[发明专利]一种面向毫米波通信的基于可调波束的资源优化分配方法

说明书

本发明公开了一种面向毫米波通信的基于可调波束的资源优化分配方法。所述方法包括以下步骤：构建资源优化分配模型，从用户集合中选取离毫米波基站直线距离最近的信息接收用户为NOMA传输的近端用户；获得近端用户对应的最小角度差；判断近端用户对应的最小角度差是否小于等于波宽：采用单模拟波束实现NOMA传输，完成资源优化分配；针对多模拟子波束情况下构建基于优化用户分组、天线分配和功率分配的两阶段联合方法，获取最优用户配对和天线分配信息，采用分束技术将单模拟波束分成两个子波束实现NOMA传输，完成资源优化分配。本发明针对多用户进行联合优化用户分组、天线分配和功率分配，进一步提升系统的总传输速率。

技术领域

本发明涉及第五代移动通信技术（5G）领域，尤其涉及一种面向毫米波通信的基于可调波束的资源优化分配方法。

背景技术

随着超高数据速率和大容量连接需求的快速增长，目前使用的6 GHz以下通信频段无法完全支持这些业务，已成为5G和超5G移动通信网络中大容量应用的瓶颈，如超高清视频、虚拟现实和增强现实。而毫米波通信（频段为30~300GHz）结合大规模天线阵可以显著提高数据传输速率，被认为是5G移动通信网络的关键技术之一。与此同时，为了更高效地提高频谱使用效率，非正交多址接入（NOMA）技术可以在密集多用户场景下实现高效地多用户传输，实现更高的频谱效率和支持海量连接的能力。因此，将毫米波通信与NOMA技术相结合，为解决网络设备爆炸式增长和大带宽需求的问题提供了一种有效的方法。在现有的技术方案中，有文献提出了一种应用于物联网的机器到机器（M2M）通信系统的毫米波NOMA传输方案和用户配对策略（T. Lv, Y. Ma, J. Zeng, and P. T. Mathiopoulos,Millimeter-wave NOMA transmission in cellular M2M communications for internetof things, IEEE Internet of Things Journal, vol. 5, no. 3, pp. 1989-2000,Jun. 2018.）。传输系统由一个基站（BS）和多个机器类通信（MTC）设备组成，并假设所提出的毫米波NOMA技术同时为多个MTC设备提供数据传输服务。有文献研究了随机波束形成在毫米波NOMA系统中的应用（Z. Ding, P. Fan, and H. V. Poor, Random beamforming inmillimeter-wave NOMA networks, IEEE Access, vol. 5, pp. 7667-7681, Feb.2017.），避免了基站需要预先获知所有用户信道状态信息。利用毫米波传输具有高度方向性和易被阻挡性，采用随机几何方法来表征所提出的基于随机波束的毫米波NOMA传输方案的性能。

有文献研究了NOMA技术在基于混合波束形成的毫米波通信的应用。首先提出了一种基于信道相关性的用户分组算法，然后在此基础上以最大化系统的可实现速率为目标，提出了一个联合混合波束形成和功率分配问题，其中每个用户有最小可实现速率限定要求（L. Zhu, J. Zhang, Z. Xiao, X. Cao, D. O. Wu, and X.-G. Xia, Millimeter-waveNOMA with user grouping, power allocation and hybrid beamforming, IEEETransactions on Wireless Communications, vol. 18, no. 11, pp. 5065-5079, Nov.2019.）。

目前基于NOMA的毫米波信息传输技术中每个毫米波波束仅服务一个用户，当天线阵列所能形成的毫米波波束数量小于需要服务的用户时，无法同时为这些用户提供信息传输服务。面对此情况，需要采用更加灵活的波束分束技术来实现对多用户的信息传输。

发明内容