CN106487428A - 一种基于非正交多址技术的优化波束赋形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于非正交多址技术的优化波束赋形的方法，其包括以下步骤：(1)、基站向多个用户发送叠加信号；(2)、用户收到基站发送的叠加信号，得到各自的信噪比，并将各自的信噪比反馈给基站；(3)、基站通过用户的信噪比判定用户属性；(4)、基站通过非正交多址技术进行固定功率分配，中心用户分配总发射功率20％，边缘用户分配总功率的80％；(5)、基站以最大化系统吞吐量为目标，同时考虑成功串行干扰消除的条件及边缘用户最低QoS需求的约束，得到最优的波束赋形向量；(6)、每个波束内中心用户通过串行干扰消除解调信息，边缘用户将中心用户视为干扰直接解调信息。

Description

一种基于非正交多址技术的优化波束赋形的方法

技术领域

本发明属于第五代移动通信技术领域，特别涉及一种基于非正交多址技术的优化波束赋形的方法。

背景技术

非正交多址技术在第五代移动通信网络中是一个研究热点。由于其具有较高的频谱效率和较多的设备连接数，目前已经得到了广泛的关注。

非正交多址技术的主要思想是利用功率域：在发送端，不同用户的信息叠加在同一资源上并分配不同的功率等级；在接收端，不同用户的信息通过串行干扰消除来分离。

NOMA(非正交多址接入)可以利用功率域提高频谱效率，而MIMO(多输入多输出系统)技术可以提升空间自由度，因此可将MIMO应用于非正交多址系统，从而提高系统整体性能，那么如何设计MIMO-NOMA系统就是亟待解决的问题。

目前主要有两种方法设计MIMO-NOMA系统：1.利用MU-MIMO形成多个空间上的波束，然后在每个波束内利用NOMA服务多个用户。2.利用NOMA在功率域形成多个不同的功率等级，然后在每个功率等级上利用SU-MIMO或者MU-MIMO服务多个用户。

针对第一种MIMO-NOMA方案，一些文献采用迫零波束赋形来最大限度地减小波束间干扰，提升系统的吞吐量。然而，该迫零波束赋形方法并不能保证系统的吞吐量是最优的。还有一些文献虽然利用最优化方法来获取最优的波束赋形向量，但并未考虑成功串行干扰消除的条件以及边缘用户最低QoS(Quality of Service，服务质量)需求约束，不符合非正交多址系统一般的通信要求。

发明内容

发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明公开了一种基于非正交多址技术的优化波束赋形的方法。

技术方案：一种基于非正交多址技术的优化波束赋形的方法，包括以下步骤：

(1)、基站向多个用户发送叠加信号；

(2)、用户收到基站发送的叠加信号，通过计算叠加信号的信号与噪声的比例得到各自的信噪比，并将各自的信噪比反馈给基站；

(3)、基站通过用户的信噪比判定用户属性，确认用户是中心用户还是边缘用户；

(4)、基站通过非正交多址技术进行固定功率分配，中心用户分配总发射功率20％，边缘用户分配总功率的80％；

(5)、基站以最大化系统吞吐量为目标，同时考虑成功串行干扰消除的条件及边缘用户最低QoS需求的约束，得到最优的波束赋形向量如下：

s.t.||w_i||≤P_t, (b)

其中：

公式(a)中：

R_sum(w_i)表示最大化小区用户的速率和；

w_i是需要优化的波束赋形向量；

公式(b)为最大发射功率限制条件，其中

P_t是系统最大发射功率；

||w_i||表示需要优化的波束赋形向量的模；

公式(c)和公式(d)分别表示成功串行干扰消除的条件和边缘用户最低QoS保障，其中：

表示第i个波束内中心用户检测边缘用户的吞吐量；

R_i,2表示第i个波束内边缘用户的吞吐量；

是边缘用户的最低QoS需求；

公式(e)表示中心用户和边缘用户的信道条件，其中：

h_i,1表示第i个波束中基站到中心用户的信道；

h_i,2表示第i个波束中基站到边缘用户的信道；

(6)、每个波束内中心用户通过串行干扰消除解调信息，边缘用户将中心用户视为干扰直接解调信息。

进一步地，步骤(3)包括以下步骤：

(31)、基站得到用户的信噪比；

(32)、基站将用户信噪比按照从大到小进行排序；

(33)、基站确定用户类型：信噪比排序前半部分的用户为中心用户，信噪比排序在后半部分的用户为边缘用户。

有益效果：本发明公开的一种基于非正交多址技术的优化波束赋形的方法具有以下有益效果：

1、可以提升系统的频谱效率及支持更多设备的连接数；

2、通过优化的波束赋形向量来减小波束间干扰；

3、保证非正交多址系统正常地进行串行干扰消除；

4、保证系统边缘用户最低QoS需求，从而提高系统的公平性。

附图说明

图1为本发明公开的一种基于非正交多址技术的优化波束赋形的方法的流程图。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式详细说明。

如图1所示，一种基于非正交多址技术的优化波束赋形的方法，包括以下步骤：

(1)、基站向多个用户发送叠加信号；

(2)、用户收到基站发送的叠加信号，通过计算叠加信号的信号与噪声的比例得到各自的信噪比，并将各自的信噪比反馈给基站；

(3)、基站通过用户的信噪比判定用户属性，确认用户是中心用户还是边缘用户；

(4)、基站通过非正交多址技术进行固定功率分配，中心用户分配总发射功率20％，边缘用户分配总功率的80％；

(5)、基站以最大化系统吞吐量为目标，同时考虑成功串行干扰消除的条件及边缘用户最低QoS需求的约束，得到最优的波束赋形向量如下：

s.t.||w_i||≤P_t, (b)

其中：

公式(a)中：

R_sum(w_i)表示最大化小区用户的速率和；

w_i是需要优化的波束赋形向量；

公式(b)为最大发射功率限制条件，其中

P_t是系统最大发射功率；

||w_i||表示需要优化的波束赋形向量的模；

公式(c)和公式(d)分别表示成功串行干扰消除的条件和边缘用户最低QoS保障，其中：

表示第i个波束内中心用户检测边缘用户的吞吐量；

R_i,2表示第i个波束内边缘用户的吞吐量；

是边缘用户的最低QoS需求；

公式(e)表示中心用户和边缘用户的信道条件，其中：

h_i,1表示第i个波束中基站到中心用户的信道；

h_i,2表示第i个波束中基站到边缘用户的信道；

(6)、每个波束内中心用户通过串行干扰消除解调信息，边缘用户将中心用户视为干扰直接解调信息。

进一步地，步骤(3)包括以下步骤：

(31)、基站得到用户的信噪比；

(32)、基站将用户信噪比按照从大到小进行排序；

(33)、基站确定用户类型：信噪比排序前半部分的用户为中心用户，信噪比排序在后半部分的用户为边缘用户。

上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (2)

1.一种基于非正交多址技术的优化波束赋形的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、基站向多个用户发送叠加信号；

(2)、用户收到基站发送的叠加信号，通过计算叠加信号的信号与噪声的比例得到各自的信噪比，并将各自的信噪比反馈给基站；

(3)、基站通过用户的信噪比判定用户属性，确认用户是中心用户还是边缘用户；

(4)、基站通过非正交多址技术进行固定功率分配，中心用户分配总发射功率20％，边缘用户分配总功率的80％；

(5)、基站以最大化系统吞吐量为目标，同时考虑成功串行干扰消除的条件及边缘用户最低QoS需求的约束，得到最优的波束赋形向量如下：

$\underset{w_i}{max}{R}_{sum}\left(w_i\right)---\left(a\right)$

s.t.||w_i||≤P_t, (b)

$R_{i,1}^2\≥\widetilde{R_{i,2}}---\left(c\right)$

$R_{i,2}\≥\widetilde{R_{i,2}}---\left(d\right)$

|h_i,1w_i|²≥|h_i,2w_i|²(e)，其中：

公式(a)中：

R_sum(w_i)表示最大化小区用户的速率和；

w_i是需要优化的波束赋形向量；

公式(b)为最大发射功率限制条件，其中

P_t是系统最大发射功率；

||w_i||表示需要优化的波束赋形向量的模；

公式(c)和公式(d)分别表示成功串行干扰消除的条件和边缘用户最低QoS保障，其中：

表示第i个波束内中心用户检测边缘用户的吞吐量；

R_i,2表示第i个波束内边缘用户的吞吐量；

是边缘用户的最低QoS需求；

公式(e)表示中心用户和边缘用户的信道条件，其中：

h_i,1表示第i个波束中基站到中心用户的信道；

h_i,2表示第i个波束中基站到边缘用户的信道；

(6)、每个波束内中心用户通过串行干扰消除解调信息，边缘用户将中心用户视为干扰直接解调信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于非正交多址技术的优化波束赋形的方法，其特征在于，步骤(3)包括以下步骤：

(31)、基站得到用户的信噪比；

(32)、基站将用户信噪比按照从大到小进行排序；

(33)、基站确定用户类型：信噪比排序前半部分的用户为中心用户，信噪比排序在后半部分的用户为边缘用户。