以提高传输性能的问题，本专利技术提供一种多用户NOMA的等效子载波分配系统及方法，根据不同用户的速率情况为其自适应的分配合理的等效子载波数，使得传输性能得以提升。本专利技术的第一个方面提出一种多用户NOMA的自适应的等效子载波分配系统，包括发射机端和接收机端；所述发射机端包括等效子载波分配单元，用于选择用户数据到等效子载波的最优映射方式，并将结果输出给子载波映射单元和自适应调制单元；子载波映射单元，用于根据等效子载波分配单元输出的结果将各个用户数据映射到不同的等效子载波上；自适应调制单元，用于根据子信道的情况及根据等效子载波分配单元输出的结果，对分配到各个等效子载波的数据进行自适应调制；所述接收机端包括等效子载波分配单元，用于选择用户数据到等效子载波的最优映射方式，并将结果输出给逆映射单元和自适应解调单元；自适应解调单元，用于根据子信道的情况及根据等效子载波分配单元输出的结果，对接收到的信号进行自适应解调以获得各个等效子载波数据；逆映射单元，用于根据等效子载波分配单元输出的结果将各个等效子载波数据逆映射为各个用户数据。本专利技术的第二个方面提出一种多用户NOMA的发射机，包括等效子载波分配单元，用于选择用户数据到等效子载波的最优映射方式，并将结果输出给子载波映射单元和自适应调制单元；子载波映射单元，用于根据等效子载波分配单元输出的结果将各个用户数据映射到不同的等效子载波上；自适应调制单元，用于根据子信道的情况及根据等效子载波分配单元输出的结果，对分配到各个等效子载波的数据进行自适应调制。本专利技术的第三个方面提出一种多用户NOMA的接收机，包括等效子载波分配单元，用于选择用户数据到等效子载波的最优映射方式，并将结果输出给逆映射单元和自适应解调单元；自适应解调单元，用于根据子信道的情况及根据等效子载波分配单元输出的结果，对接收到的信号进行自适应解调以获得各个等效子载波数据；逆映射单元，用于根据等效子载波分配单元输出的结果将各个等效子载波数据逆映射为各个用户数据。本专利技术的第四个方面提出一种多用户NOMA的等效子载波分配方法，包括以下步骤：步骤1、根据子载波数量和用户的数量，确定每个等效子载波中所包含的子载波数量；步骤2、对子载波进行等间隔分块确定出等效子载波，由各用户在各个子载波上的增益值计算各用户在等效子载波上的增益；步骤3、根据数据速率门限值来确定传输各个用户数据所需要的等效子载波的数量；步骤4、通过灌水原理进行等效子载波分配，当对某个用户，所有的等效子载波的性能都不能接受，那么该用户的请求被拒绝。本专利技术的有益效果是，根据载波数和用户的数量，确定每个等效子载波中所包含的子载波数量。然后对子载波进行等间隔分块，使得各个分块的传输性能相近。得到各用户在等效子载波上的增益后，根据数据速率门限值来确定传输各个用户数据所需要的等效子载波的数量。最后通过灌水原理合理地进行等效子载波分配。因此，本专利技术提出的方法不但能够满足NOMA系统不同速率的需求，而且能够自适应地为用户分配合理的等效子载波数来提高系统性能。附图说明图1为OFDM技术资源分配图。图2为NOMA技术资源分配图。图3为多用户NOMA自适应资源分配系统框图。图4a为本专利技术所有子载波信道增益图。图4b为本专利技术等间隔子信道分块图。具体实施方式现结合附图和具体实施例对本专利技术结构原理及功能特点作进一步说明，但不作为对本专利技术的限定。图1为OFDM技术资源分配图，时域的最小单位是OFDM符号，频域的最小单位是子载波，每个资源单元是由1个子载波和1个OFDM符号相乘所得资源平面面积。这是一个二维平面资源承载系统，并没有开发功率域。图2为NOMA技术资源分配图，技术资源分配围绕频域、时域和功率域展开，是三维立体资源承载系统，对应的频域、时域平面与OFDM资源平面一样，差别是在于NOMA技术开发了功率域，即频域、时域平面上的基本单元可以接纳多个信号功率不同的设备。显然，无线信道的传输和接入能力相比LTE要好。本专利技术的多用户NOMA的自适应等效子载波分配系统如图3所示。在发射机端，多用户数据经过信道编码和交织，在自适应等效子载波分配算法的控制下被映射到不同的等效子载波上，并根据子信道的情况进行自适应调制。对调制后的X个符号进行IFFT变换，获得时域信号。然后对每个等效子载波上不同用户的信号功率采用复用技术，接着进行并串转换、加循环前缀，信号就可以发射出去。在接收机端，对接收到的信号去除循环前缀、进行串并转换操作，接着利用串行干扰消除技术将每个等效子载波上不同信号功率的用户分离出来后，再作FFT变换。在多用户自适应等效子载波分配算法的控制下，进行自适应解调。对解调后的信号进行子载波的逆映射，最后通过解交织和信道解码就可以得到多用户的信息数据。上述自适应等效子载波分配算法在用户与等效子载波之间建立映射关系，从而为每个用户分配一个或多个等效子载波。该算法包括：步骤1、NOMA技术是频域、时域和功率域三维立体资源承载系统，设频域、时域平面上的每个资源单元承载U个信号功率不同的用户，总子载波数量为X，共分成B个子块，每个子块上的子载波个数为Xa＝X/B，最大用户容量为K＝UB，信道分配器按用户速率需求分配一个或几个子块给第u个用户。步骤2、对子载波进行等间隔分块确定出等效子载波，由各用户在各个子载波上的增益值计算各用户在等效子载波上的增益。图4b为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多用户NOMA的等效子载波分配方法，包括以下步骤：步骤1、根据子载波数量和用户的数量，确定每个等效子载波中所包含的子载波数量；步骤2、对子载波进行等间隔分块确定出等效子载波，由各用户在各个子载波上的增益值计算各用户在等效子载波上的增益；步骤3、根据数据速率门限值来确定传输各个用户数据所需要的等效子载波的数量；步骤4、利用灌水原理进行等效子载波的分配，对于某个用户来说，所有等效子载波的性能都不能接受，那么该用户的请求被拒绝。

【技术特征摘要】
1.一种多用户NOMA的等效子载波分配方法，包括以下步骤：步骤1、根据子载波数量和用户的数量，确定每个等效子载波中所包含的子载波数量；步骤2、对子载波进行等间隔分块确定出等效子载波，由各用户在各个子载波上的增益值计算各用户在等效子载波上的增益；步骤3、根据数据速率门限值来确定传输各个用户数据所需要的等效子载波的数量；步骤4、利用灌水原理进行等效子载波的分配，对于某个用户来说，所有等效子载波的性能都不能接受，那么该用户的请求被拒绝。2.根据权利要求1所述的多用户NOMA的等效子载波分配方法，其特征在于：所述等间隔分块用于将相邻的、处于相关带宽之内的几个子载波分散到不同的分块中，使得不同的分块具有近似相等的比特总数。3.根据权利要求1所述的多用户NOMA的等效子载波分配方法，其特征在于：所述计算各用户在等效子载波上的等效增益包括，获取K个用户在各个子载波上的增益信息生成矩阵H，该增益信息可由导频信号估计得到，H是一个K×X的矩阵，X是子载波的个数，其中hk，x是第k个用户在第x个子载波上信道增益的值；若NOMA的系统被分成B个等效子载波，每个等效子载波上的子载波个数Xa＝X/B；采用公式(2)计算出所述等效增益，即其中，yk，b表示第K个用户在第b个等效子载波上的等效增益，b＝1，2…B，x＝1，2…Xa。4.根据权利要求1所述的多用户NOMA的等效子载波分配方法，其特征在于：所述步骤3进一步包括，根据用户可接受的最小信道增益幅度来判定，得到矩阵Rrk，b的值是由用户可接受的最小信道增益幅度决定，若等效增益大于最小信道增益幅度，则令rk，b＝1，否则为0；每个用户所占用的等效子载波数由公式(4)确定，其中，Rk为第k个用户要求传输速率，M为调制级数，Xa为每个等效子载波上的子载波个数，Ts为IFFT/FFT周期，N则表示该用户需要占用的等效子载波数量。5.根据权利要求4所述的多用户NOMA的等效子载波分配方法，其特征在于：所述步骤4进一步包括，由R生成K×B阶矩阵T其中，矩阵T各个元素为其中，tk，b表示第k个用户所占用第b个等效子载波的权重，L＝{l1，l2，…lB}表示矩阵T各列元素之和，即lb表示所有用户占用第b个等效子载波的权重之和，用wb＝1来表示第b个等效子载波可以调整，wb＝0表示第b个等效子载波不能继续调整，向量W＝{w1，w2...wB}，其中所述的等效子载波分配算法的具体流程：(1)由导频信号估计得到各个子载波的增益信息组成的矩阵H，初始化矩阵T，向量L和W；(2)找出最小的lb，使其满足lb＝min{lb|lb∈L∩wb≠0}，b＝1，2，…B；(3)从(2)所得的第b列中找出tk，b，使其满足tk，b＝max{tk，b|tk，b≠...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓光，孙彦景，杨悦，郭柯，芦楠楠，云霄，陈功骁，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32