[发明专利]一种保证用户公平性的NOMA用户动态分簇方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种保证用户公平性的NOMA用户动态分簇方法。

背景技术

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(Random Pairing Algorithm，RPA)、行列式用户配对算法(Determinant Pairing Algorithm，DPA)和分组随机配对调度(Group Random Pairing Schedule，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(Committed Information Rate，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。

发明内容

本发明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。

为了实现本发明的上述目的，本发明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；