一种基于NOMA的机器通信随机接入方法技术

本发明专利技术涉及一种基于非正交多址接入的机器通信随机接入方法，属于通信技术领域。本发明专利技术主从能量效率和过载控制两方面进行考虑，通过依据发射功率和传输结果设计奖励函数，同时根据全局信息改进Q学习的学习策略，并将学习速率设计为与迭代次数相关的函数形式，使得一帧中的每个时隙尽量只分配给单一用户，从而允许MTC设备尽量以低功率发送数据，实现能效优化；此外通过观察和研究设备在学习过程中的Q值特性，结合负载估计，在优化能效的基础上，又加入了一种ACB过载控制机制，进而有利于能够在提高能量效率的同时，有效改善过载时系统的吞吐量。吞吐量。吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于NOMA的机器通信随机接入方法


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种基于非正交多址接入(Non
‑
orthogonal Multiple Access，NOMA)的机器通信随机接入方法。

技术介绍

[0002]“万物互联”已成为通信行业的重要发展方向，未来大部分终端设备都将连接网络，逐渐聚合为规模庞大、高度智能的全球物联网；在下一代的移动通信中，越来越多的机器设备将拥有接入网络的能力，实现MTC(machine
‑
type communication，机器通信)，即在无人的干预下进行机器与机器(machine to machine，M2M)之间的通信，这使得M2M通信面临一系列的挑战(如造成频繁的传输冲突、导致传输时延增加、甚至网络过载、削弱MTC设备的能量储备等)，因此如何高效解决机器通信之间传输效率将成为未来实现MTC快速发展关键之一。
[0003]目前，现有的机器通信随机接入方法主要通过智能时隙选择策略实现，例如：中国专利号CN109618309A公开了一种基于时隙复用的机器通信随机接入方法，该专利技术虽然通过将频域资源和时域资源进行了合理的划分降低了能量地消耗，但其无法在在提高能量效率的同时，有效改善过载时系统的吞吐量。
[0004]因此，亟需专利技术一种基于NOMA(非正交多址)的机器通信随机接入方法以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提供一种基于NOMA的机器通信随机接入方法。
[0007]技术方案
[0008]一种基于NOMA的机器通信随机接入方法，其特征在于步骤如下：
[0009]步骤1：将每个机器通信MTC设备作为一个智能体，并根据其构建一张Q表，所述的Q表即为当前最优传输策略的二维矩阵；通过Q学习算法选择一个传输策略(t，p)进行一次数据传输，其中传输策略中的t表示时隙，p表示功率，即传输策略是一个时隙和功率的组合；
[0010]步骤2：在每次传输时，针对所述MTC设备选择最大Q值对应的时隙，若存在有多个最大值对应时隙，则随机选择一个对应的时隙；
[0011]步骤3：依据发射功率和传输结果设计奖励函数，同时根据卫星广播的全局信息改进Q学习的学习策略，并将学习速率设计为与迭代次数相关的函数形式，使得一帧中的每个时隙尽量只分配给单一用户；
[0012]步骤4：获取Q值特性并结合负载估计设计一种ACB新机制，以解决系统过载问题。
[0013]本专利技术进一步的技术方案：所述方法还包括采集NOMA中的SIC技术获取低发射功率PL和高发射功率PH，其具体过程如下：
[0014]使用SIC技术先将除最高发射功率之外的所述MTC设备信号作为噪声，解调出信号功率最高的MTC设备信号；
[0015]然后从当前时隙消除最高功率信号的干扰，解调信号功率除最高发射功率之外的MTC设备信号。
[0016]所述改进Q学习的奖励函数如下：
[0017][0018]式中：P
max
和P
min
分别为最高和最低发射功率，p
t
为MTC设备选择的发射功率。
[0019]本专利技术进一步的技术方案：所述改进Q学习的学习速率的公式如下：
[0020][0021]式中：r
mit
为初始学习速率；δ
r
为衰减因子；β表示最小学习率；t0为MTC设备首次尝试接入的时间，t为迭代轮次，t
‑
t0表示迭代次数。
[0022]本专利技术进一步的技术方案：所述一种ACB新机制的过载控制过程如下：
[0023]在MTC设备发送数据时，初始化学习次数的阈值N，若MTC设备经过N次学习后满足最大Q值小于零，且在Q表中出现的次数大于2的条件，则该MTC设备在随后的接入过程将受到限制，否则该MTC设备属于接入允许类。
[0024]一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。
[0025]一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述的方法。
[0026]有益效果
[0027]本专利技术提供的一种基于NOMA的机器通信随机接入方法，从能量效率和过载控制两方面进行考虑，通过依据发射功率和传输结果设计奖励函数，同时根据全局信息改进Q学习的学习策略，并将学习速率设计为与迭代次数相关的函数形式，使得一帧中的每个时隙尽量只分配给单一用户，从而允许MTC设备尽量以低功率发送数据，实现能效优化；此外通过观察和研究设备在学习过程中的Q值特性，结合负载估计，在优化能效的基础上，又加入了一种ACB过载控制机制，进而有利于能够在提高能量效率的同时，有效改善过载时系统的吞吐量。
附图说明
[0028]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0029]图1为本专利技术提出的一种基于NOMA的机器通信随机接入方法的整体流程图。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0031]参照图1，本实施例公开了一种基于NOMA的机器通信随机接入方法，包括如下步骤：
[0032]步骤1：将每个MTC设备作为一个智能体，并根据其构建一张Q表，Q表即为当前最优传输策略的二维矩阵。通过Q学习算法选择一个传输策略(t，p)进行一次数据传输，其中传输策略中的t表示时隙，p表示功率，即传输策略是一个时隙和功率的组合；
[0033]在一个实施例中，所述方法还包括采集NOMA中的串行干扰消除(Successive Interference Cancelation,SIC)技术获取低发射功率PL和高发射功率PH，其具体过程如下：
[0034]使用SIC技术先将除最高发射功率之外的所述MTC设备信号作为噪声，解调出信号功率最高的MTC设备信号；
[0035]然后从当前时隙消除最高功率信号的干扰，解调信号功率除最高发射功率之外的MTC设备信号。
[0036]步骤2：在每次传输时，针对所述MTC设备选择最大Q值对应的时隙，若存在有多个最大值对应时隙，则随机选择一个对应的时隙；
[0037]步骤3：依据发射功率和传输结果设计奖励函数，同时根据卫星广播的全局信息改进Q学习的学习策略，并将学习速率设计为与迭代次数相关的函数形式，使得一帧中的每个时隙尽量只分配给单一用户；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NOMA的机器通信随机接入方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将每个机器通信MTC设备作为一个智能体，并根据其构建一张Q表，所述的Q表即为当前最优传输策略的二维矩阵；通过Q学习算法选择一个传输策略(t，p)进行一次数据传输，其中传输策略中的t表示时隙，p表示功率，即传输策略是一个时隙和功率的组合；步骤2：在每次传输时，针对所述MTC设备选择最大Q值对应的时隙，若存在有多个最大值对应时隙，则随机选择一个对应的时隙；步骤3：依据发射功率和传输结果设计奖励函数，同时根据卫星广播的全局信息改进Q学习的学习策略，并将学习速率设计为与迭代次数相关的函数形式，使得一帧中的每个时隙尽量只分配给单一用户；步骤4：获取Q值特性并结合负载估计设计一种ACB新机制，以解决系统过载问题。2.根据权利要求1所述的一种基于NOMA的机器通信随机接入方法，其特征在于：所述方法还包括采集NOMA中的SIC技术获取低发射功率PL和高发射功率PH，其具体过程如下：使用SIC技术先将除最高发射功率之外的所述MTC设备信号作为噪声，解调出信号功率最高的MTC设备信号；然后从当前时隙消除最高功率信号的干扰，解调信号功率除最高发射功率之外的MTC设备信号。3.根据权利要求2所述的一种基于NOMA的机器通信随机接入方法，其特征在于：所述改进Q学习的奖励函数如下：式中：P...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎昞，郎春阳，徐韬，胡兰氪，顾雅婷，王珏，阴玥，张鹏鹏，柳阳，张孟君，戴宇，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：