NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法技术方案

本发明专利技术公开一种NB‑IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法，将机器类型通信(MTC)设备被分配到NOMA簇中的不同列组，在那里它们通过相同的频率资源进行传输，其中用户为两种类型的机器通信(MTC)设备，包括大规模机器类型通信(MMTC)设备和超可靠低速度通信(URLLC)设备；主要包括步骤：(1)基站获取用户的下行信道信息。(2)在满足QoS要求的前提下，根据用户的信道信息进行分组。(3)分组之后，对用户进行功率分配。本发明专利技术可以有效的提升系统的频谱效率，可用于基于NB‑IoT的MTC设备的数据传输。

【技术实现步骤摘要】
NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法
本专利技术涉及本专利技术涉及到无线通信物联网
，具体涉及NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法。
技术介绍
第五代(5G)移动网络服务有三种典型的使用场景，包括增强型移动宽带(eMBB)、大型机器型通信(mMTCs)和超可靠低延迟通信(URLLCs)。与eMBB不同，mMTC和URLLC主要针对物联网服务，被认为是国际电信联盟(ITU)所特有的两种机器式通信(MTCs)。mMTC和URLLC设备作为物联网的两个重要推动者，具有不同的特点。mMTC要求一个小区中共存的大量活动低功耗设备的连接性，这些设备以秒或小时的数量级传输延迟要求宽松的小数据包。与mMTC不同，超可靠的数据传输对于URLLC设备至关重要，同时它们用于关键应用时具有低延迟要求。为了支持下一代移动网络的MTC，第三代合作伙伴计划(3GPP)对窄带物联网(NB-IoT)技术进行了标准化。特别是，NB-IoT在下行链路和上行链路180kHz的窄带宽上为低功率MTC设备提供广域的节能通信。公开号CN111669836A公开一种NB-IoT系统中上行链路资源调度方法，对NB-IoT业务进行分类并采取不同的资源调度策略。公开号CN111683410A公开一种基于NBIoT协议的应急性无线网络资源分配方法，应用于多监控终端节点构成的上行物联网网络。非正交多址接入(NOMA)技术能够通过功率域的叠加编码，使得多个的用户同时接入相同的频域或时域资源块，并使用串行干扰消除(SIC)技术对不同的用户进行依次解码，可以有效地提高资源利用率。因此，NOMA可以帮助NB-IoT系统满足其大规模连接和高频谱效率的需求。但是，在NB-IoT系统中，很少有研究工作利用NOMA技术提升接入用户的数目，尤其是以成簇的方式保证不同服务质量需求(QoS)的MTC用户接入网络。
技术实现思路
本专利技术提出了一种新的基于NOMA的物联网模型，移动终端设备被分组到不同的NOMA簇中，并且在簇成员之间共享相同的频率资源。考虑到小区内干扰、传输功率和服务质量要求，MTC设备在每个NOMA簇中进行排序。目标是通过优化MTC设备的NOMA分簇和功率分配来最大化MTC设备的总下行链路传输速率。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：本专利技术所采用的技术方案有：NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法。具体而言，MTC设备被划分为不同的NOMA簇，并且在簇成员之间共享相同的频率资源。考虑到小区内的干扰、传输功率和QoS要求，对每个NOMA簇中的MTC设备进行排序。因此，根据NOMA簇成员的需求，将频谱资源分配给NOMA簇。其特征在于：包含一下步骤：步骤S1：建立基于MTC设备的NOMA下行NB-IoT通信系统，该系统装配一个配有N个天线的基站，服务于K个用户，其中用户为两种不同类型的机器式通信(MTC)设备，包括U个大规模机器类型通信(mMTC)设备和M个超可靠低速度通信(URLLC)设备。mMTC和URLLC设备作为IoT的两个重要促成因素具有不同的特点。mMTC要求在一个小区中同时存在大量活跃的低功耗设备，这些设备以秒或小时的顺序传输延迟要求宽松的小数据包。与mMTC不同，超可靠的数据传输对于URLLC设备来说是必不可少的，因为它们用于关键应用，延迟严格限制在10毫秒或以内。注意，与mMTC设备相比，URLLC设备具有更高的数据速率要求。因此，在每个簇中，与mMTC设备相比，要求URLLC设备具有更低的等级。步骤S2：基站分别获取到URLLC和mMTC设备的下行信道信息，在满足QoS要求的前提下，根据其获得的平均信道增益，首先对URLLC设备进行排序分组成簇，然后再对mMTC设备进行排序分组成簇。步骤S3：分组成簇完成后，首先对每一簇组进行功率分配，使得不同的簇组之间的功率相等，进而分别对簇内URLLC和mMTC设备进行功率分配。进一步地，步骤S2包含以下子步骤：步骤S21：第一个阶段是URLLC成簇，根据其平均信道增益对URLLC设备进行降序排列，即，步骤S22：在URLLC簇过程中，如果URLLC设备的数量U小于NOMA簇的用户数量C，URLLC设备{1,...,U}被分配到NOMA簇的最低级别(k＝1)。基于mMTC设备的平均信道增益，同样对mMTC设备进行降序排列，即，首先将{1,...,(C-U)}的mMTC设备被分配到最低的等级(k＝1)的簇中{(U+1),...,C}，剩余的{(C-U)+1,...,M}的mMTC设备被指派到下一个可用的簇。步骤S23：如果URLLC设备的数量U大于NOMA簇的用户数量C，那么URLLC设备{1,...,C}被分配到NOMA簇的最低级别(k＝1)，则剩余的设备{C+1,...,U}将被分配到更高的簇级别。将定义为任何URLLC设备可以获得的最大成簇级别。同样对mMTC设备进行成簇，mMTC设备被分配到URLLC设备之后的下一个可用簇列。然后，的mMTC设备被分配到第个等级的簇剩余的的mMTC设备被指派到下一个可用的簇。进一步地，步骤S3包含以下子步骤：计算功率分配其中，功率分配系数α>1，Ln代表第n个簇中的用户数量，那么每个簇中的第一个用户的功率为：通过固定功率分配系数α，每个用户的功率可以得出。本专利技术相较于现有技术，具有以下的有益效果：本专利技术的NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法，考虑到了小区内干扰、传输功率和服务质量要求，MTC设备在每个NOMA簇中进行排名；优化MTC设备的NOMA成簇和资源分配使得MTC设备的总下行链路传输速率最大化。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术所提出的分组成簇方案的具体实施步骤。图2为本专利技术与不进行分组成簇的系统频谱效率性能对比图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法，如图1所示，具体步骤如下：建立基于MTC设备的NOMA下行NB-IoT通信系统，该系统装配一个配有N个天线的基站，服务于K个单天线用户，其中用户为两种类型的机器通信(MTC)设备，包括大规模机器类型通信(mMTC)设备和超可靠低速度通信(URLLCs)设备。mMTC设备要先于URLLC设备解码。S1、基站获取用户的下行信道信息。S2、在满足QoS要求的前提下，根据用户的平均信道增益进行分组成簇。S3、分组之后，对用户进行功率分配。具体地，在S2中，第一个阶段是URLLC成簇，根据其平均信道增益对URLLC设备进行降序排列，即，在URLLC簇过程中，如果U本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法，MTC设备被划分为不同的NOMA簇，并且每一簇的成员之间共享相同的频率资源；对每个NOMA簇中的MTC设备进行排序，根据NOMA簇成员的需求，将频谱资源分配给NOMA簇，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、基站获取用户的下行信道信息。/nS2、在满足QoS要求的前提下，根据用户的平均信道增益进行分组成簇。/nS3、分组之后，对用户进行功率分配。/n

【技术特征摘要】
1.NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法，MTC设备被划分为不同的NOMA簇，并且每一簇的成员之间共享相同的频率资源；对每个NOMA簇中的MTC设备进行排序，根据NOMA簇成员的需求，将频谱资源分配给NOMA簇，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基站获取用户的下行信道信息。
S2、在满足QoS要求的前提下，根据用户的平均信道增益进行分组成簇。
S3、分组之后，对用户进行功率分配。


2.如权利要求1所述的NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法，其特征在于，S1中建立基于MTC设备的NOMA下行NB-IoT通信系统，该系统装配一个配有N个天线的基站，服务于K个用户，其中用户包括U个mMTC设备和M个URLLC设备。


3.如权利要求1所述的NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法，其特征在于，S2中基站分别获取到URLLC设备和mMTC设备的下行信道信息，在满足QoS要求的前提下，根据其获得的平均信道增益，首先对URLLC设备进行排序分组成簇，然后再对mMTC设备进行排序分组成簇。


4.如权利要求1所述的NB-IoT系统中MTC用户成簇的非正交接入方法，其特征在于，
S3中分组成簇完成后，首先对每一簇组进行功率分配，使得不同的簇组之间的功率相等，进而分别对簇内URLLC和mMTC设备进行功率分配。


5.如权利要求1所述的NB-IoT系统中MT...

【专利技术属性】
技术研发人员：许建明，陈勇，黄涛，许奇，王小明，
申请(专利权)人：国网江苏省电力工程咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32