CN109600797B - 一种非正交多址接入机制下的负载卸载方法 - Google Patents

一种非正交多址接入机制下的负载卸载方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非正交多址接入机制下的负载卸载方法，基于NOMA机制下场景中，依据下行总功率和用户最小数据传输速率等网络参数对可卸载用户集进行判断，并在保证活跃用户最小数据传输速率和最大化网络活跃用户数量的基础上，以最大化NOMA系统的吞吐量为目标从可卸载用户集中进行卸载用户的判断。本发明的负载卸载方法有效保证NOMA机制下活跃用户最小数据传输速率需求；负载卸载方法在保证最大的活跃用户数量的前提下可以获得较大的吞吐量，实现一种动态、灵活的负载卸载方案。

Description

一种非正交多址接入机制下的负载卸载方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其是一种非正交多址接入机制下的负载卸载方法。
背景技术
在下一代移动通信关键技术研究中，如何提高网络的频谱利用率是无线通信研究的重点内容之一。面对正交多址接入(OMA，Orthogonal Multiple Access)技术频谱利用率的有限性，非正交多址接入技术被提出以应对下一代无线通信中终端数目的指数级增长，从而满足在总可用频谱宽度不变的前提下极大地增加网络终端设备数量和提高网络的吞吐量。但是，在非正交多址接入技术应用的场景下，当总功率降低或者活跃用户最小数据传输速率提高时可能会造成网络负载过载现象的出现，这将极大影响活跃用户的体验质量(QoE，Quality of Experience)。因此，在下一代移动通信网络中，基于非正交多址接入机制的负载卸载也是一个必须解决的关键问题。
现有的基于非正交多址接入技术的负载卸载方法主要以最大化网络吞吐量为目标进行用户调度，从而导致网络中活跃用户数的大幅度降低，不适用于下一代移动通信网络中超大规模终端用户共存的特征，例如物联网(IoT，Internet of Things)等。因此，需要新的基于非正交多址接入技术的负载卸载方法适用于以超大规模终端用户共存为特征的下一代移动通信场景中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种非正交多址接入机制下的负载卸载方法，能够针对基于NOMA机制场景中负载过载时的用户卸载进行有效控制。
为解决上述技术问题，本发明提供一种非正交多址接入机制下的负载卸载方法，包括如下步骤：
(1)根据基站下行总功率的下降或者活跃用户最低数据传输速率的提高判断NOMA系统是否处于负载过载状态；
(2)根据单个子载波上的可卸载用户数量的不同，将拟卸载用户集合进行第一重分类；
(3)基站搜集基于NOMA机制的网络中各个用户的信道增益和最小数据传输速率，以及基站下行总功率相关网络参数，根据每个固定元素个数的拟卸载用户集合所包含具体用户的不同，将拟卸载用户集合进行第二重分类；
(4)针对所有包含不同具体用户的拟卸载用户集合组合，根据基站下行总功率Pmax值的大小确定可卸载用户集合；
(5)最终，针对可卸载用户集合中的每种卸载用户组合计算网络剩余活跃用户可获得的最大吞吐量，并将拥有最大吞吐量的卸载用户组合作为最终卸载用户集合进行负载卸载操作；
(6)将卸载的用户从NOMA系统的活跃用户集中删除，并进行用户集合更新用于下行总功率的降低或者活跃用户最小数据传输速率提高而带来的负载过载状态的判断。
优选的，步骤(1)中，负载过载判断是以基站下行总功率是否可以满足每个活跃用户的最低数据传输速率为准则。
优选的，步骤(2)中，第一重拟卸载用户集合分类是以确保负载卸载方法获得最大的活跃用户数量为目的，面向单个子载波上的所有NOMA用户，将拟卸载用户集合按照集合中包含用户数量的大小从小到大进行排列，即
Figure GDA0003278867380000021
其中：
Figure GDA0003278867380000022
表示拟卸载N个用户
Figure GDA0003278867380000023
的用户集合，且不失一般性有1≤L1<L2<…<LN≤M，M为NOMA总用户数。
优选的，步骤(3)中，第二重拟卸载用户集合分类是将每个固定元素个数的拟卸载用户集合，如
Figure GDA0003278867380000024
按照所包含具体用户的不同而形成的所有组合进行罗列。针对每种拟卸载用户集合依据参数
Figure GDA0003278867380000025
从小到大进行排列，可得针对
Figure GDA0003278867380000026
的共
Figure GDA0003278867380000027
个具体用户集合，即
Figure GDA0003278867380000028
其中：Ri为第i个用户的最小数据传输速率，|hi|2为用户信道增益且根据NOMA组成原则有|h1|2≤…≤|hM|2，σ2为噪声参数，
Figure GDA0003278867380000029
最后，将针对每个固定元素个数的拟卸载用户所有集合，如
Figure GDA00032788673800000210
按照顺序依次剔除第一个具体用户集合，可得针对
Figure GDA00032788673800000211
的共
Figure GDA00032788673800000212
种拟卸载用户集合，即
Figure GDA00032788673800000213
其中；
Figure GDA00032788673800000214
表示基站下行总功率可以满足NOMA系统卸载任意一个具体拟卸载用户集合后所有在线用户的最低数据传输速率，同时卸载任意一个具体拟卸载用户集合获得的NOMA活跃用户数相同。
优选的，步骤(4)中，针对所有包含不同具体用户的拟卸载用户集合组合计算基站满足其剩余活跃用户最低数据传输速率需求的最低总功率值
Figure GDA0003278867380000031
然后根据基站下行总功率Pmax与
Figure GDA0003278867380000032
的比较确定可卸载用户集合。
优选的，步骤(5)中，针对可卸载用户集合中的每种卸载用户组合计算网络剩余活跃用户可获得的最大吞吐量即，
Figure GDA0003278867380000033
[1,M]，其中
Figure GDA0003278867380000034
并将拥有最大吞吐量的卸载用户组合作为最终卸载用户集合进行负载卸载操作。
本发明的有益效果为：本发明利用基于非正交多址接入技术的负载卸载方法，解决了由于总功率的降低或者用户最小传输速率需求的提高而造成的网络负载过载问题；该方法在保证NOMA系统中每个活跃用户最小数据传输速率需求的前提下，实现了以活跃用户数量最多的有益目标，同时可获得较大的系统吞吐量，从而达到针对NOMA机制下负载过载问题的有效负载卸载控制。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种应用于非正交多址接入机制的负载卸载方法，包括如下步骤：
(1)根据基站下行总功率的下降或者活跃用户最低数据传输速率的提高判断NOMA系统是否处于负载过载状态；
(2)根据单个子载波上的所有NOMA用户不同，将拟卸载用户集合进行第一重分类；
(3)基站搜集基于NOMA机制的网络中各个用户的信道增益和最小数据传输速率，以及基站下行总功率相关网络参数，根据每个固定元素个数的拟卸载用户集合所包含具体用户的不同，将拟卸载用户集合进行第二重分类；
(4)针对所有包含不同具体用户的拟卸载用户集合组合，根据基站下行总功率Pmax值的大小确定可卸载用户集合；
(5)最终，针对可卸载用户集合中的每种卸载用户组合计算网络剩余活跃用户可获得的最大吞吐量，并将拥有最大吞吐量的卸载用户组合作为最终卸载用户集合进行负载卸载操作；
(6)将卸载的用户从NOMA系统的活跃用户集中删除，并进行用户集合更新用于下行总功率的降低或者活跃用户最小数据传输速率提高而带来的负载过载状态的判断。
设在非正交多址接入机制中单个子载波上共有M个用户，将这些用户按照其各自信道增益的升序排列，且不失一般性有|h1|2≤…≤|hM|2。每个用户都有其各自的最小数据传输速率需求Ri,
Figure GDA0003278867380000041
因此基站在分配下行数据传输功率时必须满足每个活跃用户的最小数据传输速率。同时，假设基站的下行总功率为Pmax用于下行功率分配。
根据非正交多址接入机制已知，为了获取NOMA系统吞吐量最大化，当Pmax足够大，即
Figure GDA0003278867380000042
时，基站仅满足活跃用户{1,…,M-1}的最小数据传输速率，而将剩余的功率分配给拥有最大信道增益的活跃用户以获取系统吞吐量最大。
当基站下行总功率Pmax下降或者活跃用户的最小数据传输速率提高时进行NOMA系统负载过载判断，若基站仍可以满足当前所有活跃用户的最小数据传输速率，则负载卸载不执行，否则进行拟卸载用户集的第一重分配。
第一重拟卸载用户集合分类是以确保负载卸载方法获得最大的活跃用户数量为目的，面向单个子载波上的所有NOMA用户，将拟卸载用户集合，按照集合中包含用户数量的大小从小到大进行排列，即
Figure GDA0003278867380000043
其中
Figure GDA0003278867380000044
表示拟卸载N个用户
Figure GDA0003278867380000045
的用户集合，且不失一般性有1≤L1<L2<…<LN≤M。
第二重拟卸载用户集合分类同样是以确保负载卸载方法获得最大的活跃用户数量为目的，针对在第一重拟卸载用户集合分类获得的
Figure GDA0003278867380000046
进行再次细致分类。第二重拟卸载用户集合分类是将每个固定元素个数的拟卸载用户集合，如
Figure GDA0003278867380000047
按照所包含具体用户的不同而形成的所有组合进行罗列。针对每种拟卸载用户集合依据所给参数
Figure GDA0003278867380000048
其中：
Figure GDA0003278867380000049
Figure GDA00032788673800000410
Figure GDA00032788673800000411
从小到大进行排列，可得针对
Figure GDA00032788673800000412
的共
Figure GDA00032788673800000413
个具体用户集合，即
Figure GDA00032788673800000414
其中：
Figure GDA00032788673800000415
同时，将针对每个固定元素个数的拟卸载用户所有集合，如
Figure GDA0003278867380000051
按照顺序依次剔除第一个具体用户集合，可得针对
Figure GDA0003278867380000052
的共
Figure GDA0003278867380000053
种拟卸载用户集合，即
Figure GDA0003278867380000054
其中；
Figure GDA0003278867380000055
表示基站下行总功率可以满足NOMA系统卸载任意一个具体拟卸载用户集合后所有在线用户的最低数据传输速率，并且卸载任意一个具体拟卸载用户集合获得的NOMA活跃用户数相同。
针对所有包含不同具体用户的拟卸载用户集合组合计算基站满足其剩余活跃用户最低数据传输速率需求的最低总功率值
Figure GDA0003278867380000056
Figure GDA0003278867380000057
然后根据基站下行总功率Pmax与
Figure GDA0003278867380000058
Figure GDA0003278867380000059
的比较确定可卸载用户集合。例如：当
Figure GDA00032788673800000510
时，可卸载用户集为
Figure GDA00032788673800000511
当
Figure GDA00032788673800000512
时，
Figure GDA00032788673800000513
可卸载用户集为
Figure GDA00032788673800000514
当
Figure GDA00032788673800000515
时，可卸载用户集为
Figure GDA00032788673800000516
面对可卸载用户集合
Figure GDA00032788673800000517
删除其中任意卸载用户集都可以满足NOMA系统中活跃用户数最大以及保证每个活跃用户获得最低的数据传输速率的需求。因此，为了进一步获得较大的系统吞吐量，在可卸载用户集合
Figure GDA00032788673800000518
中选择删除该卸载用户集合后剩余活跃用户可以获得最大系统吞吐量的可卸载用户为最终的卸载用户集合，即
Figure GDA00032788673800000519
其中：
Figure GDA00032788673800000520
且
Figure GDA00032788673800000521
和
Figure GDA0003278867380000061
最后，将卸载的用户从NOMA系统的活跃用户集中删除，并进行用户集合更新用于下行总功率的降低或者活跃用户最小数据传输速率提高而带来的负载过载状态的判断。
本发明提供了一种应用于非正交多址接入技术的一种负载卸载方法。通过建立针对总功率和用户最低数据传输速率动态变化关系的基础上针对负载过载问题进行冗余用户的卸载，在保证所有活跃用户最低数据传输速率和系统中活跃用户数量最大前提下获得最大化NOMA系统的吞吐量，以适应NOMA系统中多个终端用户共存在同一个子载波上的场景。
本发明在基于NOMA机制下场景中，依据下行总功率和用户最小数据传输速率等网络参数对可卸载用户集进行判断，并在保证活跃用户最小数据传输速率和最大化网络活跃用户数量的基础上，以最大化NOMA系统的吞吐量为目标从可卸载用户集中进行卸载用户的判断。一方面，负载卸载方法有效保证NOMA机制下活跃用户最小数据传输速率需求。另一方面，负载卸载方法在保证最大的活跃用户数量的前提下可以获得较大的吞吐量，实现一种动态、灵活的负载卸载方案。

Claims (3)

1.一种非正交多址接入机制下的负载卸载方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)当基站下行总功率Pmax下降或者活跃用户的最小数据传输速率提高时进行NOMA系统负载过载判断；
(2)根据单个子载波上的可卸载用户数量的不同，将拟卸载用户集合进行第一重分类；第一重拟卸载用户集合分类是以确保负载卸载方法获得最大的活跃用户数量为目的，面向单个子载波上的所有NOMA用户，将拟卸载用户集合按照集合中包含用户数量的大小从小到大进行排列，即
Figure FDA0003278867370000011
其中：
Figure FDA0003278867370000012
表示拟卸载N个用户
Figure FDA0003278867370000013
的用户集合，且不失一般性有1≤L1<L2<…<LN≤M，M为NOMA总用户数；
(3)基站搜集基于NOMA机制的网络中各个用户的信道增益和最小数据传输速率，以及基站下行总功率相关网络参数，根据每个固定元素个数的拟卸载用户集合所包含具体用户的不同，将拟卸载用户集合进行第二重分类；第二重拟卸载用户集合分类是将每个固定元素个数的拟卸载用户集合，如
Figure FDA0003278867370000014
按照所包含具体用户的不同而形成的所有组合进行罗列；针对每种拟卸载用户集合依据参数
Figure FDA0003278867370000015
Figure FDA0003278867370000016
从小到大进行排列，可得针对
Figure FDA0003278867370000017
的共
Figure FDA0003278867370000018
个具体用户集合，即
Figure FDA0003278867370000019
其中：Ri为第i个用户的最小数据传输速率，|hi|2为用户信道增益且根据NOMA组成原则有|h1|2≤…≤|hM|2，σ2为噪声参数，
Figure FDA00032788673700000110
最后，将针对每个固定元素个数的拟卸载用户所有集合，如
Figure FDA00032788673700000111
按照顺序依次剔除第一个具体用户集合，可得针对
Figure FDA00032788673700000112
的共
Figure FDA00032788673700000113
种拟卸载用户集合，即
Figure FDA00032788673700000114
其中；
Figure FDA00032788673700000115
表示基站下行总功率可以满足NOMA系统卸载任意一个具体拟卸载用户集合后所有在线用户的最低数据传输速率，同时卸载任意一个具体拟卸载用户集合获得的NOMA活跃用户数相同；
(4)针对所有包含不同具体用户的拟卸载用户集合组合，根据基站下行总功率Pmax值的大小确定可卸载用户集合；
(5)最终，针对可卸载用户集合中的每种卸载用户组合计算网络剩余活跃用户可获得的最大吞吐量，并将拥有最大吞吐量的卸载用户组合作为最终卸载用户集合进行负载卸载操作；
(6)将卸载的用户从NOMA系统的活跃用户集中删除，并进行用户集合更新用于下行总功率的降低或者活跃用户最小数据传输速率提高而带来的负载过载状态的判断。
2.如权利要求1所述的非正交多址接入机制下的负载卸载方法，其特征在于，步骤(4)中，针对所有包含不同具体用户的拟卸载用户集合组合计算基站满足其剩余活跃用户最低数据传输速率需求的最低总功率值
Figure FDA0003278867370000021
然后根据基站下行总功率Pmax与
Figure FDA0003278867370000022
的比较确定可卸载用户集合。
3.如权利要求1所述的非正交多址接入机制下的负载卸载方法，其特征在于，步骤(5)中，针对可卸载用户集合中的每种卸载用户组合计算网络剩余活跃用户可获得的最大吞吐量，即
Figure FDA0003278867370000023
Figure FDA0003278867370000024
其中
Figure FDA0003278867370000025
并将拥有最大吞吐量的卸载用户组合作为最终卸载用户集合进行负载卸载操作。
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GR01 Patent grant
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