CN108633069B - 用于在noma系统中向子带的用户分布的方法和装置 - Google Patents

用于在noma系统中向子带的用户分布的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种用于在多址接入通信系统中在时隙t中将用户分配给多个子带，所述方法包括基于比例公平性将用户的组合分配给子带，也就是说，针对该信道使比例公平性性能度量最大化的任意用户的组合，其中性能度量由加权因子加权，所述加权因子反映了针对该用户的目标吞吐量与预计吞吐量之间的差异。

Description

用于在NOMA系统中向子带的用户分布的方法和装置
技术领域
本发明涉及非正交多址接入(NOMA)通信系统中向子带的用户分布。
背景技术
随着因特网应用的激增，期望的是到2020年由通信网络支持的移动业务量将会是现今所支持的移动业务量的10倍。为了顺利地响应这样的约束同时保持高级别的用户体验质量，系统容量和用户公平性应该被大力改善以用于未来第5代(5G)移动通信系统。为此，最近已经出现了非正交多址接入(NOMA)，作为用于未来无线接入的有希望的候选。通过利用附加的多路复用域、功率域，NOMA允许在发射机侧在调制层顶部的每子带多个用户的共居，并且在接收机侧依赖于串行干扰消除(SIC)，其中调制层可以是正交频分多路复用(OFDM)、滤波器组多载波(FBMC)、通用滤波多载波(UFMC)、或其他多载波方案。NOMA的有吸引力的特征是其目标在于改善系统容量同时实现用户公平性。因此，处理NOMA的现有技术中的大多数将比例公平性(PF)调度器考虑为用于总用户吞吐量或数据速率与其提供的用户公平性之间的权衡的多用户调度方案。在例如由Y.Endo、Y.Kishiyama和K.Higuchi撰写的在proc.2012IEEE Int.Symp.中在Wireless Commun.Syst，2012上的“Uplink non-orthogonal access with MMSE-SIC in the presence of inter-cell interference”或由Y.Saito、A.Benjebbour、Y.Kishiyama以及T.Nakamura撰写的在proc.IEEE 81st VTC,2015中的“System-Level Performance of Downlink Non-orthogonal Multiple Access(NOMA)Under Various Environments”中呈现了用于选择将被指派给每个子带的用户的与基于NOMA的PF调度器共同实现的功率分配算法的示例。
在由Umehara J.、Kishiyama Y.、Higuchi K.撰写的在Communication Systems(ICCS 2012)上的Proc.International Conference中的题为“Enhancing user fairnessin non-orthogonal access with successive interference cancellation forcellular downlink”的文章中，作者提出了非正交接入下行链路系统中的基于加权的PF的多用户调度方案。频率块接入(frequency block access)策略被提出用于部分频率复用(FFR)中的小区内部和小区边缘用户分组，在用户公平性和系统频率效率中具有显著的改善。
在由Mehrjoo M.、Awad M.K.、Dianati M.、Xuemin S.撰写的题为“Design ofFair Weights for Heterogeneous Traffic Scheduling in Multichannel WirelessNetworks”，IEEE Trans.Commun.，58(10)(2010)的文章中，已经实现了公平性权重用于OFDMA网络的异构业务(heterogeneous traffic)类型的机会调度。为了设计公平性权重，提出的调度器依据业务类型来考虑平均信道状态和资源要求。模拟分析以资源利用度方面展示了所提出的方案的效率，以及由于用户移动性而网络特性改变的灵活性。
在由Gueguen C.、Baey S.撰写的在Wirless Mobile Computing，NetworkingCommunication(2008)上的Proc.IEEE International conference中的题为“CompensatedProportional Fair Scheduling in Multiuser OFDM Wireless Networks”的文章中，研究了在移动电话经历不相等的路径损耗时由PF调度器遇到的公平性缺乏的问题。为了减弱这个问题，提出了引入距离补偿因子的PF调度器的改进版本。其示出了这个解决方案实现了高容量和高公平性两者。
在由Yang C.、Wang W.、Qian Y.、Zhang X.撰写的在Proc.IEEE InternationalSymposium on Personal，Indoor and Mobile Radio Communications(2008)中题为“AWeighted Proportional Fair Scheduling to Maximize Best-Effort Service Utilityin Multicell Network”的文章中，提出了加权的比例公平性算法以便使尽力服务效用(best-effort service utility)最大化。向PF度量引入权重因子背后的原因是要利用由路径损耗给出的固有远近多样性。当与PF度量相比时，所提出的算法加强了尽力服务效用和吞吐量性能两者同时维持了类似的复杂度。
如果考虑具有单个发射机和接收机天线的下行链路系统，则该系统由以下部分组成：每小区K个用户、具有被分成S个子带的总系统带宽B、以及基站最大允许发送功率Pmax。在K个用户当中，选择一组用户Us＝{k1,k2,…,kn,…kn(s)}在每个频率子带s，(1≤s≤S)进行调度。n(s)指示在子带s处进行非正交调度的用户的数量。如在Fundamentals ofWireless Communication,Cambridge University Press，2005中由D.Tse和P.Viswanath所描述的连续干扰消除器(SIC)处理在接收机侧进行，并且用于用户解码的最佳顺序是按照由噪声干扰和小区间干扰
Figure BDA0001514873120000031
来进行标准化的用户的信道增益的递增顺序，其中
Figure BDA0001514873120000032
是在子带s处在用户kn和基站BS之间的等效信道增益，并且
Figure BDA0001514873120000033
是由用户kn接收到的高斯噪声加性小区间干扰的平均功率。假设成功解码并且没有SIC误差传播，并且假定小区间干扰是随机的使得其可以被认为是白噪声，则在子带s处用户kn的吞吐量
Figure BDA0001514873120000034
由以下给出：
Figure BDA0001514873120000035
发送功率分配约束由以下表示
Figure BDA0001514873120000036
其中Ps表示在子带s上所分配的功率的量。
由于NOMA中的调度器可以将子带同时分配给多于一个用户，所以用户调度策略影响系统的效率和用户公平性。由以上现有技术的引用所介绍的“比例公平性”(PF)调度器被认为实现了这两个度量之间的权衡。
PF调度器的目标是使长期平均的用户速率最大化，以便确保小区吞吐量与用户公平性之间的平衡。在所提出的NOMA实现方式中的大多数NOMA实现方式中已经采用了这种调度策略。调度算法跟踪在长度为tc的过去的窗口中每个用户的平均吞吐量Tk(t)，其中tc限定吞吐量平均时间窗(在指定数量的先前的时隙上)。Tk(t)被定义为：
Figure BDA0001514873120000041
其中Rs，k(t)表示在时刻t处在子带s上的用户k的吞吐量。这是基于上面的方程(1)来计算的，并且如果用户k不被调度到子带s上则其可以等于零。
针对每个子带s，考虑所有可能的候选用户集合，并且以如下这样的方式来选择一组调度的用户Us从而使PF调度度量最大化：
Figure BDA0001514873120000042
应用这种方法的调度器给予每个用户与其历史速率Tk(t)成反比例的优先级。如果Tk(t)是高的，则用户k可能不被指派有针对若干时隙的任何传输速率。这对要求拟常体验质量(QoE)的应用是有问题的，并且这可能需要深度缓冲。出于同样的原因，这种方法可以针对要求低延迟传输的应用带来困难。
通常，当在NOMA方案中使用PF调度以用于用户分配时，与正交多址接入(OMA)方案相比，大的用户吞吐量增益可以被观察到用于接近基站的用户，但是针对小区边缘用户则几乎不能实现增益。
期望的是识别出用于解决这些问题并且提供一种用于更优化的用户归属的方法的机制。
发明内容
根据本发明，在第一方面中，提供了一种用于在多址接入通信系统中使用以用于从候选用户池中选择用户以用于分配给时隙t中的多个子带的用户选择装置，所述装置适用于向每一个子带指派使得该相应的子带的比例公平性性能度量最大化的任何用户的组合，其中，性能度量由加权因子来加权，所述加权因子反映针对每一个用户的目标吞吐量与预计吞吐量之间的差异。
根据第一方面的发展，性能度量可以对应于相应的用户的组合中的所有用户的值的总和，所述值是通过将该子带上的该用户的可实现的吞吐量值与加权因子的乘积除以在预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量所获得的，其中所述加权因子反映了在时隙t内针对当前相应的用户的组合中的该用户所确定的预计吞吐量与针对当前可能的组合中的相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差异。
根据第一方面的进一步发展，用户选择装置可以适用于依次在所述时隙t中选择每一个子带，并且适用于将这个选择的子带指定给可实现的用户吞吐量解算器和性能度量解算器，其中
用户吞吐量计量器适用于确定在预定义的历史时间段内由每一个用户实现的平均吞吐量，
可实现的用户吞吐量解算器适用于确定在时隙t中每一个可能的用户的组合的每一个用户在所选择的子带上的可实现的吞吐量，
性能度量解算器适用于计算每一个可能的用户的组合的性能度量，性能度量解算器包括：
预计吞吐量解算器，其适用于确定预计吞吐量等于一个或多个用户所归属的每一个子带上每一个用户的可实现的吞吐量的总和，以及加权因子解算器，其适用于通过预计吞吐量解算器来确定加权因子，所述加权因子反映了在所述时隙t内针对当前可能的用户的组合中的每一个相应的用户所确定的预计吞吐量与针对当前可能的组合中的相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差异，并且
其中，性能度量解算器适用于通过以下方式来获得针对所选择的子带的当前可能的用户的组合的性能度量：将该子带上的所有用户值进行加和，所述值是将由可实现的吞吐量解算器输出的所选择的子带上的该用户的相对应的可实现的吞吐量值与由加权因子解算器输出的相对应的加权因子的乘积除以由用户吞吐量计量器输出的在预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量所获得的，
所述用户选择装置还适用于针对所选择的子带选择实现了由性能度量解算器针对该子带输出的最高的相应的性能度量的任意用户的组合，并且其中所述用户选择装置还适用于将输入值提供给用户吞吐量计量器、可实现的用户吞吐量解算器以及性能度量解算器，以获得归属于准许将用户指派给每一个子带的性能度量值。
根据本发明，在第二方面中，提供了一种用于在多址接入通信系统中在时隙t中将用户归属到多个子带的方法，所述方法包括向每一个子带指派使得针对相应的子带的比例公平性性能度量最大化的任意用户的组合，其中性能度量由加权因子加权，所述加权因子反映了针对每一个用户的目标吞吐量与预计吞吐量之间的差异。
根据第二方面的发展，性能度量可以对应于在相应的用户的组合中的所有用户的值的总和，所述值是通过将该子带上的该用户的可实现的吞吐量值与加权因子的乘积除以在预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量所获得的，其中，所述加权因子反映了在时隙t内当前相应的用户的组合中的该用户所确定的预计吞吐量与当前可能的组合中的该相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差异。
根据第二方面的进一步发展，所述方法可以包括以下步骤：
确定在预定义的历史时间段内由每一个用户平均实现的吞吐量，
确定在时隙t中第一子带上的每一个可能的用户的组合的每一个用户的可实现的吞吐量，
通过以下步骤计算每一个可能的用户的组合的性能度量：
针对每一个用户，确定预计吞吐量等于用户所归属的每一个子带上的用户的可实现的吞吐量的总和，
确定加权因子，所述加权因子反映了在时隙t内针对当前可能的用户的组合中的每一个相应的用户所确定的预计吞吐量与针对当前可能的组合中的相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差异，
通过将值在该组合中的所有用户当中进行求和来获得第一子带的当前可能的用户的组合的性能度量，所述值是通过将该子带上的该用户的相对应的可实现的吞吐量值与相对应的加权因子的乘积除以在预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量所获得的，以及
针对第一子带选择针对该子带实现最高相应的性能度量的任意用户的组合，
以及针对其他子带重复每一个前述步骤，直到用户已经被归属到每一个子带。
根据第二方面的进一步发展，多址接入通信系统可以是非正交多址接入(NOMA)系统，其中，每一个可能的用户的组合包括多个用户。
根据第二方面的进一步发展，多址接入通信系统可以是正交多址接入(OMA)系统，由此，每一个可能的用户的组合包括单个用户。
根据第二方面的进一步发展，在计算针对每一个可能的用户的组合的性能度量的步骤中，在预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量可以被认为是在当前时隙t之前的预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量。
根据第二方面的进一步发展，加权因子可以计算为在当前考虑的可能组合中的所有用户当中当前时隙t内针对每一个相应的用户所确定的预计吞吐量与针对相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差异的总和，并且使用相同的加权因子来计算针对每一个用户的性能度量。
根据第二方面的进一步发展，加权因子可以被计算为在当前时隙t内针对每一个相应的用户所确定的预计吞吐量与针对相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差异，并且使用与该用户相对应的相应的加权因子来计算针对每一个用户的性能度量。
根据第二方面的进一步发展，目标吞吐量可以被固定为在当前时隙t之前的第二预定义的历史时间段内在所有子带当中实现的每用户平均吞吐量的倍数(b)，其中，倍数是任何大于一的值。
根据第二方面的进一步发展，可以针对每一个用户来限定倍数(b)。
根据第二方面的进一步发展，可以根据多个预定义的服务质量级别针对每一个用户限定倍数(b)，每一个级别与倍数的相应的值相关联。
根据本发明，在第三方面中，可以提供适用于实现第二方面的步骤的装置。
根据本发明，在第四方面中，可以提供适用于实现第二方面的步骤的计算机程序。
附图说明
将参考附图来描述本发明的上述和其他优点，在附图中：
图1示出了根据实施例的从候选用户池中选择用户以用于分配给多个子带的方法；
图2示出了与现有技术解决方案相比通过某些实施例实现的作为每小区用户的数量的函数的公平性；
图3示出了与现有技术解决方案相比通过某些实施例实现的作为时间的函数的公平性；
图4示出了与现有技术解决方案相比通过某些实施例实现的作为每小区用户的数量的函数的总吞吐量；
图5示出了与现有技术解决方案相比通过某些实施例实现的随时间的总用户吞吐量；
图6示出了实现实施例的装置；
图7示出了适用于实现本发明的实施例的一般计算系统；
图8示出了被配置为构成实施例的智能电话设备；以及
图9示出了适用于构成实施例的蜂窝网络基站。
具体实施方式
如上所讨论的，向子带以及在子带内的用户当中对功率进行分配具有针对吞吐量值的重要的意义，然而这超出了本发明的范围。在以下示例中，通常假设功率在子带当中是均匀分布的，但是存在向子带分配功率的许多可替代的方法(例如，注水)，以及在子带内的用户当中分配功率的许多可替代的方法(例如，FPA-固定功率分配、FTPA-部分发送功率分配或全搜索功率分配)，这些中的所有都与本公开内容兼容并且包含在本公开内容中。
为了进一步改进NOMA中实现的系统性能，应该解决将用户最优地分布到子带当中的问题。这可以引起改进的用户公平性和/或增加实现的系统吞吐量。
因此，提出了修改PF度量表达以考虑在时隙t内当前指派的状态。
具体地，可以提供一种用于在多址接入通信系统中在时隙t内将用户归属到多个子带的方法，该方法包括向每个子带指派使得针对该相应的子带的比例公平性性能度量(例如，上面参考图1所描述的示例)最大化的任意用户的组合，其中性能度量由加权因子进行加权，该加权因子反映了针对每个用户的在目标吞吐量与预计吞吐量之间的差异(如上所讨论的)。
性能度量可以对应于在相应的用户的组合中的所有用户的值的总和，所述值是通过将该子带上的该用户的可实现的吞吐量值与加权因子的乘积除以在预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量所获得的，其中加权因子反映了在时隙t内针对当前相应的用户的组合中的该用户所确定的预计吞吐量与针对当前可能的组合中的该相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差异。
与传统PF调度比较，所提出的增强的分配技术提供了：
●全局吞吐量增加，
●用户之间的更高级别的公平性(长期和短期公平性两者)
●不同级别的体验质量(QoE)的可能的传送：
-针对所有用户相同的目标QoE：用户之间的更高级别的公平性
-不同级别的QoE(优质服务)：具有相同的QoE的用户之间的高级别的公平性
●更稳定的用户吞吐量(不再需要深度缓冲)
●与传统PF调度器相比，在复杂度上仅有很小的增加(附加的权重的计算)
所描述的方法适用于NOMA方案和OMA方案两者。
图1示出了根据实施例的从候选用户池中选择用户以用于分配给多个子带的方法。特别地，提供了一种在多址接入通信系统中在时隙t中从候选用户池中选择用户以用于分配给多个子带的方法。
如图1所示，方法从在进行到开始新的时隙的步骤105之前的步骤100开始。接入被授权，随后分配时间和频率方面的资源。分配被划分为多个时隙。针对每个时隙，子带顺序地被分配直到达到每时隙子带的总数。
该方法接下来进行到步骤110，其中确定了在预定义的历史时间段内由每个用户实现的平均吞吐量Tk(t)。该历史时间段的典型长度可以是时隙持续时间的20倍到1000倍之间，或者更具体地是时隙持续时间的100倍的量级。
现在目标是针对给定子带s在用户集合池当中选择一组用户U(用户集合的基数是n(s)，在OMA情况下n(s)＝1，在NOMA情况下n(s)＞1)。
在此基础上，该方法接下来进行到步骤115，其中选择了新的子带。该方法然后进行到步骤120，其中选择特定的用户的组合以供考虑。该方法接下来进行到步骤125，其中在当前组合中选择特定用户。该方法然后进行到步骤130，其中确定了在当前时隙t中在所选择的子带上每个用户的可实现的吞吐量Rs，k|U(t)。
-在s是在时隙t中将被分配的第一子带的情况下，在时隙t中用户集合U中的用户k的预计吞吐量Rk|U(t)等于零。
-如果s不是在时隙t中将被分配的第一子带并且如果用户k先前被指派给一个或若干个子带，则Rk|U(t)是非零的(每个分配的子带上的吞吐量的总和)。如果s不是在时隙t中将被分配的第一子带并且如果用户k不是先前指派的任何子带，则R_k|U(t)也是零。
通过比较，Tk(t)的传统定义考虑在直到时隙t-1的时间窗内对用户k的吞吐量求平均。
该方法然后进行到步骤135，其中确定预计吞吐量等于在每个子带上当前选择的用户的可实现的吞吐量的总和，所述当前选择的用户已归属于该子带。
该方法接下来进行到步骤140，其中确定反映了在时隙t内针对当前所选择的用户的组合中的当前所选择的用户所确定的预计吞吐量与针对该相应的用户所限定的目标吞吐量Rtarget，k(t)之间的差异的加权因子Wk|U(t)。
特别是，针对候选用户集合U中的每个用户k的权重的计算
Wk|U(t)＝Rtarget(t)-Rk|U(t)
其中Rk|U(t)是在当前指派阶段在时隙t内由用户k实现的预计吞吐量，并且
Figure BDA0001514873120000101
其中Sk是当前被指派给用户k的一组子带。
可以注意到，当开始针对时隙t的分配时，Sk是空的。每次用户k被分配给新的子带时，Sk和Rk|U(t)都相应地被更新。
该方法接下来进行到步骤145，其中确定是否针对所有用户都已经获得了加权因子。在其中没有获得的情况下，该方法重回到步骤125，并且针对下一个用户重复步骤130和135。
否则，该方法进行到步骤150，其中针对当前所选择的子带的当前的用户的组合所获得的性能度量是通过以下方式获得的：在该组合中的所有用户当中对值进行求和，所述值是通过将该子带上的该用户的相对应的可实现的吞吐量值与相对应的加权因子的乘积除以在预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量获得的。换言之，性能度量由以下给出：
Figure BDA0001514873120000111
该方法然后进行到步骤155，其中确定是否针对可以被分配给当前所选择的子带的每一个可能的用户的组合已经获得了性能度量。在其中没有针对每一个可能的用户组合获得性能度量的情况下，该方法回到步骤120，其中选择下一个可能的组合，并且针对该另外可能的组合重复步骤125、130、135、140、145以及150。
否则，该方法进行到步骤160，其中选择实现最高相应的性能度量的任意用户的组合以用于指派给该子带。该方法然后进行到步骤165，其中确定是否已经考虑到所有子带。如果确定没有考虑到所有子带，则该方法回到步骤115，其中选择下一个子带，并且重复步骤120、125、130、135、140、145、150、155以及160。否则，该方法回到步骤105并且重复该方法以用于下一个时隙。
应该理解的是，可以以许多方式来修改图1的方法而不背离基础概念的方法。例如，该方法被描述为一组嵌套循环，其通过每一个可能的组合中的每一个用户、每一个子带的每一个组合、每一个时隙的每一个子带来步进。可替代地，这些循环中的某些部分可以被替换为每一个迭代的并行处理。例如，用户的组合可以并行地被处理。另外，观察到可以以任何顺序来执行子带的处理。类似地，当在步骤145、155以及165处，该方法明确地确定针对相应的循环的所有迭代是否已经完成，在实际实现方式中可以知道或预先确定需要迭代的数量，以及如所需以编程的方式固定的循环的数量-当然这是逻辑等效的。在一些情况下，在处理必须开始的情况下，可以存在用于执行在时隙中的传输之前针对每一个子带的所描述的方法的不充足的时间或处理容量。在这样的情景下，可替代的方法可以用于将用户归属到剩余的子信道，例如对被指派在先前的时隙中的相同的用户进行重新指派，或使用没有加权的传统的PF度量，或者如可以从现有技术中知道的任何其他适合的归属方法。更进一步，该方法中的某些步骤的顺序可以不同。例如，可以在选择单独的子带和单独的用户的组合之前针对每一个子带和每一个用户的组合来计算可实现的吞吐量。
将会意识到的是，如上所述，基于针对每个用户使用相应的加权值来执行步骤140。在其他实施例中，可以针对所有用户使用相同的加权值，如在下面更详细讨论的。
因此，更一般地，提供一种从候选用户池中选择用户以用于在多址接入通信系统中在时隙t中分配给多个子带的方法，该方法包括以下步骤：
●确定在预定义的历史时间段内由每一个用户实现的平均吞吐量，
●确定在时隙t中在第一子带上的每一个可能的用户的组合的每一个用户的可实现的吞吐量，
●通过以下计算针对每一个可能的用户的组合的性能度量：
o针对每一个用户确定预计吞吐量等于每个子带上的该用户的可实现的吞吐量的总和，所述用户已归属于所述子带，
o确定反映了在时隙t内针对当前可能的用户的组合中的每一个相应的用户所确定的预计吞吐量与针对该相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差异的加权因子，
o通过以下来获得针对第一子带的当前可能的用户的组合的性能度量：针对每一个用户的组合，在该组合中的所有用户当中对值进行求和，所述值是通过将该子带上的该用户的相对应的可实现的吞吐量值与相对应的加权因子的乘积除以在预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量获得的，以及
●针对第一子带选择针对该子带实现最高相应的性能度量的任意用户的组合，
●以及针对其他子带重复每一个处理步骤直到已经将用户归属到每一个子带。
可以将所述的方法应用到实现非正交多址接入(NOMA)系统的多址接入通信系统，其中每一个可能的用户的组合包括多个用户。可替代地，可以将所述的方法应用到实现正交多址接入(OMA)系统的多址接入通信系统，其中每一个可能的用户的组合包括单个用户。
可替代地，计算针对每一个可能的用户的组合的性能度量的步骤，在预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量可以被认为是在当前时隙t之前的预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量。
加权因子可以被计算为当前时隙t内针对每一个相应的用户所确定的预计吞吐量与针对在用户当中的该相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差异(例如，从目标吞吐量中减去预计吞吐量)的总和，并且使用相同的加权因子来计算针对每一个用户的性能度量。
换言之，参考上面公式4所讨论的比例公平性度量
Figure BDA0001514873120000131
被替换为加权的度量
Figure BDA0001514873120000132
其中权重W(U)被计算为U中的用户的权重的总和
Figure BDA0001514873120000133
可替代地，加权因子被计算为当前时隙t内针对每一个相应的用户所确定的预计吞吐量与针对该相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差异(例如，从目标吞吐量中减去预计吞吐量)，并且使用与该用户相对应的相应的加权因子来计算针对每一个用户的性能度量。
也就是说，
Figure BDA0001514873120000134
可以被替换为
Figure BDA0001514873120000135
在OMA情况中，先前的方法是等效的。
目标吞吐量可以被固定为在当前时隙t之前的第二预定义的历史时间段内在所有子带当中实现的每用户平均吞吐量的倍数(b)，其中倍数是任何大于一的值。
换言之，Ttarget(t)＝b×Ravg(t-1)其中b>1
其中Ravg(t-1)是在时隙t-1处计算的用户平均吞吐量的值。
可选地，针对每一个用户来限定倍数(b)。更进一步，可以根据多个预定义的服务质量级别来针对每一个用户限定倍数(b)，每一个级别与倍数的相应的值相关联。例如，可以限定服务的不同级别，其与基本服务以及优质服务的一个或多个附加的级别相对应。
例如，可以固定最小速率值以用于三个服务级别Rbasic、Rsilver以及Rgold，如下：
Figure BDA0001514873120000141
图2示出了与现有技术解决方案相比通过某些实施例实现的作为每小区用户的数量的函数的公平性。特别地，图2画出了如由Dianati M.、Shen X.、Naik S.在Proc.IEEEWireless Communication and Networking Conference,2005中的“A new fairnessindex for radio resource allocation in wireless networks”中所描述的考虑针对无线通信小区中的用户的数量的Gini公平性索引，其中公平性的最高可能的级别是0。
结果包括五个用户归属情景的模拟：
A.利用参考以上背景技术所描述的传统PF的正交信令，每子带一个用户(n(s)＝1)，由线203表示。
B.利用参考以上背景技术所描述的传统PF的非正交信令，每子带两个用户(n(s)＝2)，由线204表示。
C.利用根据实施例确定的加权的PF的正交信令，其中加权因子被计算为当前时隙t内针对每一个相应的用户所确定的预计吞吐量与针对该相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差异，并且使用与该用户相对应的相应的加权因子来计算针对每一个用户的性能度量，每子带一个用户(n(s)＝1)，由线201表示。
D.利用根据实施例确定的加权的PF的非正交信令，其中加权因子可以被计算为在用户当中在当前时隙t内针对每一个相应的用户所确定的预计吞吐量与针对该相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差异的总和，并且使用相同的加权因子来计算针对每一个用户的性能度量，每子带两个用户(n(s)＝2)，由线202表示。
E.利用分布式权重的非正交信令，其中目标吞吐量被固定为在当前时隙t之前的第二预定义的历史时间段内在所有子带当中所实现的每用户平均吞吐量的倍数(b)，每一个用户被指派有相应的b的值，在该模拟中等于1.5，并且每子带两个用户(n(s)＝2)，由线205表示。
该模拟是基于以下规则的：
-对所有子带的等效功率重分配被假设为：Ps＝Pmax/S。
-根据FTPA(部分发送功率分配)规则功率被分布在子带中的用户当中。
用户的总数量由图的横坐标给出。针对每一个子带，考虑在所有用户当中2个用户的所有可能的组合U，并且保持具有最高的度量的那个组合。
如所示，由实施例C和D实现的公平性是很好的，反映了在现有技术实现方式A和B的结果之上的实质的改进，针对每小区任何数量的用户，尽管公平性优点随着每小区用户的数量的增长而增加。实现方式E比C和D略微少些公平，但是这是基于针对如上所述的不同服务级别的支持，并且仍然显著地优于现有技术解决方案。
图3示出了与现有技术解决方案相比通过某些实施例实现的公平性。特别地，图3画出了针对从通信初始的时间的Gini公平性索引。
图3示出了与现有技术解决方案相比通过某些实施例实现的作为时间的函数的公平性。针对图3保留关于图2所描述的五个情景。特别是，情景A由线301表示，情景B由线302表示，情景C由线303表示，情景D由线304表示，以及情景E由线305表示。
可以看出，一般而言并且特别是在现有技术系统中，公平性随着时间而改进。然而，低延迟和持续带宽服务仍然受到实现公平性所采用的时间的挑战。如所示，情景A和B花费大约20ms来实现0.2的Gini公平性索引，实施例C、D以及E所有都开始于这个级别之下，并且在20ms已经实现了几乎完美的公平性。就减少的延迟和减少的用于缓冲需求而言，这可以具有相对应的优点。
图4示出了与现有技术解决方案相比通过某些实施例实现的作为每小区用户的数量的函数的总吞吐量。针对图4保留关于图2所描述的五个情景。特别是，情景A由线401表示，情景B由线402表示，情景C由线403表示，情景D由线404表示，以及情景E由线405表示。如所示，与现有技术情景A和B相比，非正交的实施例D和E一致实现优越的吞吐量。针对每小区所有数量的用户，正交实施例C实现了比现有技术正交实施方式A略微更好的吞吐量。
就此，在所有可比较的情况下，本发明的实现方式带来了吞吐量改进。
图5示出了随着时间的与现有技术解决方案相比通过某些实施例实现的总用户吞吐量。针对图5保留关于图2所描述的五个情景，每小区10个用户。特别是，情景A由线501表示，情景B由线502表示，情景C由线503表示，情景D由线504表示，以及情景E由线505表示。如所示，虽然现有技术情景A和B示出了吞吐量中疯狂的变化，但是实施例C、D以及E示出了非常稳定的结果。这表示在本发明的实现方式中不需要或需要少许数据缓冲。
可以提供一种适用于实现本发明的实施例的装置。具体地，可以提供一种用户选择装置，其用于在多址接入通信系统中使用以从候选用户池中选择用户以用于在时隙t中分配给多个子带。该装置适用于向每一个子带指派针对相应的子带使比例公平性性能度量(例如，参考上述方程4所描述的)最大化的任意用户的组合，其中性能度量由加权因子来加权，该加权因子反映了针对每一个用户的在目标吞吐量与实现的吞吐量之间的差异。
性能度量可以对应于在相应的用户的组合中的所有用户当中的值的总和，所述值是通过将该子带上的该用户的可实现的吞吐量值与加权因子的乘积除以在预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量获得的，其中加权因子反映了在时隙t内针对当前相应的用户的组合中的该用户所确定的预计吞吐量与针对当前可能的组合中的该相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差异。
图6示出了实现实施例的装置。如图6所示，提供了一种用户选择装置600，其在多址接入通信系统中使用以用于从候选用户池中选择用户以用于在时隙t中分配给多个子带。装置600包括用户吞吐量计量器610、可实现的用户吞吐量解算器620以及性能度量解算器630。性能度量解算器630本身包括预计吞吐量解算器631、和加权因子解算器632、以及乘法器633、除法器634和累加器635。
用户选择装置600适用于将输入值提供给用户吞吐量计量器，可实现的用户吞吐量解算器和性能度量解算器用于获得准许将用户指派给每一个子带的性能度量值。
更特别地，用户吞吐量计量器610适用于确定在预定义的历史时间段内由每一个用户实现的平均吞吐量。
可实现的用户吞吐量解算器620适用于确定在时隙t中第一子带上的相应的可能的用户组合的每一个用户的可实现的吞吐量。
性能度量解算器适用于在其子组件的支持下计算针对每一个可能的用户的组合的性能度量，如以下所讨论的。
特别地，预计吞吐量解算器631适用于针对当前可能的用户的组合中的每一个用户，确定预计吞吐量等于每一个子带上的用户的可实现的吞吐量的总和，所述用户已归属该子带。
加权因子解算器632适用于确定加权因子，该加权因子反映了通过预计吞吐量解算器的在时隙t内针对当前可能的用户的组合中的每一个用户相应的用户所确定的预计吞吐量与针对当前可能的组合中的该相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差异。
性能度量解算器630适用于通过在加法器635中在所考虑的该组合中的所有用户当中对值进行求和来获得针对所考虑的子带的当前可能的用户的组合的性能度量，所述值是通过在除法器634中将由乘法器633确定的由预计吞吐量解算器631输出的针对该子带上的该用户的相对应的可实现的吞吐量值与由加权因子解算器632输出的相对应的加权因子的乘积除以由用户吞吐量计量器610输出的在预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量所获得的。
用户选择装置适用于针对所考虑的子带选择针对该子带实现了由性能度量解算器630输出的最高相应的性能度量的任意用户的组合。
本公开的方法可以采取完全硬件实施例(例如，FPGA)、完全软件实施例(例如，用于根据本发明进行控制的系统)或者包含硬件元件和软件元件两者的实施例的方式。软件实施例包括但不限于固件、常驻软件、微代码等。本发明可以采取从计算机可用介质或计算机可读介质可访问的计算机程序产品的形式，其中计算机可用介质或计算机可读介质提供由或结合计算机或指令执行系统所使用的程序代码。计算机可用介质或计算机可读介质可以是可以包含、存储、传送、传播或传输由或结合指令执行系统、装置或设备所使用的程序的任何装置。介质可以是电子、磁性、光学、电磁的红外线的或半导体系统(或装置或设备)或传播介质。
这些方法和处理可以通过计算机应用程序或服务、专用编程接口(API)、库、和/或其他计算机程序产品或这样的实体的任何组合来实现。
图7示出了适用于实现本发明的实施例的一般计算系统。
如图7所示，系统包括逻辑设备701和存储设备702。系统可以可选地包括显示子系统711、输入/输出子系统703、通信子系统720、和/或未示出的其他组件。
逻辑设备701包括被配置为执行指令的一个或多个物理设备。例如，逻辑设备701可以被配置为执行作为一个或多个应用、服务、程序、例程、库、对象、组件、数据结构或其他逻辑结构的一部分的指令。这样的指令可以被实现以执行任务、实现数据类型、转换一个或多个组件的状态、实现技术效果、或另外达到期望的结果。
逻辑设备701可以包括被配置为执行软件指令的一个或多个处理器。附加地或可替换地，逻辑设备可以包括被配置为执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑设备。逻辑设备的处理器可以是单核或多核的，并且在其上执行的指令可以被配置用于串行、并行和/或分布式处理。逻辑设备701的单独的组件可以可选地被分布在两个或更多个独立的设备当中，其可以被远程放置和/或被配置用于协作处理。逻辑设备701的方面可以由被配置成云计算配置的远程可访问的联网的计算设备来进行虚拟化和执行。
存储设备702包括被配置为保持用于由逻辑设备可执行的以实现本文中所描述的方法和装置的指令的一个或多个物理设备。当实现这样的方法和处理时，存储设备702的状态可以被转换-例如以用保持不同的数据。
存储设备702可以包括可移动和/或内置设备。存储设备702可以包括一个或多个类型的存储设备包括光学存储器(例如，CD、DVD、HD-DVD、蓝光光盘等)、半导体存储器(例如，FLASH、RAM、EPROM、EEPROM等)、和/或磁性存储器(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、MRAM等)以及其他。存储设备可以包括易失性、非易失性、动态、固态、读取/写入、只读、随机存取、串行存取、位置可寻址、文件可寻址和/或内容可寻址设备。
在某些布置中，系统可以包括I/O接口703，其适用于支持逻辑设备701和其他系统组件之间的通信。例如，附加的系统组件可以包括可移动和/或内置的扩展存储设备。扩展存储设备可以包括一个或多个类型的存储设备，包括光学存储器732(例如，CD、DVD、HD-DVD、蓝光光盘等)、半导体存储器733(例如，FLASH、RAM、EPROM、EEPROM、FLASH等)、和/或磁性存储器731(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、MRAM等)以及其他。这样的扩展存储设备可以包括易失性、非易失性、动态、静态、读取/写入、只读、随机存取、串行存取、位置可寻址、文件可寻址和/或内容可寻址设备。
应该理解的是，存储设备包括一个或多个物理设备并且不包括传播信号本身。然而，本文中描述的指令的方面可替代地可以由通信介质(例如，电磁信号、光学信号等)来传播，而不是被存储在存储设备上。
逻辑设备701和存储设备702的方面可以一起被集成到一个或多个硬件逻辑组件中。这样的硬件逻辑组件可以包括例如，现场可编程门阵列(FPGA)、程序专用和应用专用集成电路(PASIC/ASIC)、程序专用和应用专用标准产品(PSSP/ASSP)、片上系统(SOC)以及复杂可编程逻辑设备(CPLD)。
术语“程序”可以用于描述被实现为用于执行特定功能的计算机系统的方面。在一些情况下，程序可以经由执行由存储设备保持的机器可读指令的逻辑设备来进行实例化。应该理解的是，不同的模块可以根据相同的应用、服务、代码块、对象、库、例程、API、功能等来进行实例化。同样地，相同的程序可以由不同的应用、服务、代码块、对象、例程、API、功能等来进行实例化。术语“程序”可以包含单独的或成组的可执行文件、数据文件、库、驱动器、脚本、数据库记录等。
特别是，图7的系统可以用于实现本发明的一个或若干个实施例。
例如，实现关于图1所描述的步骤的程序可以被存储在存储设备702中并且由逻辑设备701来执行。用户组合、吞吐量、加权因子和性能度量可以被缓冲在存储设备702中。逻辑设备701可以在适当的程序控制下实现上述步骤，特别是上述的吞吐量、加权因子和性能度量计算，或者可以与适用于执行这些处理中的一些或全部的内部和/或外部专用的系统(例如，硬件加速编码器/解码器等)进行交互。此外，程序可以实现NOMA或OMA发射机，例如，实现根据上述实施例的用户分配。这些任务可以在多个计算设备(例如，参考图7所描述的设备)当中被共享。编码的信号可以经由通信接口720来接收。
因此，本发明可以被体现为计算机程序的形式。
应该理解的是，本文中所使用的“服务”可以是在多个用户会话当中可执行的应用程序。服务可用于一个或多个系统组件、程序、和/或其他服务。在一些实现方式中，服务可以在一个或多个服务器计算设备上运行。
显示子系统711当被包括时可以用于呈现第一视频流、第二视频流或组合的视频流的可视的表示，或者可以另外呈现涉及实施的处理的统计信息。如本文中所描述的，方法和处理改变由存储设备702保持的数据并因此转换存储设备702的状态，显示子系统711的状态可以类似地被转换以可视地表示基础数据中的改变。显示子系统711可以包括可视地利用任何类型的技术的一个或多个显示设备。这样的显示设备可以与逻辑设备和/或存储设备一起组合在共享的外壳中，或者这样的显示设备可以是外围显示设备。
输入子系统当被包括时可以包括一个或多个用户输入设备(例如，键盘712、鼠标713、触摸屏711或游戏控制器(未示出))或与一个或多个用户输入设备进行交互。在一些实施例中，输入子系统可以包括所选择的自然用户输入(NUI)元件部分或与所选择的自然用户输入(NUI)元件部分进行交互。这样的元件部分可以是集成的或外围的，并且输入动作的转换和/或处理可以在板上或板外来操作。示例NUI元件部分可以包括用于语言和/或语音识别的麦克风；用于机器视觉和/或姿势识别的红外线的、彩色的、立体的和/或深度照相机；用于运动检测和/或意图识别的头部跟踪器、眼部跟踪器、加速度计和/或陀螺仪；以及用于访问大脑活动的电场感测元件部分。
通信子系统720当被包括时可以被配置为将计算系统与一个或多个其他计算设备通信地耦合。例如，通信模块可以经由任何尺寸的网络(个域网、局域网、广域网或因特网)将计算设备通信地耦合到例如在远程服务器776上托管的远程服务。通信子系统可以包括与一个或多个不同通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制的示例，通信子系统可以被配置用于经由无线电话网络774或有线或无线局域或广域网络的通信。在一些实施例中，通信子系统可以允许计算系统经由网络(例如，因特网775)发送消息到其他设备或接收来自其他设备的消息。通信子系统可以附加地支持与无源设备(NFC、RFID等)的短距离感应通信721。
图8示出了被配置为构成实施例的智能电话设备。如图8所示，智能电话设备包含元件701、702、703、720、近场通信接口721、闪存733、元件714、715以及711，如上所述。其与电话网络774和/或服务器776经由网络775进行通信。还可以使用可替代的通信机制，例如，专用网络或Wi-Fi。
图9示出了适用于构成实施例的蜂窝网络基站。如图9所示，蜂窝网络基站包含元件701、702、703以及720，如上所述。其与电话网络774和/或服务器776经由网络775进行通信。还可以使用可替代的通信机制，例如，专用网络或Wi-Fi。
应该理解的是，本文中所描述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些指定的实施例或示例不被认为是限制意义的，这是因为各种变形是可能的。本文中所描述的指定的例程或方法可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个。就此，所示和/或所描述的各种动作可以以所示和/或所描述的序列、以其他序列、并行地或被省略地来执行。类似地，上述处理的顺序可以被改变。
本公开的主题包括各种处理、系统和配置的所有新颖的和不显而易见的组合和子组合、和本文中公开的其他特征、功能、动作和/或性质、以及其任何和所有的等价物。

Claims (15)

1.一种用于在多址接入通信系统中使用以用于从候选用户池中选择用户以在时隙t中分配给多个子带中的一个或多个子带的用户选择装置，所述装置适用于向每一个子带分配针对该子带使比例公平性性能度量最大化的任何用户的组合，其中，所述性能度量是由加权因子来加权的，所述加权因子反映了针对每一个用户的目标吞吐量与预计吞吐量之间的差，所述目标吞吐量等于在当前时隙t之前的预定义的历史时间段内在所有子带当中实现的每用户平均吞吐量的倍数b，所述预计吞吐量等于一个或多个用户所归属的每一个子带上的每一个所述用户的可实现的吞吐量的总和。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述性能度量对应于在相应的用户的组合中的所有用户当中的值的总和，所述值是通过将所述子带上的那个用户的可实现的吞吐量值与加权因子的乘积除以在预定义的历史时间段内由相对应的该用户实现的平均吞吐量来获得的，其中，所述加权因子反映了在所述时隙t内针对当前相应的用户的组合中的该用户所确定的预计吞吐量与针对当前可能的组合中的该相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述用户选择装置适用于依次在所述时隙t中选择每一个子带，并且将这个选择的子带指定给可实现的用户吞吐量解算器和性能度量解算器，其中
用户吞吐量计量器适用于确定在预定义的历史时间段内由每一个所述用户实现的所述平均吞吐量，
所述可实现的用户吞吐量解算器适用于确定在所述时隙t中所述选择的子带上的每一个可能的用户的组合的每一个所述用户的所述可实现的吞吐量，
所述性能度量解算器适用于计算每一个所述可能的用户的组合的性能度量，所述性能度量解算器包括：
预计吞吐量解算器，其适用于确定预计吞吐量，并且加权因子解算器适用于确定所述加权因子，所述加权因子反映了通过所述预计吞吐量解算器在所述时隙t内针对所述当前可能的用户的组合中的每一个相应的用户所确定的所述预计吞吐量与针对所述当前可能的组合中的该相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差，以及
其中，所述性能度量解算器适用于通过在所述当前可能的用户的组合中的所有用户当中对值进行加和来获得针对所述选择的子带的该组合中的性能度量，所述值是通过将由所述可实现的吞吐量解算器输出的所述选择的子带上的该用户的相对应的可实现的吞吐量值与由所述加权因子解算器输出的相对应的加权因子的乘积除以由所述用户吞吐量计量器输出的在所述预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量来获得的，
所述用户选择装置还适用于针对所述选择的子带选择针对该子带实现了由所述性能度量解算器输出的最高相应的性能度量的任意用户的组合，并且其中，所述用户选择装置还适用于将输入值提供给所述用户吞吐量计量器、所述可实现的用户吞吐量解算器以及所述性能度量解算器，以获得准许将用户分配给每一个所述子带的性能度量值。
4.一种用于在多址接入通信系统中在时隙t中将用户归属到多个子带中的一个或多个子带的方法，所述方法包括向每一个所述子带分配针对该子带使比例公平性性能度量最大化的任意用户的组合，其中，所述性能度量是由加权因子加权的，所述加权因子反映了针对每一个用户的目标吞吐量与预计吞吐量之间的差，所述目标吞吐量等于在当前时隙t之前的预定义的历史时间段内在所有子带当中实现的每用户平均吞吐量的倍数b，所述预计吞吐量等于一个或多个用户所归属的每一个子带上的每一个所述用户的可实现的吞吐量的总和。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述性能度量对应于在相应的用户组合中的所有用户当中的值的总和，所述值是通过将该子带上的该用户的可实现的吞吐量值与加权因子的乘积除以在预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量来获得的，其中，所述加权因子反映了在所述时隙t内针对当前相应的用户的组合中的该用户所确定的预计吞吐量与针对当前可能的组合中的相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：
确定在预定义的历史时间段内由每一个所述用户实现的平均实现的吞吐量，
确定在所述时隙t中在第一子带上的每一个可能的用户的组合的每一个所述用户的可实现的吞吐量，
通过以下步骤计算每一个可能的用户的组合的所述性能度量：
针对每一个用户，确定预计吞吐量，
确定加权因子，所述加权因子反映了在所述时隙t内针对所述当前可能的用户的组合中的每一个相应的用户所确定的所述预计吞吐量与针对当前可能的组合中的该相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差，
通过在当前可能的用户的组合中的所有用户当中对值进行求和来获得针对所述第一子带的该组合的所述性能度量，所述值是通过将针对该子带上的该用户的相对应的可实现的吞吐量值与相对应的加权因子的乘积除以在所述预定义的历史时间段内由该相对应的用户实现的平均吞吐量来获得的，以及
针对所述第一子带选择针对该子带实现最高相应的性能度量的任意用户的组合，
以及针对其他子带重复每一个前述步骤，直到用户已经被归属到每一个所述子带。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多址接入通信系统是非正交多址接入(NOMA)系统，由此，每一个所述可能的用户的组合包括多个用户。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多址接入通信系统是正交多址接入(OMA)系统，由此，每一个所述可能的用户的组合包括单个用户。
9.根据权利要求6到8中的任一项所述的方法，其中，在计算每一个可能的用户的组合的性能度量的步骤处，在预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量被认为是在当前时隙t之前的预定义的历史时间段内由相对应的用户实现的平均吞吐量。
10.根据权利要求4到8中的任一项所述的方法，其中，所述加权因子被计算为当前时隙t内针对每一个相应的用户所确定的预计吞吐量与针对该相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差在当前可能组合中的用户当中的总和，并且每一个用户的性能度量是使用相同的加权因子来计算的。
11.根据权利要求4到8中的任一项所述的方法，其中，所述加权因子被计算为当前时隙t内针对每一个相应的用户所确定的预计吞吐量与针对该相应的用户所限定的目标吞吐量之间的差，并且每一个用户的性能度量是使用与该用户相对应的相应的加权因子来计算的。
12.根据权利要求4到6中的任一项所述的方法，其中，所述倍数b是针对每一个用户来限定的。
13.根据权利要求4到6中的任一项所述的方法，其中，所述倍数b是针对每一个用户根据多个预定义的服务质量级别来限定的，每一个所述级别与所述倍数的相应的值相关联。
14.一种用于将用户归属到子带的装置，包括用于执行根据权利要求4到13中的任一项所述的方法的单元。
15.一种计算机可读介质，具有存储于其上的指令，所述指令在由处理器执行时，使得所述处理器执行根据权利要求4到13中的任一项所述的方法。
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