一种应用于noma中的用户分组机制的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种应用于NOMA中的用户分组机制，属于移动通信技术领域。该机制包含以下模块：信道估计模块、信道相似度和增益差计算模块、用户分组模块；信道估计模块用于在用户端估计基站到用户的信道状态，并将所估计的信道状态发送给基站；信道相似度和增益差计算模块用于根据用户端发送给基站的信道状态构建用户信道相似度矩阵和用户信道增益差矩阵；用户分组模块用于根据从信道相似度和增益差计算模块接收的用户信道相似度矩阵和信道增益差矩阵，并以此为依据构建用来表述分组收益的对称矩阵，利用对称矩阵的特点计算得到用户的最佳分组，并将分组结果输出，用于NOMA技术中的功率分配。本发明可以一次性获得所有用户的最优分组结果，能够很好的解决现有技术中存在的问题。
【专利说明】
一种应用于NOMA中的用户分组机制
技术领域
[0001 ]本发明属于移动通信技术领域，涉及一种应用于Ν0ΜΑ中的用户分组机制。
【背景技术】
[0002] 在无线通信系统中，随着用户需求增加、智能终端普及应用以及新业务需求增长， 无线通信速率已不能满足未来需求，因而需要对资源进行复用。
[0003] 非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,Ν0ΜΑ)，是指将一个资源分 配给多个用户，对复用同一个资源的用户分配不同功率，在接收端通过采用串行干扰消除 接收机(Successive Interference Receiver,SIC)实现解调。
[0004] 针对NOMA的研究成果中，已经有用户分组机制，其主要思想是根据用户所处小区 中的位置，对满足信道条件的用户分配到一组使用Ν0ΜΑ。目前的用户分组机制主要有两种： 基于信道增益的分组机制(类型l，Type 1)和基于消除干扰的分组机制(类型2，Type 2)。
[0005] 类型1用户分组中，基站可以通过用户反馈获得用户的信道状态信息，根据用户信 道状态信息获得用户信道增益，通过将用户信道增益按照一定顺序，例如由小到大的顺序 排列。将信道增益大的用户与信道增益小的用户分为一组。也有的机制根据用户信道增益 将用户分为两个集合，不同集合中的用户随机匹配分到一组。该类型分组虽然可以一次性 得到所有用户的分组，但是并不能保证分组性能。
[0006] 在类型2用户分组机制中，基站通过用户反馈获得用户信道状态信息，对不同用户 间的信道增益差进行计算，为了达到降低干扰的目的，同时计算不同用户之间的信道相似 度，设置适用于Ν0ΜΑ用户分组的信道相似度以及信道增益差门限，对于满足信道增益差和 相似度门限的用户分到一组。该类型的分组虽然可以将分组性能提升，但是因为采用设置 门限的方式，因而需要多次操作才能够获得分组结果。
[0007] 从上述的相关技术可以看出，针对应用于Ν0ΜΑ的用户分组是指根据用户信道状态 对用户进行匹配的机制，类型1对于用户分组具有随机性，不能保证得到最好的用户分组情 况，增加了接收端正确解码的困难性;类型2虽然对于用户的分组克服了随机性，但是与机 制1 一样，并不能获得最优的用户分组结果，此外，如果需要获得波束赋形下的多组用户分 组结果，需要进行多次操作。而在上述相关的技术中，并没有一种技术能在满足得到最优用 户分组的前提下一次性获得所有用户分组的结果。
【发明内容】
[0008] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于Ν0ΜΑ中的用户分组机制，该机制可 以一次性获得所有用户的最优分组结果。
[0009] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0010] -种应用于Ν0ΜΑ中的用户分组机制，该机制包含以下三个模块:信道估计模块、信 道相似度和增益差计算模块、用户分组模块；
[0011]所述信道估计模块主要用于在用户端估计基站到用户的信道状态，并将所估计的 信道状态发送给基站；
[0012] 所述信道相似度和增益差计算模块主要用于根据用户端发送给基站的信道状态 构建用户信道相似度矩阵和用户信道增益差矩阵；
[0013] 用户分组模块主要用于根据从信道相似度和增益差计算模块接收的用户信道相 似度矩阵和信道增益差矩阵，并以此为依据构建用来表述分组收益的对称矩阵，利用对称 矩阵的特点计算得到用户的最佳分组，并将分组结果输出，用于Ν0ΜΑ技术中的功率分配。
[0014] 进一步，在本机制中，信道相似度和增益差计算模块的工作模式为:基站端接收信 道估计模块所发送信息，读取各个用户信道状态的信道状态，构建信道模型，对于单天线，因
其中c为天线远场参考距离处的路径损耗，d表示基站到移动台 的距离
表示阴影衰落，
此处3表示0均值，方差为σ的高斯随机变量 示莱斯衰落
表示瑞利衰落;因此对于多天线，
，进而可以通过用户信道
,用户信道增益差公式
对用户相似度和增益差进行计算，通过计算可得不同用户信道相似度和信道增益差，所得 结果进行处理后可以提取并表示为用户间信道相似度和信道增益差矩阵，将所得用户信道 相似度矩阵和用户信道增益差矩阵发送给用户分组模块。
[0015] 进一步，在本机制中，用户分组模块的工作模式为:对信道相似度矩阵和信道增益 差矩阵进行线性合成，所得矩阵为对称矩阵，利用该矩阵对称性特点，某一行最小元素同为 其对应相等元素所在列的最小元素，若某行最小元素同为其对称元素所在行元素，则提取 该元素对应的用户编号并将其分为同组用户；利用该矩阵是对称矩阵的特点，利用所设计 的分组计算方法对用户进行分组，可以一次性获得所有用户最优分组，并将用户分组结果 输出以便Ν0ΜΑ技术中进行功率分配。
[0016] 进一步，本机制具体包括以下步骤：
[0017] S1:用户接收到基站广播同步信号，根据同步信号的功率估计信道状态:用户信号 的衰减值adB，环境衰落值MB，将信道估计的计算结果构建信道状态信息发送给基站；
[0018] S2:基站接收到用户发送的信道状态信息后，读取其中值并存入缓存，在接收周期 t到达时，读取缓存中所存储的第一个用户信道状态信息，依次读取所存储的第一个到最后 一个信道状态信息，
，其中I |h| |表示h的转置矩阵与矩 阵h的积的最大特征根的平方根值，是指空间上两个向量矩阵的直线距离;得到的值作为第 一个用户与该用户和其他用户的相似度，依次存入矩阵[γυ]中，作为该矩阵的第一行；
[0019] 依次对其他信道状态信息做上述操作，所得结果存入矩阵[γ 所对应的行，直到 该矩阵为方阵;对所得的相似度矩阵进行处理，将用户相似度视为自变量，选用：
[0020]
调节用户信道相似度值，对不同用户相似度值进 行调整以便下面步骤中进行矩阵线性合成之用;经过处理后的相似度矩阵为[au];
[0021] 读取缓存中所存储的第一个用户信道状态信息，依次读取所存储的第一个到最后 一个信道状态信息
，得到的值作 为第一个用户与该用户和其他用户处理后的信道增益差，依次存入矩阵[λ^]中，作为该矩 阵的第一行；
[0022] 依次对其他信道状态信息做上述操作，所得结果存入矩阵[λ^]所对应的行，直到
调节用户信道增益差值，所得矩阵为
[bij]；
[0023] S3:读取方阵[aij]和[bij]，
，所得结果表示为[(?];
[0024] S4:在1到方阵行的最大值之间随机选择一个数，将此数值赋值给k，在矩阵[(?]第 k行中找出最小的元素，读取该元素所在的列的标号，将此值赋值给j，判断第j行第k列元素 是否为第j行最小元素：
[0025] 1)如果是，读取用户信号衰减值七和ak，比较二者大小：
[0026] 11)若α」>ak，则分组将分组以[jk]形式存入缓存；
[0027] 12)若A<ak，则分组将分组以[kj]形式存入缓存；
[0028] 13)去掉原矩阵中k行和第k列，以及j行和j列的全部元素，并判断新得到的矩阵是 否为空矩阵:如果是，则分组结束，输出所存储的全部分组结果;如果不是，重复步骤S4;
[0029] 2)如果不是，则在第j行中找出最小的元素，读取该元素所在的列的标号赋值给k， 重复步骤S4;
[0030] S5:步骤S4中得到的分组结果准备应用于Ν0ΜΑ中功率分配，等待下一个分组周期 并重复步骤Sl -S4。
[0031] 本发明的有益效果在于:本发明提供的一种应用于Ν0ΜΑ中的用户分组机制可以一 次性获得所有用户的最优分组结果，能够很好的解决现有技术中存在的问题。
【附图说明】
[0032] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0033] 图1为应用于Ν0ΜΑ的用户分组机制流程图；
[0034] 图2为本发明中信道估计模块的流程图；
[0035] 图3为本发明中信道相似度和增益差计算模块的流程图；
[0036]图4为本发明中用户分组模块的流程图；
[0037]图5为实用场景不意图。
【具体实施方式】
[0038]下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0039] 本实施例中的系统中包括基站和小区用户，其中该网络由一个小区以及9个Ν0ΜΑ 用户组成，用户分布图如图5所示。
[0040] 图1为应用于Ν0ΜΑ的用户分组机制流程图，本发明通过以下步骤实现应用于Ν0ΜΑ 中基于提尚吞吐量的用户分组机制：
[0041] 1、用户接收到基站广播同步信号，根据同步信号的功率估计信道的衰减值，第一 个用户的信道衰减为110dB，阴影衰落11.7dB，根据衰减可以计算出用户距离基站的距离获 知信道状态，后面各个用户重复上述操作，依次接将信道估计的计算结果构建信道状态信 息发送给基站。图2为本发明中信道估计模块的流程图。
[0042] 2、基站接收到用户发送的信道状态信息后，读取其中值并存入缓存，在接收周期t 到达时，读取缓存中所存储的第一个用户信道状态信息，依次读取所存储的第一个到最后 一个信道状态信息
，得到的值作为第一个用户与该用 户和其他用户的相似度，依次存入矩阵[γ ij]中，作为该矩阵的第一行。
[0043] 依次对其他信道状态信息做上述操作，所得结果存入矩阵[γ 所对应的行，直到 该矩阵为方阵，所得该矩阵为[γυ]，对矩阵[γυ]进行处理将其中用户相似度作为自变 量，
处理所得矩阵为[au]，同理计算信道增益差矩阵 得到矩阵[bu ]对这两个矩阵进行线性处理
得到矩阵[(? ]。
[0045] 图3为本发明中信道相似度和增益差计算模块的流程图。
[0046] 3、在1到方阵行数9之间随机选择一个数，假设为1，在矩阵[Clj]第1行中找出最小 的元素0.0439，该元素所在的位置为第一行第七列，则判断0.0439是否为第七行最小元素。 所以用户1和用户7被分为一组。第一个用户和第七个用户的衰减值α#Ρα7分别为70dB和 llOdB，比较二者大小，由于αι<α7,所以这两个用户以[17]形式存入缓存。去掉原矩阵中1行 和第1列，以及7行和7列的全部元素，因为所得到的新矩阵不是空矩阵，继续分组，按照上述 步骤最后得到分组结果为[17][25][36][89]4,即用户1和用户7-组，用户2和用户5-组， 用户3和用户6-组，用户8和用户9 一组，用户4采用OFDM单独一组。图4为本发明中用户分组 模块的流程图。
[0047] 4、上述步骤中得到的分组结果准备应用于Ν0ΜΑ中功率分配，等待下一个分组周期 并重复步骤1_3。
[0048]最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种应用于NOMA中的用户分组机制，其特征在于:该机制包含以下三个模块:信道估 计模块、信道相似度和增益差计算模块、用户分组模块； 所述信道估计模块主要用于在用户端估计基站到用户的信道状态，并将所估计的信道 状态发送给基站； 所述信道相似度和增益差计算模块主要用于根据用户端发送给基站的信道状态构建 用户信道相似度矩阵和用户信道增益差矩阵； 用户分组模块主要用于根据从信道相似度和增益差计算模块接收的用户信道相似度 矩阵和信道增益差矩阵，并以此为依据构建用来表述分组收益的对称矩阵，利用对称矩阵 的特点计算得到用户的最佳分组，并将分组结果输出，用于NOM技术中的功率分配。2. 根据权利要求1所述的一种应用于NOM中的用户分组机制，其特征在于： 在本机制中，信道相似度和增益差计算模块的工作模式为:基站端接收信道估计模块 所发送信息，读取各个用户信道状态的信道状态，构建信道模型，对于单天线，有其中h表示下行信道，c为天线远场参考距离处的路径损耗，d表 示基站到移动台的距离W表示阴影衰落值，m表示莱斯因子，Θ表示小尺度中莱斯信道所引起 的相位变丨表示莱斯衰落，z表示瑞利衰落的自然变量取值，根据通信用户所在环境 一般取值为〇-I示瑞利衰落;因此对于多天线，，可以通过用户信道 相似度公用户信道增益差公对用户相似度和增益差进行计算，通过计算可得不同用户信道相似度和信道增益差，所得 结果进行处理后可以提取并表示为用户间信道相似度和信道增益差矩阵，将所得用户信道 相似度矩阵和用户信道增益差矩阵发送给用户分组模块。3. 根据权利要求1所述的一种应用于NOM中的用户分组机制，其特征在于： 在本机制中，用户分组模块的工作模式为:对信道相似度矩阵和信道增益差矩阵进行 线性合成，所得矩阵为对称矩阵，利用该矩阵对称性特点，某一行最小元素同为其对应相等 元素所在列的最小元素，若某行最小元素同为其对称元素所在行元素，则提取该元素对应 的用户编号并将其分为同组用户；利用该矩阵是对称矩阵的特点，利用所设计的分组计算 方法对用户进行分组，可以一次性获得所有用户最优分组，并将用户分组结果输出以便 NOMA技术中进行功率分配。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的一种应用于NOMA中的用户分组机制，其特征在 于:具体包括以下步骤： SI:用户接收到基站广播同步信号，根据同步信号的功率估计信道状态：用户信号的衰 减值adB，环境衰落值MB，将信道估计的计算结果构建信道状态信息发送给基站； S2:基站接收到用户发送的信道状态信息后，读取其中值并存入缓存，在接收周期t到 达时，读取缓存中所存储的第一个用户信道状态信息，依次读取所存储的第一个到最后一 个信道状态信息，带入4，其中I |h| I表示h的转置矩阵与矩阵 h的积的最大特征根的平方根值，是指空间上两个向量矩阵的直线距离;得到的值作为第一 个用户与该用户和其他用户的相似度，依次存入矩阵[γυ]中，作为该矩阵的第一行； 依次对其他信道状态信息做上述操作，所得结果存入矩阵[γ υ]所对应的行，直到该矩 阵为方阵;对所得的相似度矩阵进行处理，将用户相似度视为自变量，选用：周节用户信道相似度值，对不同用户相似度值进行调 整以便下面步骤中进行矩阵线性合成之用;经过处理后的相似度矩阵为[aiJ]; 读取缓存中所存储的第一个用户信道状态信息，依次读取所存储的第一个到最后一个 信道状态信息，带入么其中4 = ，得到的值作为第 一个用户与该用户和其他用户处理后的信道增益差，依次存入矩阵[λ^]中，作为该矩阵的 第一行； 依次对其他信道状态信息做上述操作，所得结果存入矩阵[λ^]所对应的行，直到该矩 阵为方阵;选用纟调节用户信道增益差值，所得矩阵为[b"]; S3:读取方阵[aij]和[bij]，讨_，.所得结果表示为[Cij]; S4:在1到方阵行的最大值之间随机选择一个数，将此数值赋值给k，在矩阵[Clj]第k行 中找出最小的元素，读取该元素所在的列的标号，将此值赋值给j，判断第j行第k列元素是 否为第j行最小元素： 1) 如果是，读取用户信号衰减值4和处，比较二者大小： 11) 若4 >ak，则分组将分组以[jk]形式存入缓存； 12) 若4<处，则分组将分组以[kj]形式存入缓存； 13) 去掉原矩阵中k行和第k列，以及j行和j列的全部元素，并判断新得到的矩阵是否为 空矩阵:如果是，则分组结束，输出所存储的全部分组结果;如果不是，重复步骤S4; 2) 如果不是，则在第j行中找出最小的元素，读取该元素所在的列的标号赋值给k，重复 步骤S4; S5:步骤S4中得到的分组结果准备应用于NOMA中功率分配，等待下一个分组周期并重 复步骤S1_S4。
【文档编号】H04W72/04GK106028451SQ201610279476
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】刘占军, 于中华, 李召义, 丁凯, 陈前斌
【申请人】重庆邮电大学