一种有限反馈下非正交多址接入系统下行链路的用户选择方法
【技术领域】：
[0001] 本发明设及5G移动通信技术领域中的非正交多址接入技术，具体设及一种有限 反馈下非正交多址接入系统下行链路的用户选择方法。
【背景技术】：
[0002] 随着互联网+、物联网、工业信息化浪潮的推动，未来移动和无线流量的需求将大 幅增加。因此，5G的目标也是向移动用户提供大容量、高速、高功效的数据服务。为了充分 利用无线资源，人们已经在频率维度、空间维度、时间维度、编码维度等方面进行了探索，提 出了相应的OFDM、MIM0、TDMA、CDMA等技术，并且已经成功应用于现有的移动通信系统中。 除了开拓新的传输频段，例如700MHz，人们也希望提出新的无线资源利用方式进一步提高 传输效率，从而容纳更多的用户和提供更高的数据速率。
[0003] 近来，一种新型的接入方式一-非正交多址接入（NOMA)技术被当做5G的候选技 术提了出来。非正交多址接入技术的核屯、思想在发送端将多路信号进行非正交叠加发送， 然后在接收端采用串行干扰删除（SIC)接收机实现相应数据解调。NOMA技术在发送端基 站将不同用户采用功率复用技术进行叠加发送，且不同用户的信号功率可按照相关的功率 分配方案进行分配，从而获取系统最大的性能增益，同时达到在功率域区分用户的目的；在 接收端，SIC接收机根据不同用户信号功率大小按照一定的顺序进行干扰消除，实现正确解 调。运样在一个信道内多个用户的非正交传输既提高频谱的效率也达到了多个用户同时接 入的目的，此外还可W将(FDM、CDMA等技术与NOMA相结合，实现更高的效率和速率。虽然 非正交传输的思想是由来已久，但是NTTDOCOMO公司最早建议将NOMA作为5G标准的空中 接口技术，并通过系统级仿真和实际测试验证了NOMA技术相对于常规正交接入技术可W 获得20%W上的系统吞吐量增益。尽管5G的具体标准目前还没制定，但是从目前的一些研 究来看，NOM技术既能提高无线资源的利用率和传输效率，又能为异构用户提供同时接入 服务，因此NOMA技术很可能被作为新的多址接入技术纳入5G规范中。
[0004] 目前所收集到的公开资料中，均假设基站或者发送端已知完美的用户信道信息， 并基于此假设验证了NOMA技术可W获得高于传统正交接入技术的系统吞吐量。然而，现实 系统中，信道信息估计本身就存在错误，并且发送端要想获取信道信息则需要接收端通过 有限容量的反馈信道进行量化信道信息的反馈。
【发明内容】
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[0005] 本发明的目的是研究NOM技术在有限反馈下的性能，提供了一种有限反馈下非 正交多址接入系统下行链路的用户选择方法。该选择方法可W使得系统在有限反馈下总体 吞吐量较之于传统技术有所提高。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用了W下技术方案：
[0007] -种有限反馈下非正交多址接入系统下行链路的用户选择方法，包括W下步骤：
[0008] I)小区内K个单天线用户通过基站广播的导频信号获取其自身的信道状态信息 CSI，并通过有限反馈信道将其量化之后的信道方向信息CDIW及信道质量信息CQI反馈给 基站，所述基站部署M个天线，M> 1，K> 2M;
[0009] 2)基站根据接收到的反馈信息，从所述K个单天线用户中选出2M个用户进行传 输，其中基站首先根据候选用户所反馈的信道方向信息CDIW及信道质量信息CQI调度M 个RBF用户W及与之对应的M个波束成形矢量，然后再为M个RBF用户各自匹配一个用户， 运样，2M用户组成M个用户簇，每个波束矢量对应相应的用户簇进行传输；
[0010] 3)基站为M个用户簇分配相同的功率P，每个用户簇内RBF用户和匹配用户根据 功率分配算法完成功率分配。
[0011] 本发明进一步的改进在于：所述步骤1)具体包括W下步骤：
[0012] 基站端和用户端共同维护着一个量化码本F，其中量化码本F由L个子码本组成， 每个子码本由M个相互正交的IXM维单位标准矢量组成；量化码本F大小为N=LM;小 区内K个用户的信道方向信息由F码本中的矢量进行量化，即对于第i个用户的信道方向 信息^ -私/!:私.1!的量化矢量信息CDI，起为用户信道信息为1XM维的矢量，由W下准则获 得：
[0013]
[0014] 定义信道方向矢量起与其量化矢量私之间的夹角为0 1，即紋.换為粗:皆I;对于K 个候选用户中第i个用户，其信道质量信息CQI表达式为：
[0016] 本发明进一步的改进在于：所述步骤2)具体包括W下步骤：
[0017] 设K个候选用户的下标集为旅M个RBF用户下标集为踩，:M个匹配用户下标集为 占4,;首先基站依据用户据反馈的信道方向信息CDIW及信道质量信息CQI，选择最优的RBF 用户集城、W及对应的波束成形矢量Wk, 1 <k<M如下： 阳01引对于第1，1《1 个码本中的第k，l个矢量Vk,在W最大化系统吞吐 量为目标情况下，给出Vk所对应的CQI最大的用户
[0019]
[0020] 因此最优的传输波束组r为：
阳0巧即第k个簇对应的波束矢量为fvf且<i所对应的用户为游知|'即为所选择 第k个簇内的RBF用户，其中€媒;然后再依据每个波束矢量给出第k个簇内匹配 用户的Vp)为 [0023]
[0024]其中，穿(yp)拓!.4。
[00巧]本发明进一步的改进在于：所述步骤3)具体包括W下步骤：
[00%] 为保证用户的服务质量，RBF用户的最低速率要求为Rbf,匹配用户的最低速率为 设第k个簇内，爲;!隶示RBF用户的估计速率，拓表示匹配用户的估计速率，ak为RBF 用户的功率分配系数，1-ak为匹配用户的功率分配系数，g化ki)和g化k2)分别为该簇内RBF用户与匹配用户的信道质量信息，则第k个簇内的功率分配优化目标设置为：
[0035] 故解得上述优化目标为：
[0036] 若上述优化目标ak无解，则基站使用传统正交接入方式传输，即分为两个时隙来 传输2M个用户。
[0037] 相对于现有正交传输技术，本发明具有如下有益效果：
[0038] 本发明所述有限反馈下非正交多址接入系统下行链路的用户选择方法，较之于现 有TDMA技术，系统的总体吞吐量有显著的优势，本发明具体采用用户选择方案和功率分配 方案实现：
[0039] 1)用户选择方案
[0040] 基站根据接收到的反馈信息，从所述K个单天线用户中选出2M个用户进行传输， 其中基站首先根据候选用户所反馈的信道方向信息CDIW及信道质量信息CQI调度M个 RBF用户W及与之对应的M个波束成形矢量，然后再为M个RBF用户各自匹配一个用户，运 样，2M用户组成M个用户簇，每个波束矢量对应相应的用户簇进行传输；
[0041] 2)功率分配方案
[0042] 基站调度完用户集之后，需要为每个簇内的两个用户分配功率，为了保证所有用 户的服务质量，我们给出了W最大化每个簇用户速率为目标的优化方案，通过求解我们得 到了功率分配系数的闭式解，由此证明了存在最优的解可W保证每个用户的服务需求，同 时也达到了最大化系统容量的目标。
【附图说明】：
[0043] 图1为本发明的流程图。
[0044] 图2为本发明的系统模型。
[0045] 图3,图4,图5为本发明的仿真结果，N0MA-RBF-UMPS表示本发明所提算法所调度 用户的和容量，TDMA-RBF-UM表示本发明所提用户调度算法下传统波束成形技术的和容量。 其中图3、图4、图5分别表示系统总吞吐量、匹配用户的和容量W及RBF用户的和容量VS 小区内候选用户K。
【具体实施方式】：
[0046] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0047] 参见图1所示，本发明所述有限反馈下非正交多址接入系统下行链路的用户选择 方法，包括W下步骤：
[0048] 1)小区内K个单天线用户通过基站广播的导频信号获取其自身的信道状态信息 CSI，并通过有限反馈信道将其量化之后的CDIW及CQI反馈给基