一種應(yīng)用于noma中的用戶分組機(jī)制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于NOMA中的用戶分組機(jī)制，屬于移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域。該機(jī)制包含以下模塊：信道估計(jì)模塊、信道相似度和增益差計(jì)算模塊、用戶分組模塊；信道估計(jì)模塊用于在用戶端估計(jì)基站到用戶的信道狀態(tài)，并將所估計(jì)的信道狀態(tài)發(fā)送給基站；信道相似度和增益差計(jì)算模塊用于根據(jù)用戶端發(fā)送給基站的信道狀態(tài)構(gòu)建用戶信道相似度矩陣和用戶信道增益差矩陣；用戶分組模塊用于根據(jù)從信道相似度和增益差計(jì)算模塊接收的用戶信道相似度矩陣和信道增益差矩陣，并以此為依據(jù)構(gòu)建用來(lái)表述分組收益的對(duì)稱矩陣，利用對(duì)稱矩陣的特點(diǎn)計(jì)算得到用戶的最佳分組，并將分組結(jié)果輸出，用于NOMA技術(shù)中的功率分配。本發(fā)明可以一次性獲得所有用戶的最優(yōu)分組結(jié)果，能夠很好的解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】
一種應(yīng)用于NOMA中的用戶分組機(jī)制
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于Ν0ΜΑ中的用戶分組機(jī)制。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無(wú)線通信系統(tǒng)中，隨著用戶需求增加、智能終端普及應(yīng)用以及新業(yè)務(wù)需求增長(zhǎng)， 無(wú)線通信速率已不能滿足未來(lái)需求，因而需要對(duì)資源進(jìn)行復(fù)用。
[0003] 非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,Ν0ΜΑ)，是指將一個(gè)資源分 配給多個(gè)用戶，對(duì)復(fù)用同一個(gè)資源的用戶分配不同功率，在接收端通過(guò)采用串行干擾消除 接收機(jī)(Successive Interference Receiver,SIC)實(shí)現(xiàn)解調(diào)。
[0004] 針對(duì)NOMA的研究成果中，已經(jīng)有用戶分組機(jī)制，其主要思想是根據(jù)用戶所處小區(qū) 中的位置，對(duì)滿足信道條件的用戶分配到一組使用Ν0ΜΑ。目前的用戶分組機(jī)制主要有兩種： 基于信道增益的分組機(jī)制(類(lèi)型l，Type 1)和基于消除干擾的分組機(jī)制(類(lèi)型2，Type 2)。
[0005] 類(lèi)型1用戶分組中，基站可以通過(guò)用戶反饋獲得用戶的信道狀態(tài)信息，根據(jù)用戶信 道狀態(tài)信息獲得用戶信道增益，通過(guò)將用戶信道增益按照一定順序，例如由小到大的順序 排列。將信道增益大的用戶與信道增益小的用戶分為一組。也有的機(jī)制根據(jù)用戶信道增益 將用戶分為兩個(gè)集合，不同集合中的用戶隨機(jī)匹配分到一組。該類(lèi)型分組雖然可以一次性 得到所有用戶的分組，但是并不能保證分組性能。
[0006] 在類(lèi)型2用戶分組機(jī)制中，基站通過(guò)用戶反饋獲得用戶信道狀態(tài)信息，對(duì)不同用戶 間的信道增益差進(jìn)行計(jì)算，為了達(dá)到降低干擾的目的，同時(shí)計(jì)算不同用戶之間的信道相似 度，設(shè)置適用于Ν0ΜΑ用戶分組的信道相似度以及信道增益差門(mén)限，對(duì)于滿足信道增益差和 相似度門(mén)限的用戶分到一組。該類(lèi)型的分組雖然可以將分組性能提升，但是因?yàn)椴捎迷O(shè)置 門(mén)限的方式，因而需要多次操作才能夠獲得分組結(jié)果。
[0007] 從上述的相關(guān)技術(shù)可以看出，針對(duì)應(yīng)用于Ν0ΜΑ的用戶分組是指根據(jù)用戶信道狀態(tài) 對(duì)用戶進(jìn)行匹配的機(jī)制，類(lèi)型1對(duì)于用戶分組具有隨機(jī)性，不能保證得到最好的用戶分組情 況，增加了接收端正確解碼的困難性;類(lèi)型2雖然對(duì)于用戶的分組克服了隨機(jī)性，但是與機(jī) 制1 一樣，并不能獲得最優(yōu)的用戶分組結(jié)果，此外，如果需要獲得波束賦形下的多組用戶分 組結(jié)果，需要進(jìn)行多次操作。而在上述相關(guān)的技術(shù)中，并沒(méi)有一種技術(shù)能在滿足得到最優(yōu)用 戶分組的前提下一次性獲得所有用戶分組的結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于Ν0ΜΑ中的用戶分組機(jī)制，該機(jī)制可 以一次性獲得所有用戶的最優(yōu)分組結(jié)果。
[0009] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0010] -種應(yīng)用于Ν0ΜΑ中的用戶分組機(jī)制，該機(jī)制包含以下三個(gè)模塊:信道估計(jì)模塊、信 道相似度和增益差計(jì)算模塊、用戶分組模塊；
[0011]所述信道估計(jì)模塊主要用于在用戶端估計(jì)基站到用戶的信道狀態(tài)，并將所估計(jì)的 信道狀態(tài)發(fā)送給基站；
[0012] 所述信道相似度和增益差計(jì)算模塊主要用于根據(jù)用戶端發(fā)送給基站的信道狀態(tài) 構(gòu)建用戶信道相似度矩陣和用戶信道增益差矩陣；
[0013] 用戶分組模塊主要用于根據(jù)從信道相似度和增益差計(jì)算模塊接收的用戶信道相 似度矩陣和信道增益差矩陣，并以此為依據(jù)構(gòu)建用來(lái)表述分組收益的對(duì)稱矩陣，利用對(duì)稱 矩陣的特點(diǎn)計(jì)算得到用戶的最佳分組，并將分組結(jié)果輸出，用于Ν0ΜΑ技術(shù)中的功率分配。
[0014] 進(jìn)一步，在本機(jī)制中，信道相似度和增益差計(jì)算模塊的工作模式為:基站端接收信 道估計(jì)模塊所發(fā)送信息，讀取各個(gè)用戶信道狀態(tài)的信道狀態(tài)，構(gòu)建信道模型，對(duì)于單天線，因

其中c為天線遠(yuǎn)場(chǎng)參考距離處的路徑損耗，d表示基站到移動(dòng)臺(tái) 的距離
表示陰影衰落，
此處3表示0均值，方差為σ的高斯隨機(jī)變量 示萊斯衰落
表示瑞利衰落;因此對(duì)于多天線，
，進(jìn)而可以通過(guò)用戶信道
,用戶信道增益差公式
對(duì)用戶相似度和增益差進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)計(jì)算可得不同用戶信道相似度和信道增益差，所得 結(jié)果進(jìn)行處理后可以提取并表示為用戶間信道相似度和信道增益差矩陣，將所得用戶信道 相似度矩陣和用戶信道增益差矩陣發(fā)送給用戶分組模塊。
[0015] 進(jìn)一步，在本機(jī)制中，用戶分組模塊的工作模式為:對(duì)信道相似度矩陣和信道增益 差矩陣進(jìn)行線性合成，所得矩陣為對(duì)稱矩陣，利用該矩陣對(duì)稱性特點(diǎn)，某一行最小元素同為 其對(duì)應(yīng)相等元素所在列的最小元素，若某行最小元素同為其對(duì)稱元素所在行元素，則提取 該元素對(duì)應(yīng)的用戶編號(hào)并將其分為同組用戶；利用該矩陣是對(duì)稱矩陣的特點(diǎn)，利用所設(shè)計(jì) 的分組計(jì)算方法對(duì)用戶進(jìn)行分組，可以一次性獲得所有用戶最優(yōu)分組，并將用戶分組結(jié)果 輸出以便Ν0ΜΑ技術(shù)中進(jìn)行功率分配。
[0016] 進(jìn)一步，本機(jī)制具體包括以下步驟：
[0017] S1:用戶接收到基站廣播同步信號(hào)，根據(jù)同步信號(hào)的功率估計(jì)信道狀態(tài):用戶信號(hào) 的衰減值adB，環(huán)境衰落值MB，將信道估計(jì)的計(jì)算結(jié)果構(gòu)建信道狀態(tài)信息發(fā)送給基站；
[0018] S2:基站接收到用戶發(fā)送的信道狀態(tài)信息后，讀取其中值并存入緩存，在接收周期 t到達(dá)時(shí)，讀取緩存中所存儲(chǔ)的第一個(gè)用戶信道狀態(tài)信息，依次讀取所存儲(chǔ)的第一個(gè)到最后 一個(gè)信道狀態(tài)信息，
，其中I |h| |表示h的轉(zhuǎn)置矩陣與矩 陣h的積的最大特征根的平方根值，是指空間上兩個(gè)向量矩陣的直線距離;得到的值作為第 一個(gè)用戶與該用戶和其他用戶的相似度，依次存入矩陣[γυ]中，作為該矩陣的第一行；
[0019] 依次對(duì)其他信道狀態(tài)信息做上述操作，所得結(jié)果存入矩陣[γ 所對(duì)應(yīng)的行，直到 該矩陣為方陣;對(duì)所得的相似度矩陣進(jìn)行處理，將用戶相似度視為自變量，選用：
[0020]
調(diào)節(jié)用戶信道相似度值，對(duì)不同用戶相似度值進(jìn) 行調(diào)整以便下面步驟中進(jìn)行矩陣線性合成之用;經(jīng)過(guò)處理后的相似度矩陣為[au];
[0021] 讀取緩存中所存儲(chǔ)的第一個(gè)用戶信道狀態(tài)信息，依次讀取所存儲(chǔ)的第一個(gè)到最后 一個(gè)信道狀態(tài)信息
，得到的值作 為第一個(gè)用戶與該用戶和其他用戶處理后的信道增益差，依次存入矩陣[λ^]中，作為該矩 陣的第一行；
[0022] 依次對(duì)其他信道狀態(tài)信息做上述操作，所得結(jié)果存入矩陣[λ^]所對(duì)應(yīng)的行，直到
調(diào)節(jié)用戶信道增益差值，所得矩陣為
[bij]；
[0023] S3:讀取方陣[aij]和[bij]，
，所得結(jié)果表示為[(?];
[0024] S4:在1到方陣行的最大值之間隨機(jī)選擇一個(gè)數(shù)，將此數(shù)值賦值給k，在矩陣[(?]第 k行中找出最小的元素，讀取該元素所在的列的標(biāo)號(hào)，將此值賦值給j，判斷第j行第k列元素 是否為第j行最小元素：
[0025] 1)如果是，讀取用戶信號(hào)衰減值七和ak，比較二者大?。?br>[0026] 11)若α」>ak，則分組將分組以[jk]形式存入緩存；
[0027] 12)若A<ak，則分組將分組以[kj]形式存入緩存；
[0028] 13)去掉原矩陣中k行和第k列，以及j行和j列的全部元素，并判斷新得到的矩陣是 否為空矩陣:如果是，則分組結(jié)束，輸出所存儲(chǔ)的全部分組結(jié)果;如果不是，重復(fù)步驟S4;
[0029] 2)如果不是，則在第j行中找出最小的元素，讀取該元素所在的列的標(biāo)號(hào)賦值給k， 重復(fù)步驟S4;
[0030] S5:步驟S4中得到的分組結(jié)果準(zhǔn)備應(yīng)用于Ν0ΜΑ中功率分配，等待下一個(gè)分組周期 并重復(fù)步驟Sl -S4。
[0031] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提供的一種應(yīng)用于Ν0ΜΑ中的用戶分組機(jī)制可以一 次性獲得所有用戶的最優(yōu)分組結(jié)果，能夠很好的解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說(shuō)明：
[0033] 圖1為應(yīng)用于Ν0ΜΑ的用戶分組機(jī)制流程圖；
[0034] 圖2為本發(fā)明中信道估計(jì)模塊的流程圖；
[0035] 圖3為本發(fā)明中信道相似度和增益差計(jì)算模塊的流程圖；
[0036]圖4為本發(fā)明中用戶分組模塊的流程圖；
[0037]圖5為實(shí)用場(chǎng)景不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0039] 本實(shí)施例中的系統(tǒng)中包括基站和小區(qū)用戶，其中該網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)小區(qū)以及9個(gè)Ν0ΜΑ 用戶組成，用戶分布圖如圖5所示。
[0040] 圖1為應(yīng)用于Ν0ΜΑ的用戶分組機(jī)制流程圖，本發(fā)明通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于Ν0ΜΑ 中基于提尚吞吐量的用戶分組機(jī)制：
[0041] 1、用戶接收到基站廣播同步信號(hào)，根據(jù)同步信號(hào)的功率估計(jì)信道的衰減值，第一 個(gè)用戶的信道衰減為110dB，陰影衰落11.7dB，根據(jù)衰減可以計(jì)算出用戶距離基站的距離獲 知信道狀態(tài)，后面各個(gè)用戶重復(fù)上述操作，依次接將信道估計(jì)的計(jì)算結(jié)果構(gòu)建信道狀態(tài)信 息發(fā)送給基站。圖2為本發(fā)明中信道估計(jì)模塊的流程圖。
[0042] 2、基站接收到用戶發(fā)送的信道狀態(tài)信息后，讀取其中值并存入緩存，在接收周期t 到達(dá)時(shí)，讀取緩存中所存儲(chǔ)的第一個(gè)用戶信道狀態(tài)信息，依次讀取所存儲(chǔ)的第一個(gè)到最后 一個(gè)信道狀態(tài)信息
，得到的值作為第一個(gè)用戶與該用 戶和其他用戶的相似度，依次存入矩陣[γ ij]中，作為該矩陣的第一行。
[0043] 依次對(duì)其他信道狀態(tài)信息做上述操作，所得結(jié)果存入矩陣[γ 所對(duì)應(yīng)的行，直到 該矩陣為方陣，所得該矩陣為[γυ]，對(duì)矩陣[γυ]進(jìn)行處理將其中用戶相似度作為自變 量，
處理所得矩陣為[au]，同理計(jì)算信道增益差矩陣 得到矩陣[bu ]對(duì)這兩個(gè)矩陣進(jìn)行線性處理
得到矩陣[(? ]。
[0045] 圖3為本發(fā)明中信道相似度和增益差計(jì)算模塊的流程圖。
[0046] 3、在1到方陣行數(shù)9之間隨機(jī)選擇一個(gè)數(shù)，假設(shè)為1，在矩陣[Clj]第1行中找出最小 的元素0.0439，該元素所在的位置為第一行第七列，則判斷0.0439是否為第七行最小元素。 所以用戶1和用戶7被分為一組。第一個(gè)用戶和第七個(gè)用戶的衰減值α#Ρα7分別為70dB和 llOdB，比較二者大小，由于αι<α7,所以這兩個(gè)用戶以[17]形式存入緩存。去掉原矩陣中1行 和第1列，以及7行和7列的全部元素，因?yàn)樗玫降男戮仃嚥皇强站仃?，繼續(xù)分組，按照上述 步驟最后得到分組結(jié)果為[17][25][36][89]4,即用戶1和用戶7-組，用戶2和用戶5-組， 用戶3和用戶6-組，用戶8和用戶9 一組，用戶4采用OFDM單獨(dú)一組。圖4為本發(fā)明中用戶分組 模塊的流程圖。
[0047] 4、上述步驟中得到的分組結(jié)果準(zhǔn)備應(yīng)用于Ν0ΜΑ中功率分配，等待下一個(gè)分組周期 并重復(fù)步驟1_3。
[0048]最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通 過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在 形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種應(yīng)用于NOMA中的用戶分組機(jī)制，其特征在于:該機(jī)制包含以下三個(gè)模塊:信道估 計(jì)模塊、信道相似度和增益差計(jì)算模塊、用戶分組模塊； 所述信道估計(jì)模塊主要用于在用戶端估計(jì)基站到用戶的信道狀態(tài)，并將所估計(jì)的信道 狀態(tài)發(fā)送給基站； 所述信道相似度和增益差計(jì)算模塊主要用于根據(jù)用戶端發(fā)送給基站的信道狀態(tài)構(gòu)建 用戶信道相似度矩陣和用戶信道增益差矩陣； 用戶分組模塊主要用于根據(jù)從信道相似度和增益差計(jì)算模塊接收的用戶信道相似度 矩陣和信道增益差矩陣，并以此為依據(jù)構(gòu)建用來(lái)表述分組收益的對(duì)稱矩陣，利用對(duì)稱矩陣 的特點(diǎn)計(jì)算得到用戶的最佳分組，并將分組結(jié)果輸出，用于NOM技術(shù)中的功率分配。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于NOM中的用戶分組機(jī)制，其特征在于： 在本機(jī)制中，信道相似度和增益差計(jì)算模塊的工作模式為:基站端接收信道估計(jì)模塊 所發(fā)送信息，讀取各個(gè)用戶信道狀態(tài)的信道狀態(tài)，構(gòu)建信道模型，對(duì)于單天線，有其中h表示下行信道，c為天線遠(yuǎn)場(chǎng)參考距離處的路徑損耗，d表 示基站到移動(dòng)臺(tái)的距離W表示陰影衰落值，m表示萊斯因子，Θ表示小尺度中萊斯信道所引起 的相位變丨表示萊斯衰落，z表示瑞利衰落的自然變量取值，根據(jù)通信用戶所在環(huán)境 一般取值為〇-I示瑞利衰落;因此對(duì)于多天線，，可以通過(guò)用戶信道 相似度公用戶信道增益差公對(duì)用戶相似度和增益差進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)計(jì)算可得不同用戶信道相似度和信道增益差，所得 結(jié)果進(jìn)行處理后可以提取并表示為用戶間信道相似度和信道增益差矩陣，將所得用戶信道 相似度矩陣和用戶信道增益差矩陣發(fā)送給用戶分組模塊。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于NOM中的用戶分組機(jī)制，其特征在于： 在本機(jī)制中，用戶分組模塊的工作模式為:對(duì)信道相似度矩陣和信道增益差矩陣進(jìn)行 線性合成，所得矩陣為對(duì)稱矩陣，利用該矩陣對(duì)稱性特點(diǎn)，某一行最小元素同為其對(duì)應(yīng)相等 元素所在列的最小元素，若某行最小元素同為其對(duì)稱元素所在行元素，則提取該元素對(duì)應(yīng) 的用戶編號(hào)并將其分為同組用戶；利用該矩陣是對(duì)稱矩陣的特點(diǎn)，利用所設(shè)計(jì)的分組計(jì)算 方法對(duì)用戶進(jìn)行分組，可以一次性獲得所有用戶最優(yōu)分組，并將用戶分組結(jié)果輸出以便 NOMA技術(shù)中進(jìn)行功率分配。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的一種應(yīng)用于NOMA中的用戶分組機(jī)制，其特征在 于:具體包括以下步驟： SI:用戶接收到基站廣播同步信號(hào)，根據(jù)同步信號(hào)的功率估計(jì)信道狀態(tài)：用戶信號(hào)的衰 減值adB，環(huán)境衰落值MB，將信道估計(jì)的計(jì)算結(jié)果構(gòu)建信道狀態(tài)信息發(fā)送給基站； S2:基站接收到用戶發(fā)送的信道狀態(tài)信息后，讀取其中值并存入緩存，在接收周期t到 達(dá)時(shí)，讀取緩存中所存儲(chǔ)的第一個(gè)用戶信道狀態(tài)信息，依次讀取所存儲(chǔ)的第一個(gè)到最后一 個(gè)信道狀態(tài)信息，帶入4，其中I |h| I表示h的轉(zhuǎn)置矩陣與矩陣 h的積的最大特征根的平方根值，是指空間上兩個(gè)向量矩陣的直線距離;得到的值作為第一 個(gè)用戶與該用戶和其他用戶的相似度，依次存入矩陣[γυ]中，作為該矩陣的第一行； 依次對(duì)其他信道狀態(tài)信息做上述操作，所得結(jié)果存入矩陣[γ υ]所對(duì)應(yīng)的行，直到該矩 陣為方陣;對(duì)所得的相似度矩陣進(jìn)行處理，將用戶相似度視為自變量，選用：周節(jié)用戶信道相似度值，對(duì)不同用戶相似度值進(jìn)行調(diào) 整以便下面步驟中進(jìn)行矩陣線性合成之用;經(jīng)過(guò)處理后的相似度矩陣為[aiJ]; 讀取緩存中所存儲(chǔ)的第一個(gè)用戶信道狀態(tài)信息，依次讀取所存儲(chǔ)的第一個(gè)到最后一個(gè) 信道狀態(tài)信息，帶入么其中4 = ，得到的值作為第 一個(gè)用戶與該用戶和其他用戶處理后的信道增益差，依次存入矩陣[λ^]中，作為該矩陣的 第一行； 依次對(duì)其他信道狀態(tài)信息做上述操作，所得結(jié)果存入矩陣[λ^]所對(duì)應(yīng)的行，直到該矩 陣為方陣;選用纟調(diào)節(jié)用戶信道增益差值，所得矩陣為[b"]; S3:讀取方陣[aij]和[bij]，討_，.所得結(jié)果表示為[Cij]; S4:在1到方陣行的最大值之間隨機(jī)選擇一個(gè)數(shù)，將此數(shù)值賦值給k，在矩陣[Clj]第k行 中找出最小的元素，讀取該元素所在的列的標(biāo)號(hào)，將此值賦值給j，判斷第j行第k列元素是 否為第j行最小元素： 1) 如果是，讀取用戶信號(hào)衰減值4和處，比較二者大?。? 11) 若4 >ak，則分組將分組以[jk]形式存入緩存； 12) 若4<處，則分組將分組以[kj]形式存入緩存； 13) 去掉原矩陣中k行和第k列，以及j行和j列的全部元素，并判斷新得到的矩陣是否為 空矩陣:如果是，則分組結(jié)束，輸出所存儲(chǔ)的全部分組結(jié)果;如果不是，重復(fù)步驟S4; 2) 如果不是，則在第j行中找出最小的元素，讀取該元素所在的列的標(biāo)號(hào)賦值給k，重復(fù) 步驟S4; S5:步驟S4中得到的分組結(jié)果準(zhǔn)備應(yīng)用于NOMA中功率分配，等待下一個(gè)分組周期并重 復(fù)步驟S1_S4。
【文檔編號(hào)】H04W72/04GK106028451SQ201610279476
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】劉占軍, 于中華, 李召義, 丁凱, 陳前斌
【申請(qǐng)人】重慶郵電大學(xué)