当前位置: 首页 > 专利查询>重庆大学专利>正文

一种保证用户公平性的NOMA用户动态分簇方法技术

技术编号:16284043 阅读:953 留言:0更新日期:2017-09-23 03:31
本发明专利技术提出了一种保证用户公平性的NOMA用户动态分簇方法,首先对每个用户的信道状态将它们的信道模值按照降序进行排序,在排序为前

A dynamic clustering method for NOMA users to ensure user fairness

The invention provides a NOMA user dynamic clustering method for guaranteeing the fairness of a user. First, the channel states of each user are sorted in descending order according to their channel state values

【技术实现步骤摘要】
一种保证用户公平性的NOMA用户动态分簇方法
本专利技术涉及通信领域,尤其涉及一种保证用户公平性的NOMA用户动态分簇方法。
技术介绍
在移动通信系统中,多址接入技术是满足多个用户同时进行通信的必要手段和关键技术。纵观历史,每一代移动通信系统的出现都伴随着多址接入技术的革新,而1G到4G系统所采用的多址接入技术都是正交的多址技术,4G(第四代移动通信技术)以OFDMA(正交频分多址接入技术)为基础,它具有频谱效率高、带宽扩展性强、抗多径衰落、抗码间干扰能力强等优点,其数据业务传输速率达到每秒百兆甚至千兆比特,能够在较大程度上满足今后一段时期内的宽带移动通信应用需求。但随着智能终端普及,应用和移动新业务的需求持续增长,无线传输速率需求呈指数增长,无线通信的传输速率将难以满足未来移动通信的应用需求,频谱资源也变得越来越紧张,高频段频谱资源未得到开发。面向5G频谱效率提升5~15倍的需求,业内提出采用新型多址接入复用方式,即非正交多址技术。NOMA(非正交多址接入)技术是5G非正交多址接入候选技术中最有潜力的竞争者之一,它引入了功率域的应用。NOMA技术在同一个子载波、同一个OFDM符号对应的同一个时频块上,给多个用户分配不同的功率因子并进行线性叠加,通过在接收端采用SIC(串行干扰消除)接收机实现多用户检测,就能区分出不同的用户,从而达到多用户共享同一时频资源块的目的。由于系统在频域和时域上仍然保持各子载波正交和每个OFDM符号前CP(循环前缀),NOMA技术的基础仍是成熟的OFDM技术,这也让它的实现难度相对较小。SIC技术的基本思想是采用逐级消除干扰策略,在接收信号中对用户逐个进行判决,进行幅度恢复后,将该用户信号产生的多址干扰从接收信号中减去,并对剩下的用户再次进行判决,如此循环操作,直至消除所有的多址干扰,而判决的依据就是用户信号功率大小。基站在发送端会对不同的用户分配不同的信号功率,来获取系统最大的性能增益,同时达到区分用户的目的,这就是功率复用技术。在这样的多用户调度过程中,就需要考虑子载波上的用户分簇过程。回顾经典的用户配对算法,目前已有的方案包括随机用户配对算法(RandomPairingAlgorithm,RPA)、行列式用户配对算法(DeterminantPairingAlgorithm,DPA)和分组随机配对调度(GroupRandomPairingSchedule,GRPS)。其中,RPA算法是最简单的算法,基站在候选用户集中随机选择两个用户进行配对,在相同的子载波上采用叠加编码将配对用户信息编码后进行发送,主要利用参量用户约定信息速率(CommittedInformationRate,CIR)来选择用户,其本质是根据用户业务所需的带宽,每个子频带选择适合大小的用户。虽然RPA算法最为简单,但是无法利用配对用户之间的信道条件,因此系统性能较差。DPA算法利用了正交性的原理,它首先根据调度选择首用户,然后根据不同用户小尺度衰落情况选择信道正交性最好的两个用户进行空分复用,但由于只参考用户小尺度衰落的信息,配对的用户可能同处于小区边缘,这样会对系统的总吞吐量造成很大的损失。GRPS算法首先根据用户的长期平均信干噪比(SINR)将用户分为2组,1组用户为信号较强的用户集合,另一组用户为信号较弱的用户集合,随后调度机从这2组用户中各随机挑选1个用户进行配对,随机挑选没有利用用户的信道信息,也无法获得更高的系统吞吐量。可见上述的三种算法都无法兼顾用户公平性和系统性能这两点,由此可见用户分簇方案的重要性。不同的分簇方案会产生不同的效果,若采用了不合理的分簇方式,可能就无法展现NOMA的优势甚至让系统性能变得不如从前;而若采用了合理的用户分簇方式,就可能达到预期的效果。而理论上说,每个子载波上用户信道状况差异越大,其配对的效果也就越好。在NOMA系统的配对算法中,若追求的优化目标不同,那么也相应的需指定不同的用户分簇算法。从理论上来讲,在列出目标函数式之后,若采用穷举遍历的方法就能找到最优解,但这个过程的复杂度太高、计算时间太长,不适合用于实际系统中,因此就需要针对优化目标进行合理的用户分簇方案设计。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题,特别创新地提出了一种保证用户公平性的NOMA用户动态分簇方法。为了实现本专利技术的上述目的,本专利技术的一种保证用户公平性的NOMA用户动态分簇方法,包括以下步骤:S1:选定每一簇的主用户及与其同时传输的用户候选集,包括:S1-1:确定总用户集U={1,…,i,…,j…,K},计算候选用户集U中的用户信道模值,将用户信道模值按照降序进行排序;S1-2:从排序在前的用户中随机选取M个用户,将它们分别分配于M簇中作为这M簇中的主用户;S1-3:设置信道模值门限间隔值为Δ,对步骤S1-2中选取出的M个主用户,将与它们信道模值的间隔值不小于Δ的用户放在它们各自相对应的用户候选集中,第m簇中主用户的用户候选集被记为um(1≤m≤M),所有用户候选集的集合为S2:给第m簇分配用户,1≤m≤M,包括:S2-1:将每一簇的用户数Lm按照升序排列,初始化m=0,设置一个吞吐量阈值Cth;S2-2:更新m=m+1,设第m簇的第1个主用户的用户候选集u1=um,设第m簇中已分配的用户数为q,初始化q=1,1≤q≤Lm;S2-3:判断um是否为空集,若um≠φ,跳至步骤S2-4,若um=φ,跳至步骤S2-5;S2-4:第m簇中已有一个主用户,在该主用户的用户候选集um中随机选取用户i分配至第m簇,然后跳至步骤S2-6;S2-5:在u1中选取和主用户信道模值间隔最大的用户i分配至第m簇,然后跳至步骤S2-6;S2-6:标记用户i为第m簇新的主用户,在集合u1中剔除用户i,在更新后的u1中找出用户i的用户候选集作为新的um,更新q=q+1,若q≠Lm,跳至步骤S2-3,否则跳至步骤S2-7;S2-7:更新未分配簇的主用户的用户候选集,从um+1~uM中剔除已被分配至第m簇中的用户;S2-8:计算第m簇用户的总吞吐量Cm,其中若Cm≥Cth则跳至步骤S2-2,若Cm<Cth则跳至步骤S3;S3:在剩余的簇中对还未分配的用户进行穷举搜索,记录用户分簇组合方式。综上所述,由于采用了上述技术方案,本专利技术的有益效果是:1、保证了用户公平性。用户公平性体现在让传输过程中信噪比最低的用户的吞吐量尽可能的大,本专利技术就以此作为优化目标,且算法流程中采用的分组的方法也能让每一个用户都被分配在某一个或多个候选集中,确保了用户被服务机会的公平性,这样从机会和质量两方面保障了用户公平性。2、运算复杂度低。算法通过利用排序法和以信道状态信息差为依据的分组法,在对系统性能影响较低的情况下,大大降低了计算中原本需要遍历的组合数,减少了运算复杂度,缩短了一次分簇的时间。3、符合实际应用需求。实际应用中,通信系统既要保证用户的公平性,还要能够根据实际情况进行实时动态的更新,本专利技术同时考虑了这两点,通过根据不同应用场景设置不同的动态簇更新时间,能够使系统得到更好的性能。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加本文档来自技高网
...
一种保证用户公平性的NOMA用户动态分簇方法

【技术保护点】
一种保证用户公平性的NOMA用户动态分簇方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:根据用户信道状态的不同,将用户进行排序并按一定规则选定每一簇的主用户及与每个主用户所对应的能与其同时传输的用户候选集;S2:给第m簇分配用户,1≤m≤M,按照每一簇的用户数Lm从小到大的顺序依次分配,直到满足Cm<Cth时停止这样的分配;S3:在剩余的簇中对还未分配的用户进行穷举搜索,记录用户分簇组合方式。

【技术特征摘要】
1.一种保证用户公平性的NOMA用户动态分簇方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:根据用户信道状态的不同,将用户进行排序并按一定规则选定每一簇的主用户及与每个主用户所对应的能与其同时传输的用户候选集;S2:给第m簇分配用户,1≤m≤M,按照每一簇的用户数Lm从小到大的顺序依次分配,直到满足Cm<Cth时停止这样的分配;S3:在剩余的簇中对还未分配的用户进行穷举搜索,记录用户分簇组合方式。2.根据权利要求1所述的一种保证用户公平性的NOMA用户动态分簇方法,其特征在于,所述S1包括:S1-1:确定总用户集U={1,…,i,…,j…,K},计算候选用户集U中的用户信道模值,将用户信道模值按照降序进行排序;S1-2:从排序在前的用户中随机选取M个用户,将它们分别分配于M簇中作为这M簇中的主用户;S1-3:设置信道模值门限间隔值为Δ,对步骤S1-2中选取出的M个主用户,将与它们信道模值的间隔值不小于Δ的用户放在它们各自相对应的用户候选集中,第m簇中主用户的用户候选集被记为um(1≤m≤M),所有用户候选集的集合为。3.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员:廖勇张舒敏胡异陈玲沈轩帆
申请(专利权)人:重庆大学
类型:发明
国别省市:重庆,50

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1