一種有限反饋下非正交多址接入系統(tǒng)下行鏈路的用戶(hù)選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明設(shè)及5G移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域中的非正交多址接入技術(shù)，具體設(shè)及一種有限 反饋下非正交多址接入系統(tǒng)下行鏈路的用戶(hù)選擇方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)信息化浪潮的推動(dòng)，未來(lái)移動(dòng)和無(wú)線(xiàn)流量的需求將大 幅增加。因此，5G的目標(biāo)也是向移動(dòng)用戶(hù)提供大容量、高速、高功效的數(shù)據(jù)服務(wù)。為了充分 利用無(wú)線(xiàn)資源，人們已經(jīng)在頻率維度、空間維度、時(shí)間維度、編碼維度等方面進(jìn)行了探索，提 出了相應(yīng)的OFDM、MIM0、TDMA、CDMA等技術(shù)，并且已經(jīng)成功應(yīng)用于現(xiàn)有的移動(dòng)通信系統(tǒng)中。 除了開(kāi)拓新的傳輸頻段，例如700MHz，人們也希望提出新的無(wú)線(xiàn)資源利用方式進(jìn)一步提高 傳輸效率，從而容納更多的用戶(hù)和提供更高的數(shù)據(jù)速率。
[0003] 近來(lái)，一種新型的接入方式一-非正交多址接入（NOMA)技術(shù)被當(dāng)做5G的候選技 術(shù)提了出來(lái)。非正交多址接入技術(shù)的核屯、思想在發(fā)送端將多路信號(hào)進(jìn)行非正交疊加發(fā)送， 然后在接收端采用串行干擾刪除（SIC)接收機(jī)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)解調(diào)。NOMA技術(shù)在發(fā)送端基 站將不同用戶(hù)采用功率復(fù)用技術(shù)進(jìn)行疊加發(fā)送，且不同用戶(hù)的信號(hào)功率可按照相關(guān)的功率 分配方案進(jìn)行分配，從而獲取系統(tǒng)最大的性能增益，同時(shí)達(dá)到在功率域區(qū)分用戶(hù)的目的；在 接收端，SIC接收機(jī)根據(jù)不同用戶(hù)信號(hào)功率大小按照一定的順序進(jìn)行干擾消除，實(shí)現(xiàn)正確解 調(diào)。運(yùn)樣在一個(gè)信道內(nèi)多個(gè)用戶(hù)的非正交傳輸既提高頻譜的效率也達(dá)到了多個(gè)用戶(hù)同時(shí)接 入的目的，此外還可W將(FDM、CDMA等技術(shù)與NOMA相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更高的效率和速率。雖然 非正交傳輸?shù)乃枷胧怯蓙?lái)已久，但是NTTDOCOMO公司最早建議將NOMA作為5G標(biāo)準(zhǔn)的空中 接口技術(shù)，并通過(guò)系統(tǒng)級(jí)仿真和實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證了NOMA技術(shù)相對(duì)于常規(guī)正交接入技術(shù)可W 獲得20%W上的系統(tǒng)吞吐量增益。盡管5G的具體標(biāo)準(zhǔn)目前還沒(méi)制定，但是從目前的一些研 究來(lái)看，NOM技術(shù)既能提高無(wú)線(xiàn)資源的利用率和傳輸效率，又能為異構(gòu)用戶(hù)提供同時(shí)接入 服務(wù)，因此NOMA技術(shù)很可能被作為新的多址接入技術(shù)納入5G規(guī)范中。
[0004] 目前所收集到的公開(kāi)資料中，均假設(shè)基站或者發(fā)送端已知完美的用戶(hù)信道信息， 并基于此假設(shè)驗(yàn)證了NOMA技術(shù)可W獲得高于傳統(tǒng)正交接入技術(shù)的系統(tǒng)吞吐量。然而，現(xiàn)實(shí) 系統(tǒng)中，信道信息估計(jì)本身就存在錯(cuò)誤，并且發(fā)送端要想獲取信道信息則需要接收端通過(guò) 有限容量的反饋信道進(jìn)行量化信道信息的反饋。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0005] 本發(fā)明的目的是研究NOM技術(shù)在有限反饋下的性能，提供了一種有限反饋下非 正交多址接入系統(tǒng)下行鏈路的用戶(hù)選擇方法。該選擇方法可W使得系統(tǒng)在有限反饋下總體 吞吐量較之于傳統(tǒng)技術(shù)有所提高。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了W下技術(shù)方案：
[0007] -種有限反饋下非正交多址接入系統(tǒng)下行鏈路的用戶(hù)選擇方法，包括W下步驟：
[0008] I)小區(qū)內(nèi)K個(gè)單天線(xiàn)用戶(hù)通過(guò)基站廣播的導(dǎo)頻信號(hào)獲取其自身的信道狀態(tài)信息 CSI，并通過(guò)有限反饋信道將其量化之后的信道方向信息CDIW及信道質(zhì)量信息CQI反饋給 基站，所述基站部署M個(gè)天線(xiàn)，M> 1，K> 2M;
[0009] 2)基站根據(jù)接收到的反饋信息，從所述K個(gè)單天線(xiàn)用戶(hù)中選出2M個(gè)用戶(hù)進(jìn)行傳 輸，其中基站首先根據(jù)候選用戶(hù)所反饋的信道方向信息CDIW及信道質(zhì)量信息CQI調(diào)度M 個(gè)RBF用戶(hù)W及與之對(duì)應(yīng)的M個(gè)波束成形矢量，然后再為M個(gè)RBF用戶(hù)各自匹配一個(gè)用戶(hù)， 運(yùn)樣，2M用戶(hù)組成M個(gè)用戶(hù)簇，每個(gè)波束矢量對(duì)應(yīng)相應(yīng)的用戶(hù)簇進(jìn)行傳輸；
[0010] 3)基站為M個(gè)用戶(hù)簇分配相同的功率P，每個(gè)用戶(hù)簇內(nèi)RBF用戶(hù)和匹配用戶(hù)根據(jù) 功率分配算法完成功率分配。
[0011] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：所述步驟1)具體包括W下步驟：
[0012] 基站端和用戶(hù)端共同維護(hù)著一個(gè)量化碼本F，其中量化碼本F由L個(gè)子碼本組成， 每個(gè)子碼本由M個(gè)相互正交的IXM維單位標(biāo)準(zhǔn)矢量組成；量化碼本F大小為N=LM;小 區(qū)內(nèi)K個(gè)用戶(hù)的信道方向信息由F碼本中的矢量進(jìn)行量化，即對(duì)于第i個(gè)用戶(hù)的信道方向 信息^ -私/!:私.1!的量化矢量信息CDI，起為用戶(hù)信道信息為1XM維的矢量，由W下準(zhǔn)則獲 得：
[0013]
[0014] 定義信道方向矢量起與其量化矢量私之間的夾角為0 1，即紋.換為粗:皆I;對(duì)于K 個(gè)候選用戶(hù)中第i個(gè)用戶(hù)，其信道質(zhì)量信息CQI表達(dá)式為：
[0016] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：所述步驟2)具體包括W下步驟：
[0017] 設(shè)K個(gè)候選用戶(hù)的下標(biāo)集為旅M個(gè)RBF用戶(hù)下標(biāo)集為踩，:M個(gè)匹配用戶(hù)下標(biāo)集為 占4,;首先基站依據(jù)用戶(hù)據(jù)反饋的信道方向信息CDIW及信道質(zhì)量信息CQI，選擇最優(yōu)的RBF 用戶(hù)集城、W及對(duì)應(yīng)的波束成形矢量Wk, 1 <k<M如下： 陽(yáng)01引對(duì)于第1，1《1 個(gè)碼本中的第k，l個(gè)矢量Vk,在W最大化系統(tǒng)吞吐 量為目標(biāo)情況下，給出Vk所對(duì)應(yīng)的CQI最大的用戶(hù)
[0019]
[0020] 因此最優(yōu)的傳輸波束組r為：
陽(yáng)0巧即第k個(gè)簇對(duì)應(yīng)的波束矢量為fvf且<i所對(duì)應(yīng)的用戶(hù)為游知|'即為所選擇 第k個(gè)簇內(nèi)的RBF用戶(hù)，其中€媒;然后再依據(jù)每個(gè)波束矢量給出第k個(gè)簇內(nèi)匹配 用戶(hù)的Vp)為 [0023]
[0024]其中，穿(yp)拓!.4。
[00巧]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：所述步驟3)具體包括W下步驟：
[00%] 為保證用戶(hù)的服務(wù)質(zhì)量，RBF用戶(hù)的最低速率要求為Rbf,匹配用戶(hù)的最低速率為 設(shè)第k個(gè)簇內(nèi)，爲(wèi);!隸示RBF用戶(hù)的估計(jì)速率，拓表示匹配用戶(hù)的估計(jì)速率，ak為RBF 用戶(hù)的功率分配系數(shù)，1-ak為匹配用戶(hù)的功率分配系數(shù)，g化ki)和g化k2)分別為該簇內(nèi)RBF用戶(hù)與匹配用戶(hù)的信道質(zhì)量信息，則第k個(gè)簇內(nèi)的功率分配優(yōu)化目標(biāo)設(shè)置為：
[0035] 故解得上述優(yōu)化目標(biāo)為：
[0036] 若上述優(yōu)化目標(biāo)ak無(wú)解，則基站使用傳統(tǒng)正交接入方式傳輸，即分為兩個(gè)時(shí)隙來(lái) 傳輸2M個(gè)用戶(hù)。
[0037] 相對(duì)于現(xiàn)有正交傳輸技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0038] 本發(fā)明所述有限反饋下非正交多址接入系統(tǒng)下行鏈路的用戶(hù)選擇方法，較之于現(xiàn) 有TDMA技術(shù)，系統(tǒng)的總體吞吐量有顯著的優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明具體采用用戶(hù)選擇方案和功率分配 方案實(shí)現(xiàn)：
[0039] 1)用戶(hù)選擇方案
[0040] 基站根據(jù)接收到的反饋信息，從所述K個(gè)單天線(xiàn)用戶(hù)中選出2M個(gè)用戶(hù)進(jìn)行傳輸， 其中基站首先根據(jù)候選用戶(hù)所反饋的信道方向信息CDIW及信道質(zhì)量信息CQI調(diào)度M個(gè) RBF用戶(hù)W及與之對(duì)應(yīng)的M個(gè)波束成形矢量，然后再為M個(gè)RBF用戶(hù)各自匹配一個(gè)用戶(hù)，運(yùn) 樣，2M用戶(hù)組成M個(gè)用戶(hù)簇，每個(gè)波束矢量對(duì)應(yīng)相應(yīng)的用戶(hù)簇進(jìn)行傳輸；
[0041] 2)功率分配方案
[0042] 基站調(diào)度完用戶(hù)集之后，需要為每個(gè)簇內(nèi)的兩個(gè)用戶(hù)分配功率，為了保證所有用 戶(hù)的服務(wù)質(zhì)量，我們給出了W最大化每個(gè)簇用戶(hù)速率為目標(biāo)的優(yōu)化方案，通過(guò)求解我們得 到了功率分配系數(shù)的閉式解，由此證明了存在最優(yōu)的解可W保證每個(gè)用戶(hù)的服務(wù)需求，同 時(shí)也達(dá)到了最大化系統(tǒng)容量的目標(biāo)。
【附圖說(shuō)明】：
[0043] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0044] 圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)模型。
[0045] 圖3,圖4,圖5為本發(fā)明的仿真結(jié)果，N0MA-RBF-UMPS表示本發(fā)明所提算法所調(diào)度 用戶(hù)的和容量，TDMA-RBF-UM表示本發(fā)明所提用戶(hù)調(diào)度算法下傳統(tǒng)波束成形技術(shù)的和容量。 其中圖3、圖4、圖5分別表示系統(tǒng)總吞吐量、匹配用戶(hù)的和容量W及RBF用戶(hù)的和容量VS 小區(qū)內(nèi)候選用戶(hù)K。
【具體實(shí)施方式】：
[0046] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0047] 參見(jiàn)圖1所示，本發(fā)明所述有限反饋下非正交多址接入系統(tǒng)下行鏈路的用戶(hù)選擇 方法，包括W下步驟：
[0048] 1)小區(qū)內(nèi)K個(gè)單天線(xiàn)用戶(hù)通過(guò)基站廣播的導(dǎo)頻信號(hào)獲取其自身的信道狀態(tài)信息 CSI，并通過(guò)有限反饋信道將其量化之后的CDIW及CQI反饋給基