CN106231664A - 一种基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法。根据多天线非正交多接入系统同时存在簇内和簇间干扰的特点，设计了一种基站发射功率分配方法，以减少移动终端所受到的干扰，提高系统的性能。基站根据下行信道长期统计信息，将移动终端分成若干个簇，每个簇包含为数不多个移动终端，以方便移动终端进行低复杂度的串行干扰抵消。移动终端对下行信道进行估计，并通过码书量化后反馈给基站，使得基站获得下行信道的状态信息。然后，基站根据所获得的信道状态信息的精度，为发射信号分配功率。本发明为多天线非正交多接入系统提供了一种简单却有效的功率分配方法。

Description

一种基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法。
背景技术
随着无线互联网的兴起，无线网络需要提供更先进的无线服务和支持更多无线设备的接入。而当前的无线网络大都采用正交接入技术，如时分多址接入和频分多址接入等。这些正交多接入技术将每个无线资源块只分配给一个移动终端，严重制约了系统的性能和接入的终端数。为了解决这一问题，非正交多接入技术被引入到无线通信中，尤其是被作为第五代移动通信系统的关键技术之一。
非正交多接入技术通过在发射端采用叠加编码和在接收端采用串行干扰抵消，使得多个信道增益相差较大的终端可以共享同一个无线资源块。然而，串行干扰抵消技术只能消除部分干扰，接收端仍然存在着冗余干扰。尤其是当接入终端数较大时，接收端存在冗余的干扰将非常高，严重限制了非正交多接入技术的性能。功率分配是一种有效干扰抑制方法。在非正交多接入系统中，功率分配一方面要保证各个下行信道的等效增益相差较大，以便于能够在功率上将多个终端区分开。另一方面，功率分配又要抑制各终端之间的相互干扰，提高非正交多接入系统的性能。基于此，英国兰卡斯特大学的丁志国教授等人在《AGeneral Power Allocation Scheme to Guarantee Quality of Service in Downlinkand uplink NOMA Systems》一文中，提出了一种基于功率分配因子的功率分配方法。通过调整功率分配因子，这种功率分配方法可以满足不同的服务质量要求。然而，这种功率分配方法只支持两个终端之间的功率分配，适用性较低。另一方面，这种方法需要进行迭代计算，具有较高的实现复杂度。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述方案中应用范围窄和实现复杂度高等问题，提出一种基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法。
本发明所采用的技术方案如下：
基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法，包括如下步骤：
1)基站基于信道长期统计信息，获得所有下行信道的大尺度衰落信息αi，i＝1,…,U，其中U为移动终端的数量；
2)根据下行信道的大尺度衰落信息，基站将移动终端分为N个簇，每个簇包含K个移动终端，其中第n个簇中的第k个移动终端所对应的下行信道的大尺度衰落表示为αn,k；
3)第n个簇中的第k个移动终端对信道状态信息进行估计，然后用长度为的码书量化后反馈给基站，使得基站获得其所在的下行信道的状态信息；其中Bn,k为第n个簇中第k个移动终端的反馈比特数；
4)基站根据下行信道的大尺度衰落信息和移动终端所反馈的信道状态信息的精度，为第n个簇分配发射功率Pn；
5)基站基于第n个簇所分配到的发射功率Pn，为其中第k个移动终端分配发射功率Pn,k；
6)依据功率分配结果，基站对簇内信号进行叠加编码。
步骤2)中移动终端分簇方法为：将所有移动终端按照信道大尺度衰落从大到小排列，然后每N个相邻的移动终端分为一组，一共包括K个组；将所有K组的第一个移动终端组成一个簇，所有排在第二位的组成另一个簇，依次类推，所有排在第N位的组成一个簇，由此所有终端被分为N个簇，每个簇包含K个终端。
步骤4)中簇间功率分配方法为：经终端分簇和信道信息反馈后，基站分配给第n个簇的发射功率为其中Ptot为基站总的发射功率，M为基站的天线数目，Bi,j为第i个簇中第j个移动终端的反馈比特数。
步骤5)中簇内功率分配方法为：基站将第n个簇的发射功率平均分配给簇内的移动终端，即第n个簇内的第k个移动终端的信号功率为
步骤6)中叠加编码方法为：基站对第n个簇内的发射信号sn进行如下的叠加编码其中sn,k和Pn,k分别是第n个簇内的第k个移动终端的信号和功率。
本发明具有的有益效果是：本发明提出利用下行信道大尺度衰落信息和瞬时信道状态信息为多天线非正交多接入系统进行功率分配，并给出了功率分配的闭式表达式，因此具有较低的设计复杂度。此外，这一功率分配方法适用于簇内包含任意数目移动终端的情况，具有广泛的适用性。
附图说明
图1是基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法的框图；
图2是在不同功率分配方法的性能比较；
图3是在信道状态信息精度对功率分配方法的影响；
具体实施方式
基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法的框图如图1所示。基站根据所获得的下行信道大尺度衰落信息，将移动终端分成多个簇，每个簇包含为数不多个终端，以减少串行干扰抵消的复杂度。每个移动终端利用一个码书将所估计得到的信道状态信息通过反馈链路传递给基站，然后基站从相同的码书中恢复出下行信道的状态信息。结合大尺度衰落信息和瞬时信道状态信息，基站为每个簇分配发射功率。进一步，基站将每个簇的发射功率分配给簇内的所有移动终端，然后对每个簇的信号进行叠加编码。
基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法，具体包括如下步骤：
1)基站基于信道长期统计信息，获得所有下行信道的大尺度衰落信息αi，i＝1,…,U，其中U为移动终端的数量；
2)根据下行信道的大尺度衰落信息，基站将移动终端分为N个簇，每个簇包含K个移动终端，其中第n个簇中的第k个移动终端所对应的下行信道的大尺度衰落表示为αn,k；
3)第n个簇中的第k个移动终端对信道状态信息进行估计，然后用长度为的码书量化后反馈给基站，使得基站获得其所在的下行信道的状态信息；其中Bn,k为第n个簇中第k个移动终端的反馈比特数；
4)基站根据下行信道的大尺度衰落信息和移动终端所反馈的信道状态信息的精度，为第n个簇分配发射功率Pn；
5)基站基于第n个簇所分配到的发射功率Pn，为其中第k个移动终端分配发射功率Pn,k；
6)依据功率分配结果，基站对簇内信号进行叠加编码。
上述方法中，部分步骤具体如下：
步骤2)中移动终端分簇方法为：将所有移动终端按照信道大尺度衰落从大到小排列，然后每N个相邻的移动终端分为一组，一共包括K个组；将所有K组的第一个移动终端组成一个簇，所有排在第二位的组成另一个簇，依次类推，所有排在第N位的组成一个簇，由此所有终端被分为N个簇，每个簇包含K个终端。
步骤4)中簇间功率分配方法为：经终端分簇和信道信息反馈后，基站分配给第n个簇的发射功率为其中Ptot为基站总的发射功率，M为基站的天线数目，Bi,j为第i个簇中第j个移动终端的反馈比特数。
步骤5)中簇内功率分配方法为：基站将第n个簇的发射功率平均分配给簇内的移动终端，即第n个簇内的第k个移动终端的信号功率为
步骤6)中叠加编码方法为：基站对第n个簇内的发射信号sn进行如下的叠加编码其中sn,k和Pn,k分别是第n个簇内的第k个移动终端的信号和功率。
通过计算机仿真表明，如图2和图3所示，本发明的提出的基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法，比传统的平均功率分配方法可以取得更好的性能，尤其是，这种方法可以通过调整移动终端的反馈量改变系统的性能，从而实现反馈量与系统性能之间的折中。因此，本发明所提出的功率分配方法很适合于基于频分复用的多天线非正交多接入系统。

Claims (5)

1.一种基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法，其特征在于包括如下步骤：
1)基站基于信道长期统计信息，获得所有下行信道的大尺度衰落信息αi，i＝1,…,U，其中U为移动终端的数量；
2)根据下行信道的大尺度衰落信息，基站将移动终端分为N个簇，每个簇包含K个移动终端，其中第n个簇中的第k个移动终端所对应的下行信道的大尺度衰落表示为αn,k；
3)第n个簇中的第k个移动终端对信道状态信息进行估计，然后用长度为的码书量化后反馈给基站，使得基站获得其所在的下行信道的状态信息；其中Bn,k为第n个簇中第k个移动终端的反馈比特数；
4)基站根据下行信道的大尺度衰落信息和移动终端所反馈的信道状态信息的精度，为第n个簇分配发射功率Pn；
5)基站基于第n个簇所分配到的发射功率Pn，为其中第k个移动终端分配发射功率Pn,k；
6)依据功率分配结果，基站对簇内信号进行叠加编码。
2.根据权利要求1所述的一种基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法，其特征是步骤2)中移动终端分簇方法为：将所有移动终端按照信道大尺度衰落从大到小排列，然后每N个相邻的移动终端分为一组，一共包括K个组；将所有K组的第一个移动终端组成一个簇，所有排在第二位的组成另一个簇，依次类推，所有排在第N位的组成一个簇，由此所有终端被分为N个簇，每个簇包含K个终端。
3.根据权利要求1所述的一种基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法，其特征是步骤4)中簇间功率分配方法为：经终端分簇和信道信息反馈后，基站分配给第n个簇的发射功率为其中Ptot为基站总的发射功率，M为基站的天线数目，Bi,j为第i个簇中第j个移动终端的反馈比特数。
4.根据权利要求1所述的一种基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法，其特征是步骤5)中簇内功率分配方法为：基站将第n个簇的发射功率平均分配给簇内的移动终端，即第n个簇内的第k个移动终端的信号功率为
5.根据权利要求1所述的一种基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法，其特征是步骤6)中叠加编码方法为：基站对第n个簇内的发射信号sn进行如下的叠加编码其中sn,k和Pn,k分别是第n个簇内的第k个移动终端的信号和功率。
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