[发明专利]基于NOMA与波束成型的超密集网络无线资源分配方法

说明书

本发明公开了一种基于NOMA与波束成型的超密集网络无线资源分配方法，把波束成形和NOMA相结合，配备多天线的基站与多个单天线的用户设备进行通信，从宏基站到小基站，采用波束形成来提高信号的覆盖率和信噪比，在小基站向用户传输的过程中采用NOMA，将不同的传输功率分配给不同的用户，以适应用户无法根据网络环境的变化反馈有效的网络状态信息的情况。本发明不仅有效抑制了簇间干扰和簇内用户干扰，而且在一定程度上保证了用户之间的公平性，提高了系统的吞吐量性能，公平有效地进行了功率分配，使系统具有高吞吐量、高信号质量、高功率效率的优点，并且支持大量用户同时通信，从而大大提高系统性能和频谱利用率。

技术领域

本发明涉及一种资源分配方法，特别是一种基于NOMA与波束成型的超密集网络无线资源分配方法，属于通信技术领域。

背景技术

第五代移动通信系统(5G)，其理论峰值传输速率可达数十Gbit/s，超过4G系统传输速率数百倍，数据流量增加1000倍，其无线覆盖性能、系统安全性和服务质量也将得到显著提高。为了实现这一目标，除了增加频谱带宽和利用先进的无线传输技术提高频谱利用率外，主要采用的方法之一是通过密集化小区部署以提高空间复用度，构建超密集网络(UDN)。超密集网络可使用户终端在覆盖区域内获得更多频谱，距离各个发射节点更近，提升了系统功率效率、频谱效率，进而提高了系统容量，保证了无线业务在多种接入技术与异构网络覆盖相叠加的场景下负载均衡。另外，超密集网络的小基站/微小基站主要部署在低发射功率的热点区域，因此，超密集网络可为5G系统用户提供较高的吞吐量和较为灵活的接入服务。

然而，随着小基站/微小基站数量的增加，部署复杂性增大。由于微小基站的自主性和布设的随机性，5G系统用户设备之间会产生较大的频谱冲突，导致了同层蜂窝小区之间以及不同层蜂窝小区之间存在严重干扰。开展干扰消除、提高能效的有效办法则是设计合理的频谱共享和功率控制机制，实现资源在用户终端之间及不同蜂窝层次之间的融合共享，从而提高系统容量、用户服务质量和资源利用率。

针对上述问题，现有技术主要采用最优化理论、注水算法、SIC检测器等技术。然而他们仍然具有以下缺陷：

1)干扰限制：随着基站密度的增加和用户与基站之间距离的减小，UDN的簇间干扰强度和干扰基站数都增加了，这会增加很多额外的开销和功率消耗，并且由于多个用户共享一个波束成形向量，因此，总容量易受来自其他波束成形向量的干扰影响，多重干扰下使得以往的资源管理控制方法并不适用。

2)开销限制：传统随机波束成形仍然要求所有用户向基站发送信道状态信息，这样就会消耗大量的资源。具有大量用户的网络中的系统开销较大。许多协议需要发送端的信道信息状态(CSI)，这可能会导致较大的系统开销。但在NOMA系统中，只使用较少的反馈，在用户的信道条件下即可构建系统。

3)业务限制：随着小区覆盖范围的缩小，用户之间的行为具有较高的相关性，业务关联问题变得更加复杂。而业务关联技术会直接影响网络的资源分配方案，从而影响网络性能。

4)复杂度限制：相对于传统的SIC接收机，NOMA采用的SIC接收机更加复杂，要求有更高的信号处理能力。其次，基于信号功率的用户优先级决定了最佳的接收效果。而在实际应用中，用户的功率是在不断变化的，这就要求不断地对信号功率进行重新排序，并且每一级处理都会产生一定的时延，而多级处理中产生的时延很大。

总体而言，超密集网络资源管理机制方面的研究主要集中在密度分析、小区间协作、分级资源分配等方面，并未涉及从小区间到用户间的系统级方法，以及频谱分配与功率控制全面结合的资源分配方法。NOMA可应用于具有两个以上用户的上行链路和下行链路。然而，使用叠加编码和SIC会引起额外的系统复杂性，但同时能够激励用户群集，有效降低系统复杂性。然而，在基于群集的NOMA系统中，确定如何最好地将用户动态分配到具有不同大小的动态数量的簇非常困难。更重要的是所得到的组合优化问题通常求解难度大，并且计算巨大。

发明内容