CN106230557A

CN106230557A - 基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法及装置

Info

Publication number: CN106230557A
Application number: CN201610627117.1A
Authority: CN
Inventors: 牛凯; 黄欣睿; 司中威; 董超; 贺志强
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2036-08-02
Also published as: CN106230557B; WO2018023732A1

Abstract

本发明公开了基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法及装置，应用于通信技术领域，该数据传输方法包括：获取多个终端及多个终端的传输参数；根据传输参数，将多个终端划分为强用户终端和弱用户终端，划分信噪比区间；根据传输参数，在信噪比区间内，确定最优分割因子；根据最优分割因子，拆分终端的传输功率为多路传输子功率；根据传输子功率，将终端的传输数据进行拆分；将拆分后的传输数据各自进行调制编码并加载传输子功率，其中，至少一路强用户终端的传输子功率被加载到弱用户终端的传输数据上；获取加载传输子功率后的传输数据，并采用非正交的方式进行后续传输。本发明提高了终端与基站间的传输效率，信道资源利用更加充分。

Description

基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法及装置。

背景技术

5G移动通信系统是下一代移动通信系统，5G移动通信系统是目前行业内重点关注和研究的热门领域。eMBB(enhanced Mobile Broadband，增强移动宽带)、mMTC(massiveMachine Type Communications，海量低功耗连接)和URLLC(Ultra-Reliable and LowLatency Communications，低时延高可靠连接)作为5G移动通信系统中的三类典型场景被提出。由于各个场景面临的挑战存在差异，所以多址接入方案的选择也应根据各个场景的核心需求而不同。

NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access，非正交多址接入)技术是未来无线通信系统的关键候选技术之一。在应用NOMA方案进行终端的数据传输时，首先在发送端将终端的传输数据进行调制编码，然后给调制编码后的传输数据分配发送功率，再然后采用非正交传输发送功率后的传输数据，最后在接收端通过SIC(Successive InterferenceCancellation，串行干扰消除)接收机实现正确解调。但在实际数字通信系统中，NOMA技术会存在用户实际QoS(Quality-of-Service，业务质量)需求与信道条件之间不匹配的矛盾。现有的NOMA技术的功率域实现方案无法灵活地调整终端的传输速率；并且，现有的实现方案无法实现用户实际QoS需求与信道条件的良好匹配；还有，现有的实现方案会导致无线信道资源的不合理利用，从而使得会限制系统性能。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法及装置，以实现灵活地调整终端与基站间的传输效率、用户实际QoS需求与信道条件的良好匹配，无线信道资源的合理利用，从而使得系统性能利用更加充分。

为达到上述目的，第一方面，本发明实施例公开了基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法，包括：

获取多个终端及多个所述终端的传输参数；

根据所述传输参数，将多个所述终端划分为强用户终端和弱用户终端，并划分信噪比区间，其中，所述强用户终端的实际业务质量所需的传输速率、小于所述强用户终端与基站之间的信道条件所支持的传输速率，所述弱用户终端的实际业务质量所需的传输速率、大于所述弱用户终端与所述基站之间的信道条件所支持的传输速率；

根据所述传输参数，在所述信噪比区间内，确定最优分割因子，其中，所述最优分割因子为分割所述强用户终端传输功率的待分割功率；

根据所述最优分割因子，至少拆分一个所述强用户终端的传输功率为第一路传输功率及第二路传输功率，其中，所述第一路传输功率与所述最优分割因子的数值相同，所述第二路传输功率为所述强用户终端传输功率中除所述第一路传输功率以外的剩余的传输功率；

获取所述弱用户终端的传输功率，加载所述弱用户终端的传输功率至调制编码后的可支持数据上，其中，所述可支持数据为所述弱用户终端的传输功率可支持携带的所述弱用户终端的传输数据；

获取所述第一路传输功率，加载所述第一路传输功率至调制编码后的过载数据上，获取所述第二路传输功率，加载所述第二路传输功率至调制编码后的所述强用户终端的传输数据上，其中，所述过载数据为所述弱用户终端的传输数据中除所述可支持数据之外的传输数据；

采用非正交的方式传输弱用户数据流、第一数据流及第二数据流，其中，所述弱用户数据流为调制编码后的可支持数据加载所述弱用户终端的传输功率后所形成的数据流，所述第一数据流为所述调制编码后的过载数据加载所述第一路传输功率后所形成的数据流，所述第二数据流为所述调制编码后的所述强用户终端的传输数据加载所述第二路传输功率后所形成的数据流。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实施方式中，所述传输参数至少包括：所述终端的传输数据，所述终端的传输速率，所述终端的传输功率，所述终端与所述基站之间的信道响应系数及所述终端的实际业务质量需求中的一种或多种。

结合第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，所述划分信噪比区间，包括：

根据所述传输参数中所述终端的传输速率，在所述强用户终端的传输速率大于所述弱用户终端的传输速率时，划分信噪比区间。

结合第一方面、第一方面的第一种或第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，所述确定最优分割因子，包括：

在所述弱用户数据流的解调顺序、位于所述第一数据流的解调顺序、和所述第二数据流的解调顺序之间时，确定所述最优分割因子的第一取值范围，其中，所述解调顺序为接收所述终端的数据流时，信干噪比值由大到小的排序顺序；

选择所述弱用户数据流、所述第一数据流和所述第二数据流中，信干噪比值最小的数据流作为最小信干噪比数据流，并在所述最小信干噪比数据流的能量信噪比处于预设通信区域内时，确定所述最优分割因子的第二取值范围；

在所述弱用户数据流的调制阶数符合预设条件时，确定所述最优分割因子的第三取值范围；

在所述信噪比区间内，将所述第一取值范围、所述第二取值范围和所述第三取值范围取交集，得到最终分割因子取值范围；

获取当前通信条件，在所述最终分割因子取值范围内查找到与所述当前通信条件对应的最优分割因子。

结合第一方面、第一方面的第一种至第三种中的任一种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，所述获取所述弱用户终端的传输功率，加载所述弱用户终端的传输功率至调制编码后的可支持数据上，包括：

获取所述弱用户终端的传输功率，根据所述弱用户终端的传输功率，将所述可支持数据进行调制编码，得到所述调制编码后的可支持数据；

加载所述弱用户终端的传输功率至所述调制编码后的可支持数据上。

结合第一方面、第一方面的第一种至第四种中的任一种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，所述获取所述第一路传输功率，加载所述第一路传输功率至调制编码后的过载数据上，获取所述第二路传输功率，加载所述第二路传输功率至调制编码后的所述强用户终端的传输数据上，包括：

获取所述第一路传输功率及所述第二路传输功率；

根据所述第一路传输功率，将所述过载数据进行调制编码，加载所述第一路传输功率至所述调制编码后的过载数据上；

根据所述第二路传输功率，将所述强用户终端的传输数据进行调制编码，加载所述第二路传输功率至所述调制编码后的所述强用户终端的传输数据上。

结合第一方面、第一方面的第一种至第五种中的任一种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，多个所述终端之间通过D2D进行通信。

第二方面，本发明提供了基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输装置，包括：

终端获取模块，用于获取多个终端及多个所述终端的传输参数；

信噪比区间划分模块，用于根据所述传输参数，将多个所述终端划分为强用户终端和弱用户终端，并划分信噪比区间，其中，所述强用户终端的实际业务质量所需的传输速率、小于所述强用户终端与基站之间的信道条件所支持的传输速率，所述弱用户终端的实际业务质量所需的传输速率、大于所述弱用户终端与所述基站之间的信道条件所支持的传输速率；

最优分割因子确定模块，用于根据所述传输参数，在所述信噪比区间内，确定最优分割因子，其中，所述最优分割因子为分割所述强用户终端传输功率的待分割功率；

传输功率分割模块，用于根据所述最优分割因子，至少拆分一个所述强用户终端的传输功率为第一路传输功率及第二路传输功率，其中，所述第一路传输功率与所述最优分割因子的数值相同，所述第二路传输功率为所述强用户终端传输功率中除所述第一路传输功率以外的剩余的传输功率；

第一加载模块，用于获取所述弱用户终端的传输功率，加载所述弱用户终端的传输功率至调制编码后的可支持数据上，其中，所述可支持数据为所述弱用户终端的传输功率可支持携带的所述弱用户终端的传输数据；

第二加载模块，用于获取所述第一路传输功率，加载所述第一路传输功率至调制编码后的过载数据上，获取所述第二路传输功率，加载所述第二路传输功率至调制编码后的所述强用户终端的传输数据上，其中，所述过载数据为所述弱用户终端的传输数据中除所述可支持数据之外的传输数据；

后续传输模块，用于采用非正交的方式传输弱用户数据流、第一数据流及第二数据流，其中，所述弱用户数据流为调制编码后的可支持数据加载所述弱用户终端的传输功率后所形成的数据流，所述第一数据流为所述调制编码后的过载数据加载所述第一路传输功率后所形成的数据流，所述第二数据流为所述调制编码后的所述强用户终端的传输数据加载所述第二路传输功率后所形成的数据流。

结合第二方面，在等二方面的第一种可能的实施方式中，所述信噪比区间划分模块，包括：

终端划分子模块，用于根据所述传输参数，将多个所述终端划分为强用户终端和弱用户终端，其中，所述强用户终端的实际业务质量所需的传输速率、小于所述强用户终端与基站之间的信道条件所支持的传输速率，所述弱用户终端的实际业务质量所需的传输速率、大于所述弱用户终端与所述基站之间的信道条件所支持的传输速率；

区间划分子模块，用于根据所述传输参数中所述终端的传输速率，在所述强用户终端的传输速率大于所述弱用户终端的传输速率时，划分信噪比区间。

结合第二方面、第二方面的第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，所述最优分割因子确定模块，包括：

第一取值范围确定子模块，用于在所述弱用户数据流的解调顺序、位于所述第一数据流的解调顺序、和所述第二数据流的解调顺序之间时，确定所述最优分割因子的第一取值范围，其中，所述解调顺序为接收所述终端的数据流时，信干噪比值由大到小的排序顺序；

第二取值范围确定子模块，用于选择所述弱用户数据流、所述第一数据流和所述第二数据流中，信干噪比值最小的数据流作为最小信干噪比数据流，并在所述最小信干噪比数据流的能量信噪比处于预设通信区域内时，确定所述最优分割因子的第二取值范围；

第三取值范围确定子模块，用于在所述弱用户数据流的调制阶数符合预设条件时，确定所述最优分割因子的第三取值范围；

最终取值范围确定子模块，用于在所述信噪比区间内，将所述第一取值范围、所述第二取值范围和所述第三取值范围取交集，得到最终分割因子取值范围；

最优分割因子查找子模块，用于获取当前通信条件，在所述最终分割因子取值范围内查找到与所述当前通信条件对应的最优分割因子。

由上述技术方案可见，本发明实施例的方法能够在终端的传输功率已经分配或受制约束的情况下，在适合的信噪比区间内，将所述强用户终端的传输功率进行拆分来协助所述弱用户终端传输数据，从而实现了用户实际业务质量需求与信道条件之间的良好匹配，充分利用了无线信道资源，在系统频谱效率几乎没有性能损失的情况下显著提升了终端与基站间的传输效率，有效改善了系统的性能。另外，本发明实施例提出了所述强用户终端和所述弱用户终端的划分依据，该划分依据有效地划分了所述强用户终端和所述弱用户终端，也为拆分所述强用户终端的传输功率提供了技术上的支持；根据所述传输参数，在所述信噪比区间内，确定最优分割因子，提高了本发明在实际移动通信场景中的灵活性，在提升传输数据传输效率的同时，还能够有效的适应各种传输需求。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法的一种流程示意图；

图2为本发明实施例的实际通信场景的示意图；

图3为本发明实施例的多终端传输数据的系统简化示意图；

图4为本发明实施例的最优分割因子选择方法的流程示意图；

图5为本发明实施例的MCS(Modulation and Coding Scheme，调制与编码策略)自适应选择策略的流程示意图；

图6为本发明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法的另一种流程示意图；

图7为本发明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输装置的结构示意图；

图8为本发明实施例的性能仿真对比结果的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。根据本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图1为本发明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法的一种流程示意图，包括如下步骤：

步骤101，获取多个终端及多个终端的传输参数。

其中，多个终端之间通过D2D进行通信。

步骤102，根据传输参数，将多个终端划分为强用户终端和弱用户终端，并划分信噪比区间，其中，强用户终端的实际业务质量所需的传输速率、小于强用户终端与基站之间的信道条件所支持的传输速率，弱用户终端的实际业务质量所需的传输速率、大于弱用户终端与基站之间的信道条件所支持的传输速率。

步骤103，根据传输参数，在信噪比区间内，确定最优分割因子，其中，最优分割因子为分割强用户终端传输功率的待分割功率。

本发明实施例实现的关键在于有效拆分强用户终端的传输功率，因此最优分割因子的选择尤为重要，准确的确定最优分割因子才能实现终端功率的最佳分配。

步骤104，根据最优分割因子，至少拆分一个强用户终端的传输功率为第一路传输功率及第二路传输功率，其中，第一路传输功率与最优分割因子的数值相同，第二路传输功率为强用户终端传输功率中除第一路传输功率以外的剩余的传输功率。

步骤105，获取弱用户终端的传输功率，加载弱用户终端的传输功率至调制编码后的可支持数据上，其中，可支持数据为弱用户终端的传输功率可支持携带的弱用户终端的传输数据。

步骤106，获取第一路传输功率，加载第一路传输功率至调制编码后的过载数据上，获取第二路传输功率，加载第二路传输功率至调制编码后的强用户终端的传输数据上，其中，过载数据为弱用户终端的传输数据中除可支持数据之外的传输数据。

步骤107，采用非正交的方式传输弱用户数据流、第一数据流及第二数据流，其中，弱用户数据流为调制编码后的可支持数据加载弱用户终端的传输功率后所形成的数据流，第一数据流为调制编码后的过载数据加载第一路传输功率后所形成的数据流，第二数据流为调制编码后的强用户终端的传输数据加载第二路传输功率后所形成的数据流。

可见本发明实施例提供的方法，将强用户终端的传输功率进行拆分来协助弱用户终端传输数据，从而实现了用户实际业务质量需求与信道条件之间的良好匹配，充分利用了无线信道资源，在系统频谱效率几乎没有性能损失的情况下显著提升了终端与基站间的传输效率，有效改善了系统的性能。

优选的，在本发明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法中，传输参数至少包括：终端的传输数据，终端的传输速率，终端的传输功率，终端与基站之间的信道响应系数及终端的实际业务质量需求中的一种或多种。

优选的，在本发明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法中，划分信噪比区间具体为：根据传输参数中终端的传输速率，在强用户终端的传输速率大于弱用户终端的传输速率时，划分信噪比区间。

RS-NOMA(Rate-Splitting Non-Orthogonal Multiple Access，速率分割非正交多址接入)技术方案的核心思想是通过拆分强用户终端的传输功率来协助弱用户终端传输部分数据，因此，在拆分强用户终端的传输功率之前，要区分强用户终端和弱用户终端。根据终端的传输参数，将实际业务质量所需的传输速率、小于终端自身与基站之间的信道条件所支持的传输速率的终端划分为强用户终端，将实际业务质量所需的传输速率、大于终端自身与基站之间的信道条件所支持的传输速率的终端划分为弱用户终端。

根据终端的传输速率，可以进行信噪比区间的划分。在强用户终端的传输速率低于或等于弱用户终端的传输速率时，使δ为零，其中δ为分割因子，此时的RS-NOMA方案等效于传统的NOMA技术在功率域的实现方案；在强用户终端的传输速率高于弱用户终端的传输速率时，划分信噪比区间，该信噪比区间内可以选择δ_opt对强用户终端的传输功率进行拆分，其中，δ_opt为最优分割因子。

参见图2，图2为本发明实施例的实际通信场景的示意图。强用户终端201和弱用户终端202分别向基站203传输数据，强用户终端201和弱用户终端202之间存在D2D(Device-to-Device，设备到设备)通信链路204。其中，P₁为该强用户终端201的传输功率，P₂为弱用户终端202的传输功率，P₁₁为第二路传输功率，P₂₁为第一路传输功率，R₁为强用户终端201的传输速率，R₂为弱用户终端202的传输速率；x₁为强用户终端201的传输数据，x₂为弱用户终端202的传输数据，其中，画竖线的部分表示弱用户终端202的可支持数据；x₂₁为弱用户终端202的过载数据，x₂₂为弱用户终端202的可支持数据。

强用户终端201的传输速率为R₁，弱用户终端202的传输速率为R₂，满足R₁＞R₂的信噪比区间即为适合RS-NOMA方案对强用户终端的功率进行拆分的信噪比区间。将R₁和R₂的具体公式代入R₁＞R₂中，计算得到的信噪比区间由下式给出：

S N R < 10 l o g \frac{(P_{1} | h_{1} |^{2} - P_{2} | h_{2} |^{2}) (P_{1} + P_{2})}{P_{2}^{2} | h_{2} |^{4}}

其中，SNR为信噪比，h₁为强用户终端201与基站之间的信道响应系数，h₂为弱用户终端202与基站之间的信道响应系数；P₁为强用户终端201的实际功率，P₂为弱用户终端202的实际功率。

在不同的场景中信道响应系数和实际功率发生变化时，信噪比区间的划分也会变化，需要重新计算。

通过本发明实施例提出的信噪比区间划分方法，有效的实现了信噪比区间的划分，为后续在该信噪比区间内选择最优分割因子提供了技术上的支持。

优选的，在本发明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法中，根据传输参数，在信噪比区间内，确定最优分割因子，包括：

第一步，在弱用户数据流的解调顺序、位于第一数据流的解调顺序、和第二数据流的解调顺序之间时，确定最优分割因子的第一取值范围，其中，解调顺序为接收终端的数据流时，信干噪比值由大到小的排序顺序。

第二步，选择弱用户数据流、第一数据流和第二数据流中，信干噪比值最小的数据流作为最小信干噪比数据流，并在最小信干噪比数据流的能量信噪比处于预设通信区域内时，确定最优分割因子的第二取值范围。

第三步，在弱用户数据流的调制阶数符合预设条件时，确定最优分割因子的第三取值范围。

第四步，在信噪比区间内，将第一取值范围、第二取值范围和第三取值范围取交集，得到最终分割因子取值范围。

第五步，获取当前通信条件，在最终分割因子取值范围内查找到与当前通信条件对应的最优分割因子。

在接收端，所有的数据流中的每个数据流可以被视作单独的用户，并对每个数据流进行SIC检测。每个数据流解调顺序依据接收信干噪比的大小进行排序。令调制编码后的可支持数据加载弱用户终端的传输功率后所形成的数据流为弱用户数据流，调制编码后的过载数据加载第一路传输功率后所形成的数据流为第一数据流，调制编码后的强用户终端的传输数据加载第二路传输功率后所形成的数据流为第二数据流，其中，弱用户数据流的解调顺序要位于第一数据流和第二数据流的解调顺序之间。

参见图2，VDS₂₂的信干噪比为SINR₂₂，VDS₁₁的信干噪比分为SINR₁₁，VDS₂₁的信干噪比分为SINR₂₁，其中，VDS₂₂为弱用户数据流，VDS₁₁为第二数据流，VDS₂₁为第一数据流。根据δ的大小分为两种情况进行计算。

当δ＜P₁/2时，根据SINR₁₁和SINR₂₁的具体公式可以直接判断出SINR₂₁＜SINR₁₁，此时弱用户数据流的信干噪比、第一数据流的信干噪比和第二数据流的信干噪比要满足关系如下：

SINR₂₁＜SINR₂₂＜SINR₁₁

将具体公式代入上式，计算出δ的第一取值范围由下式给出：

δ < \{\begin{matrix} \frac{P_{2}^{2} | h_{2} |^{4} + P_{1} P_{2} | h_{1} |^{2} | h_{2} |^{2} + P_{2} | h_{2} |^{2} σ_{n}^{2}}{P_{1} | h_{1} |^{4} + | h_{1} |^{2} σ_{n}^{2} + P_{2} | h_{1} |^{2} | h_{2} |^{2}}, & P_{1} | h_{1} |^{2} > 2 P_{2} | h_{2} |^{2} \\ \frac{P_{1}^{2} | h_{1} |^{4} - P_{2}^{2} | h_{2} |^{4} + (P_{1} | h_{1} |^{2} - P_{2} | h_{2} |^{2}) σ_{n}^{2}}{P_{1} | h_{1} |^{2} + | h_{1} |^{2} σ_{n}^{2} + P_{2} | h_{1} |^{2} | h_{2} |^{2}}, & P_{1} | h_{1} |^{2} < 2 P_{2} | h_{2} |^{2} \end{matrix}

其中，h₁为强用户终端201与基站之间的信道响应系数，h₂为弱用户终端202与基站之间的信道响应系数；P₁为强用户终端201的实际功率，P₂为弱用户终端202的实际功率；为噪声方差。

当δ＞P₁/2时，同理，根据SINR₁₁和SINR₂₁的具体公式可以直接判断出SINR₁₁<SINR₂₁，此时弱用户数据流的信干噪比、第一数据流的信干噪比和第二数据流的信干噪比要满足关系如下：

SINR₁₁＜SINR₂₂＜SINR₂₁

δ > \{\begin{matrix} \frac{P_{1}^{2} | h_{1} |^{4} - P_{2}^{2} | h_{2} |^{4} + (P_{1} | h_{1} |^{2} - P_{2} | h_{2} |^{2}) σ_{n}^{2}}{P_{1} | h_{1} |^{4} + | h_{1} |^{2} σ_{n}^{2} + P_{2} | h_{1} |^{2} | h_{2} |^{2}}, & P_{1} | h_{1} |^{2} > 2 P_{2} | h_{2} |^{2} \\ \frac{P_{2}^{2} | h_{2} |^{4} + P_{1} P_{2} | h_{1} |^{2} | h_{2} |^{2} + P_{2} | h_{2} |^{2} σ_{n}^{2}}{P_{1} | h_{1} |^{4} + | h_{1} |^{2} σ_{n}^{2} + P_{2} | h_{1} |^{2} | h_{2} |^{2}}, & P_{1} | h_{1} |^{2} < 2 P_{2} | h_{2} |^{2} \end{matrix}

通过上述方法，可以确定最优分割因子的第一取值范围。

根据通信系统的传输可靠性，对解调顺序处于最末位的数据流进行考虑，尽可能保证其能量信噪比要尽量落在预设通信区域内，其中，E_b为每比特的信号能量，预设通信区域由下式给出：

\frac{E_{b}}{σ_{n}^{2}} > \frac{2^{R_{A M C} / W} - 1}{R_{A M C} / W}

参见图2，VDS₁₁，VDS₂₁和VDS₂₂的解调顺序受到δ取值的影响，因此，同样根据δ的大小分为两种情况进行计算。

当δ＜P₁/2时，解调顺序处于最末位的数据流为VDS₂₁，为保证其可靠通信，对δ的第二取值范围的进一步计算由下式给出：

\begin{matrix} \frac{E_{b}}{σ_{n}^{2}} > \frac{2^{R_{A M C} / W} - 1}{R_{A M C} / W} \\ &DoubleRightArrow; \frac{δ}{R_{A M C} \times σ_{n}^{2}} - > \frac{2^{R_{A M C}} - 1}{R_{A M C} / W} \\ &DoubleRightArrow; δ > σ_{n}^{2} \times (2^{R_{A M C}} - 1) \times W \end{matrix}

其中，E_b为每比特的信号能量，R_AMC为传输数据自适应选择的MCS(Modulation andCoding Scheme，调制与编码策略)等级所对应的信息速率，W为系统带宽.为噪声方差。

当δ＞P₁/2时，解调顺序处于最末位的数据流为VDS₁₁，同理，为保证其可靠通信，对δ的第二取值范围的进一步计算由下式给出：

\begin{matrix} \frac{E_{b}}{σ_{n}^{2}} > \frac{2^{R_{A M C} / W} - 1}{R_{A M C} / W} \\ &DoubleRightArrow; \frac{P_{1} - δ}{R_{A M C} \times σ_{n}^{2}} > \frac{2^{R_{A M C}} - 1}{R_{A M C} / W} \\ &DoubleRightArrow; δ < P_{1} - σ_{n}^{2} \times (2^{R_{A M C}} - 1) \times W \end{matrix}

通过上述方法，可以确定最优分割因子的第二取值范围。

当采用RS-NOMA方案后，根据理论分析，弱用户数据流的传输速率会小于、未采用RS-NOMA方案时弱用户终端的数据流的传输速率，并导致弱用户数据流自适应选择MCS等级降低。为避免弱用户数据流的吞吐量降低过度，要保证弱用户数据流的调制阶数在采用RS-NOMA方案后符合预设条件，其中，预设条件为采用RS-NOMA方案前的弱用户终端的数据流的调制阶数、与采用RS-NOMA方案后的弱用户数据流的调制阶数、的差值的绝对值小于或等于2。数据流的调制阶数表示为m＝log₂M，M为调制符号的进制数。

参见图2所示的实际场景，采用RS-NOMA方案前，弱用户终端202的数据流的调制阶数为m₂；采用RS-NOMA方案后，VDS₂₂的调制阶数为为保证弱用户终端202的吞吐量在采用RS-NOMA方案后不过度损失，规定VDS₂₂的调制阶数在采用RS-NOMA方案后不会超过预设条件，对δ的第三取值范围由下式给出：

| m_{2} - m_{{VDS}_{22}} | \leq 2

通过上述方法，可以确定最优分割因子的第三取值范围。

综合上述方法，将第一取值范围、第二取值范围和第三取值范围取交集得到最终分割因子取值范围，最终分割因子取值范围的集合为其中，k为正整数。根据实际通信中的当前通信条件确定最优分割因子δ_opt。例如，参见图2，在当前通信条件为需要强用户终端201拆分出的第一传输功率尽可能多的协助弱用户终端202传输数据时，则应在集合中选择最大值作为最优分割因子。

在本发明实施例中，通过确定最终分割因子取值范围，增加了应用RS-NOMA技术传输数据的可靠性；通过确定最终分割因子取值范围，减少了噪声对传输数据的影响；通过确定最终分割因子取值范围，防止采用RS-NOMA方案后弱用户数据流的吞吐量降低过度；通过对当前通信条件的判定，有效的确定了最优分割因子，在提升传输效率的同时，还能够适应各种传输需求。

优选的，在本发明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法中，获取弱用户终端的传输功率，加载弱用户终端的传输功率至调制编码后的可支持数据上，包括：

第一步，获取弱用户终端的传输功率，根据弱用户终端的传输功率，将可支持数据进行调制编码，得到调制编码后的可支持数据。

第二步，加载弱用户终端的传输功率至调制编码后的可支持数据上。

通过本发明实施例，实现了将可支持数据进行调制编码，并为调制编码后的可支持数据加载了弱用户终端的传输功率，为采用非正交的方式传输弱用户数据流提供了技术支持。

优选的，在本发明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法中，获取第一路传输功率，加载第一路传输功率至调制编码后的过载数据上，获取第二路传输功率，加载第二路传输功率至调制编码后的强用户终端的传输数据上，包括：

第一步，获取第一路传输功率及第二路传输功率。

第二步，根据第一路传输功率，将过载数据进行调制编码，加载第一路传输功率至调制编码后的过载数据上。

第三步，根据第二路传输功率，将强用户终端的传输数据进行调制编码，加载第二路传输功率至调制编码后的强用户终端的传输数据上。

通过本发明实施例，实现了将过载数据和强用户终端的传输数据进行调制编码，并为调制编码后的过载数据和强用户终端的传输数据各自加载了第一路传输功率和第二路传输功率，为采用非正交的方式传输第一数据流和第二数据流提供了技术支持。

优选的，在本发明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法中，多个终端之间通过D2D进行通信。

采用RS-NOMA方案时需要确保多个终端之间已知对方的传输参数，这样才能让强用户终端划分传输功率来协助弱用户终端传输数据。在多个终端之间添加D2D通信链路，通过D2D通信链路满足多个终端之间互相传递信息。

通过本发明实施例，实现了多个终端之间信息的传递。

参见图3，图3为本发明实施例的多终端传输数据的系统简化示意图。其中r_i为自适应选择的MCS等级对应的传输码率，i＝1,2…，L-1。P_i为经过拆分的分配给各路数据流的功率，i＝1,2…，L-1。当终端数量为L(L为大于1的整数)时，根据RSMA(Rate-SplittingMultiple Access，速率分割多址接入)技术的基础理论，将L个终端的实际数据流拆分为2L-1路虚拟数据流，每路拆分后的数据流分别自适应地选择MCS等级并进行后续传输。

通过本发明实施例，将L个终端的传输功率进行有效分配，实现了RS-NOMA方案在存在L个终端时的应用。

参见图4，图4为本发明实施例的最优分割因子选择方法的流程示意图,包括：

步骤401，进行参数的初始化设定，令δ为零，其中，δ为分割因子。

步骤402，遍历δ的取值区间，在此时δ的取值上增加一个适宜的步长Δδ。

步骤403，判断此时δ的取值是否在合适调解顺序约束的取值区间内，若是则实施步骤404，若否则实施步骤407。

步骤404，判断此时δ的取值是否在传输可靠性约束的取值区间内，若是则实施步骤405，若否则实施步骤407。

步骤405，判断此时δ的取值是否在合理MCS等级约束的取值区间内，若是则实施步骤406，若否则实施步骤407。

步骤406，判断δ的取值范围，收录符合条件的δ，记录可选则的δ的集合

步骤407，判断此时δ的取值是否大于分割因子可取的最大值，若否则实施步骤402，若是则实施步骤408。

步骤408，根据当前通信条件的实际需求从集合中选择δ_opt，其中，δ_opt为最优分割因子。

在进行参数的初始化设定时，参见图2，设定h₁为强用户终端201与基站之间的信道响应系数，h₂为弱用户终端202与基站之间的信道响应系数；P₁为强用户终端201的实际功率，P₂为弱用户终端202的实际功率；噪声方差为对强用户终端的传输功率进行分割的分割因子为δ，其初始取值范围应满足0≤δ＜P₁。在最优分割因子的选择算法中，需遍历δ的取值区间进行搜索，令δ的初始值为零，设定搜索步长为Δδ，对δ的取值范围逐步进行确定，最终获得集合和δ_opt。

可见通过本发明实施例，增加了应用RS-NOMA技术传输数据的可靠性，减少了噪声对传输数据的影响，防止采用RS-NOMA方案后弱用户数据流的吞吐量降低过度，有效的确定了最优分割因子，在提升传输效率的同时，还能够适应各种传输需求。

在将传输数据加载传输功率前，还需要将传输数据进行调制编码，具体表现为传输数据自适应的选择MCS等级。

参见图5，图5为本发明实施例的MCS自适应选择策略的流程示意图包括：

步骤501，计算传输数据的SI(Symbol Mutual Information，符号互信息)。

步骤502，根据传输数据的SI得到传输数据的RBIR(Received Bit MutualInformation Rate，接收比特互信息)。

步骤503，根据已经仿真得到的各调制阶数的符号互信息曲线制成的表格，查找该传输数据的接收比特互信息RBIR所对应的等效信干噪比SINR_eff。

步骤504，参照仿真得到的所有MCS等级下的加性白高斯信道链路级的性能曲线，根据SINR_eff和BLER(Block Error Ratio，误块率)之间的映射关系，找到当前SINR_eff所对应的BLER为0.1时的MCS等级。

步骤505，将当前SINR_eff所对应的BLER为0.1时的MCS等级确定为自适应选择的MCS等级，从而确定传输数据的调制方式与传输数据块长度。

可见通过本发明实施例，可以有效的将传输数据进行调制编码。

参见图6，图6为本发明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法的另一种流程示意图，其步骤包括：

步骤601，获取终端的传输参数，对当前的实施场景进行适用性技术评估。

步骤602，基于终端的传输参数，对当前实施场景的参数进行初始化设定。

步骤603，基于终端的传输参数，划分RS-NOMA方案的信噪比区间。

步骤604，判断传输功率及信道响应系数是否发生了变化，若发生了变化，执行步骤603，若未发生变化，执行步骤605。

步骤605，基于终端的传输参数，遍历δ的取值区间，选择最优分割因子。

步骤606，基于最优分割因子，将终端的传输功率拆分为多路传输子功率。

步骤607，基于最优分割因子，将终端的实际数据流拆分为多路虚拟数据流。

步骤608，使虚拟数据流自适应的选择调制编码方式，并加载传输子功率和进行后续传输。

当终端与基站之间进行数据传输时，首先，需要对实施场景进行适用性评估，具体表现为对终端的初始传输状态的评估。作为一种新型NOMA技术，RS-NOMA技术对于终端的初始传输状态存在一定要求。在终端之间的初始传输速率差异过大时，直接进行功率的重新分配比RS-NOMA技术更为合理和有效；在终端之间的初始传输速率差异过小时，采用RS-NOMA技术并无必要，此时采用RS-NOMA技术甚至会降低传输效率与增加复杂度。因此，只有在终端之间初始的传输差异适中时，采用RS-NOMA技术才能有效且合理地利用信道资源，并改善系统性能。经过评估，若认定为适用场景，则可以进行参数的初始化设定。

其次，需要根据终端的传输参数，划分RS-NOMA方案的信噪比区间。需要说明的是，在不同的场景中，信噪比区间的划分会不同，信噪比区间需要重新计算；用户的发送功率及信道响应系数改变时，信噪比区间的划分也会不同，信噪比区间需要重新计算。然后，基于终端的传输参数，遍历δ的取值区间，选择最优分割因子。

再然后，基于最优分割因子，将终端的传输功率拆分为多路传输子功率。基于最优分割因子，将终端的实际数据流拆分为多路虚拟数据流，此处所说的对实际数据流进行拆分，是通过拆分终端的传输功率实现的。将终端的传输功率拆分为多路传输子功率后，会对终端的传输数据进行调制编码。根据传输子功率，将终端的传输数据进行调制编码并加载该传输子功率，生成虚拟数据流。因为传输子功率是基于最优分割因子拆分成的，所以虚拟数据流也就等效于基于最优分割因子拆分成的。参见图2，进行自适应调制编码的过程包含确定数据块长度的过程。在采用RS-NOMA方案后，对于弱用户终端202，只传输x₂中的可支持数据，即画竖线的方块数据。x₂中的可支持数据的数据块长是根据自适应调制编码确定的，从整个x₂的传输数据中切割出x₂中画竖线的方块数据，加载弱用户终端202的传输功率，将加载传输功率后的可支持数据进行后续传输。剩余的过载数据，即画横线的方块的数据，则由强用户终端201的传输功率拆分出的传输子功率进行加载和传输。

通过本发明实施例，可以在终端的传输功率已经分配或受制约束的情况下，在适合的信噪比区间内，将强用户终端的传输功率进行拆分来协助弱用户终端传输数据；本发明实施例实现了用户实际业务质量需求与信道条件之间的良好匹配，充分利用了无线信道资源，在系统频谱效率几乎没有性能损失的情况下显著提升了用户与基站间的传输效率，有效改善了系统的性能。

参见图7，图7为本发明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输装置的结构示意图，包括：

终端获取模块701，用于获取多个终端及多个终端的传输参数。

信噪比区间划分模块702，用于根据传输参数，将多个终端划分为强用户终端和弱用户终端，并划分信噪比区间，其中，强用户终端的实际业务质量所需的传输速率、小于强用户终端与基站之间的信道条件所支持的传输速率，弱用户终端的实际业务质量所需的传输速率、大于弱用户终端与基站之间的信道条件所支持的传输速率。

最优分割因子确定模块703，用于根据传输参数，在信噪比区间内，确定最优分割因子，其中，最优分割因子为分割强用户终端传输功率的待分割功率。

传输功率分割模块704，用于根据最优分割因子，至少拆分一个强用户终端的传输功率为第一路传输功率及第二路传输功率，其中，第一路传输功率与最优分割因子的数值相同，第二路传输功率为强用户终端传输功率中除第一路传输功率以外的剩余的传输功率。

第一加载模块705，用于获取弱用户终端的传输功率，加载弱用户终端的传输功率至调制编码后的可支持数据上，其中，可支持数据为弱用户终端的传输功率可支持携带的弱用户终端的传输数据。

第二加载模块706，用于获取第一路传输功率，加载第一路传输功率至调制编码后的过载数据上，获取第二路传输功率，加载第二路传输功率至调制编码后的强用户终端的传输数据上，其中，过载数据为弱用户终端的传输数据中除可支持数据之外的传输数据。

后续传输模块707，用于采用非正交的方式传输弱用户数据流、第一数据流及第二数据流，其中，弱用户数据流为调制编码后的可支持数据加载弱用户终端的传输功率后所形成的数据流，第一数据流为调制编码后的过载数据加载第一路传输功率后所形成的数据流，第二数据流为调制编码后的强用户终端的传输数据加载第二路传输功率后所形成的数据流。

通过本发明实施例的装置，可以在用户终端的传输功率已经分配或受制约束的情况下，在适合的信噪比区间内，将拆分的强用户终端的传输功率来协助弱用户终端传输数据，从而实现了用户实际业务质量需求与信道条件之间的良好匹配，充分利用了无线信道资源，在系统频谱效率几乎没有性能损失的情况下显著提升了用户与基站间的传输效率，有效改善了系统的性能。特别是对于5G移动通信系统的mMTC典型场景具有很好的推广应用前景。

需要说明的是，本发明实施例的装置是应用上述多址接入技术方法的装置，则上述多址接入技术方法的所有实施例均适用于装置，且均能达到相同或相似的有益效果。

优选的，在本分明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输装置中，信噪比区间划分模块702，包括：

终端划分子模块，用于根据传输参数，将多个终端划分为强用户终端和弱用户终端，其中，强用户终端的实际业务质量所需的传输速率、小于强用户终端与基站之间的信道条件所支持的传输速率，弱用户终端的实际业务质量所需的传输速率、大于弱用户终端与基站之间的信道条件所支持的传输速率。

区间划分子模块，用于根据传输参数中终端的传输速率，在强用户终端的传输速率大于弱用户终端的传输速率时，划分信噪比区间。

通过本发明实施例，有效的划分了强用户终端和弱用户终端，为拆分强用户终端的传输功率提供了技术上的支持；本发明实施例有效的实现了信噪比区间的划分，为后续确定最优分割因子做了技术上的铺垫。

优选的，在本分明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输装置中，最优分割因子确定模块703，包括：

第一取值范围确定子模块，用于在弱用户数据流的解调顺序、位于第一数据流的解调顺序、和第二数据流的解调顺序之间时，确定最优分割因子的第一取值范围，其中，解调顺序为接收终端的数据流时，信干噪比值由大到小的排序顺序。

第二取值范围确定子模块，用于选择弱用户数据流、第一数据流和第二数据流中，信干噪比值最小的数据流作为最小信干噪比数据流，并在最小信干噪比数据流的能量信噪比处于预设通信区域内时，确定最优分割因子的第二取值范围。

第三取值范围确定子模块，用于在弱用户数据流的调制阶数不超出预设条件时，确定最优分割因子的第三取值范围。

最终取值范围确定子模块，用于在信噪比区间内，将第一取值范围、第二取值范围和第三取值范围取交集，得到最终分割因子取值范围。

最优分割因子查找子模块，用于获取当前通信条件，在最终分割因子取值范围内查找到与当前通信条件对应的最优分割因子。

优选的，在本分明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输装置中，第一加载模块705，包括：

支持数据调制编码子模块，用于获取弱用户终端的传输功率，根据弱用户终端的传输功率，将可支持数据进行调制编码，得到调制编码后的可支持数据。

弱用户终端传输功率加载子模块，用于加载弱用户终端的传输功率至调制编码后的可支持数据上。

优选的，在本分明实施例的基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输装置中，第二加载模块706，包括：

传输功率获取子模块，用于获取第一路传输功率及第二路传输功率。

第一路传输功率加载子模块，用于根据第一路传输功率，将过载数据进行调制编码，加载第一路传输功率至调制编码后的过载数据上。

第二路传输功率加载子模块，用于根据第二路传输功率，将强用户终端的传输数据进行调制编码，加载第二路传输功率至调制编码后的强用户终端的传输数据上。

参见图8，图8为本发明实施例的性能仿真对比结果的示意图，在RS-NOMA技术中，配置2个终端，每个终端的发送功率均归一化为1，经过加性高斯白噪声信道AWGN。终端采用自适应的MCS选择方式，其选择策略参照LTE(长期演进Long Term Evolution，长期演进协议)36.213。曲线801为δ＝0即现有NOMA技术的系统频谱效率，曲线802为δ＝0.05即分割因子为0.05时RS-NOMA技术的系统频谱效率，曲线803为δ＝0.15即分割因子为0.15时RS-NOMA技术的系统频谱效率，曲线804为δ＝0.85即分割因子为0.85时RS-NOMA技术的系统频谱效率，曲线805为δ＝0.95即分割因子为0.95时RS-NOMA技术的系统频谱效率，曲线806为δ＝δ_opt即分割因子为最优分割因子时RS-NOMA技术的系统频谱效率。

从本发明实施例可以得出，当RS-NOMA方案面临不同分割因子时，选择最优分割因子可以达到最大的系统吞吐量。同时，与传统NOMA在功率域的实现方案相比，本发明提出的RS-NOMA方案在系统频谱效率几乎没有性能损失的情况下显著提升了用户的传输灵活性，改善了系统性能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输方法，其特征在于，包括：

获取多个终端及多个所述终端的传输参数；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输参数至少包括：所述终端的传输数据，所述终端的传输速率，所述终端的传输功率，所述终端与所述基站之间的信道响应系数及所述终端的实际业务质量需求中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述划分信噪比区间，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述传输参数，在所述信噪比区间内，确定最优分割因子，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述弱用户终端的传输功率，加载所述弱用户终端的传输功率至调制编码后的可支持数据上，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一路传输功率，加载所述第一路传输功率至调制编码后的过载数据上，获取所述第二路传输功率，加载所述第二路传输功率至调制编码后的所述强用户终端的传输数据上，包括：

获取所述第一路传输功率及所述第二路传输功率；

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多个所述终端之间通过D2D进行通信。

8.一种基于速率分割非正交多址接入技术的数据传输装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述信噪比区间划分模块，包括：

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述最优分割因子确定模块，包括：