CN111030771B - 非正交多重接入系统中的用户装置选择方法及其基站 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种非正交多重接入系统中的用户选择方法及其基站。所述方法包括：(一)设定群组分割参数i的初始值为2；(二)将N个用户装置区分为i个群组；(三)从所述i个群组中的每一组挑出一个参考装置，构成一参考群组；(四)对所述参考群组执行一功率分配算法，以计算各参考装置对应的功率分配因数；以及(五)依据所计算出的功率分配因数判断各参考装置是否皆满足一套限制条件：若是，将i值加1，并回到步骤(二)；若否且i不为2，对所述参考群组进行非正交多重接入传输。

Description

非正交多重接入系统中的用户装置选择方法及其基站
技术领域
本发明涉及一种通信系统中的基站及其用户装置选择方法，且特别涉及一种非正交多重接入系统中的基站及其用户装置选择方法。
背景技术
在第四代移动通信系统中，为了达到良好的系统吞吐量，正交多重接入(orthogonal multiple access，OMA)系统因而被广泛地使用。但随着科技的发展，未来对无线通信的系统容量要求会越来越高，因此，在第五代移动通信系统中，非正交多重接入(non-orthogonal multiple access，NOMA)系统正日渐受到重视。
NOMA系统藉由用户间合适的功率分配来进行多用户的讯息迭加，可让多个用户使用相同的信道资源(例如相同时间和频段)，同时进行讯息传送；利用连续性干扰消除(successive interference cancellation，SIC)技术可在接收端将多用户的迭加讯息分离开来。整体而言，NOMA技术可以提高系统的资源使用效率，达到比OMA技术更高的系统容量。
然而，NOMA系统的设计上有许多不足之处，有待不断地完善。例如，当NOMA系统的基站具备一次服务多个用户装置的能力时，如何选择每次服务的用户装置以将系统容量最大化并保证检测效能，实为一项非常重要的议题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种非正交多重接入系统中的基站及其用户装置选择方法，其可让基站基于特定的机制而从多个用户装置中选择一部分的用户装置来提供服务，藉以达到将系统容量最大化的目的，并同时保证各用户装置的信号检测效能。
本发明提供一种非正交多重接入系统中的用户选择方法，其中非正交多重接入系统服务N个用户装置，所述方法包括：(a)将所述N个用户装置区分为i个群组，其中i、N为正整数且i介于2及N之间；(b)从所述i个群组中挑出多个参考装置，其中前述参考装置一对一地对应于所述i个群组；(c)对前述参考装置组成的一参考群组执行一功率分配算法，以决定各参考装置对应的多个参考功率分配因数，并据以判断各参考装置是否皆满足至少一限制条件；以及(d)若各参考装置未皆满足至少一限制条件，对一候选群组进行一非正交多重接入传输，其中候选群组当所述N个用户装置被区分为i-1个群组时，由各所述i-1个群组中的一候选装置所组成，且各所述i-1个群组中的候选装置皆满足至少一限制条件。
本发明提供一种基站，适用于服务一非正交多重接入系统中的N个用户装置，所述基站包括收发电路、存储电路及处理器。收发电路用以传送讯息给至少四个用户设备。存储电路存储多个模块。处理器耦接存储电路和收发电路，经配置以存取前述模块以执行以下步骤：(a)将所述N个用户装置区分为i个群组，其中i、N为正整数且i小于等于N；(b)从所述i个群组中挑出多个参考装置，其中前述参考装置一对一地对应于所述i个群组；(c)对前述参考装置组成的一参考群组执行一功率分配算法，以决定各参考装置对应的多个参考功率分配因数，并据以判断各参考装置是否皆满足至少一限制条件；以及(d)若各参考装置未皆满足至少一限制条件，对一候选群组进行一非正交多重接入传输，其中候选群组当所述N个用户装置被区分为i-1个群组时，由各所述i-1个群组中的一候选装置所组成，且各所述i-1个群组中的候选装置皆满足至少一限制条件。
本发明提供一种非正交多重接入系统中的用户选择方法，其中非正交多重接入系统服务N个用户装置，所述方法包括：(a)将所述N个用户装置区分为i个群组，其中i、N为正整数且i介于2及N之间；(b)从所述i个群组中的每一组挑出一个参考装置，构成一参考群组；(c)对所述参考群组执行一功率分配算法，以计算各参考装置对应的多个参考功率分配因数，并据以判断各参考装置是否皆满足一套限制条件；以及(d)若各参考装置未皆满足该套限制条件，对一候选群组进行非正交多重接入传输，其中候选群组当所述N个用户装置被区分为i-1个群组时，由各所述i-1个群组中的一候选装置所组成，且各所述i-1个群组中的候选装置皆满足该套限制条件。
基于上述，本发明的用户装置选择方法可在将用户装置区分为i个群组之后，从所述i个群组中分别挑出一个用户装置作为参考装置以组成参考群组。接着，可对此参考群组中的i个参考装置执行一功率分配算法，并判断所述i个用户装置是否皆能够满足所设定的限制条件。若否，可对候选群组(即，先前所找出的参考群组)进行NOMA传输，藉以在保证各候选装置的检测效能及SIC效能的同时，将基站每次服务的候选装置数量最大化。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依据本发明的一实施例绘示的NOMA系统示意图。
图2是依据本发明的一实施例绘示的用户装置选择方法。
图3A至图3C是依据本发明实施例绘示的用户装置选择方法的应用情境。
【符号说明】
100：NOMA系统
10：基站
11：收发器
12：存储电路
13：处理器
20_1、20_2、…20_N：用户装置
G11、G12、G21、G22、G23、G31、G32、G33、G34：群组
C1、C2、C3：参考群组
S210～S290：步骤
具体实施方式
请参照图1，其是依据本发明的一实施例绘示的NOMA系统示意图。在本实施例中，NOMA系统100包括基站10及用户装置20_1、20_2、…、20_N(N为正整数)，而用户装置20_1-20_N可组成一个群组(cluster)，并由基站10所服务。
各用户装置20_1-20_N例如可实现为(但不限于)移动站、先进移动站(advancedmobile station，AMS)、服务器、用户端、桌上型计算机、膝上型计算机、网络计算机、工作站、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、平板计算机(tablet personalcomputer，tablet PC)、扫描器、电话装置、寻呼机、相机、电视、掌上型视频游戏装置、音乐装置、无线传感器等等，本发明并未对此有所限制。
基站10可包含(但不限于)，例如，eNB、家用eNB(Home eNB)、高级基站(advancedbase station，ABS)、基站收发系统(base transceiver system，BTS)、接入点、本籍基站(home BS)、中继器、中间节点、中间设备和/或者基于卫星的通信基站，但本发明的可实施方式并不限于此。
在本发明的实施例中，基站10可以至少表示为如图1所示的功能元件。基站10可至少包含(但不限于)收发器11、存储电路12及处理器13。收发器11可包含传送器电路、模拟-数字(analog-to-digital，A/D)转换器、D/A转换器、低噪声放大、混频、滤波、阻抗匹配、传输线、功率放大、一或多个天线电路及本地存储介质元件(但本发明并不限于此)，以为基站10提供无线传送/接收功能给用户装置20_1-20_N。存储电路12例如是存储器、硬盘、或任何其它用以存储数据的元件，并可经配置以记录多个程序代码或模块。
处理器13耦接收发器11及存储电路12，其可为一般用途处理器、特殊用途处理器、传统的处理器、数字信号处理器、多个微处理器(microprocessor)、一个或多个结合数字信号处理器内核的微处理器、控制器、微控制器、特殊应用集成电路(application specificintegrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列电路(field programmable gate array，FPGA)、任何其他种类的集成电路、状态机、基于进阶精简指令集机器(advanced RISCmachine，ARM)的处理器以及类似品。
在本实施例中，处理器13可存取并执行存储电路12中的模块以执行本发明提出的功率分配算法，细节说明如下。
在图1中，假设全域信道状态信息(global channel state information，globalCSI)已知的。在NOMA系统100中，基站10可在对欲传送给用户装置20_1、20_2、…、20_N的信号S1、S2、…、SN个别分别分配功率P1、P2、…、PN之后予以迭加，并将迭加后的信号广播至用户装置20_1-20_N。在本实施例中，上述迭加后的信号可表征为
Figure BDA0001909775380000041
其中的信号Sn经正规化而使得E[|sn|2]＝1(E[×]为统计期望值)。
在全域CSI已知的情况下，即代表用户装置20_n(n为介于1及N之间的正整数)与基站10之间的信道衰减系数(下称hn)皆为已知的。在本实施例中，hn可为一复数高斯随机变量，且其平均值及标准差可分别为0及
Figure BDA0001909775380000042
因而可表征为
Figure BDA0001909775380000051
相应地，用户装置20_n与基站10之间的信道增益可表征为|hn|2。
为便于说明，假设|h1|2>|h2|2>…>|hN 2，亦即用户装置20_1-20_N的信道增益为降幂排列。并且，对于用户装置20_n而言，其收到的信号(下称yn)可表征为yn＝hnx+vn，其中vn为加性高斯白噪声(Additive white Gaussian noise，AWGN)，且平均值及标准差分别为0及
Figure BDA0001909775380000052
因而可表征为
Figure BDA0001909775380000053
依据NOMA的原则，具有较大信道增益的用户装置(简称强用户装置)应相应地被分配较小的传输功率，亦即P1<P2<…<PN。在此情况下，对于具较小信道增益的用户装置(简称弱用户装置)而言，由强用户装置的信号所产生的干扰可被视为是噪声，使得弱用户装置可直接解码出自己的信号。另一方面，强用户装置则可在通过SIC的技术移除弱用户装置所解码出的信号之后，直接解出自己的信号。假设每个用户装置都能成功解码，且没有发生误差传播(error propagation)的话，用户装置20_n的信道容量可表征为：
Figure BDA0001909775380000054
其中V0为AWGN的噪声功率。
在本实施例中，为了考虑用户装置20_n的服务质量(quality of service，QoS)，本申请另定义了最小传输速率要求(以Rn表示)。在此情况下，在总传输功率为PT的情况下，将系统容量最大化的最佳化问题可表征为以下限制条件：
Figure BDA0001909775380000055
受限于(subject to)
Figure BDA0001909775380000056
Figure BDA0001909775380000057
PN>PN-1>…>P1(2d)
Figure BDA0001909775380000058
在以上的最佳化问题中，限制条件(2d)代表在NOMA原则中，分配给弱用户装置的传输功率必须大于强用户装置，而限制条件(2e)显示每个用户装置的信道容量必须满足对应的最小传输速率要求，藉以保证QoS。
对于用户装置20_n而言，可定义一功率分配因数(以αn表示)，而其被分配的传输功率可表示为Pn＝αnPT。亦即，P1＝α1PT、P2＝α2PT、…、PN＝αNPT。在此情况下，上述最佳化问题的限制条件可表示为：
Figure BDA0001909775380000061
受限于
Figure BDA0001909775380000062
αN>αN-1>…>α1>0(3c)
Figure BDA0001909775380000063
由于NOMA系统100的总系统容量高度相关于具最大信道增益的用户装置(即，用户装置20_1)，因此若欲提高NOMA系统100的总系统容量，需尽可能地对用户装置20_1分配较多的传输功率。并且，基于NOMA的特性，还须同时维持限制条件(3c)，亦即，需慎选用户装置20_n的Rn以满足限制条件(3d)。
有鉴于此，本发明提出一功率分配算法，其可在通过一定的机制来适当地决定用户装置20_1-20_N的R2-RN之后，将剩余的传输功率皆分配给用户装置20_1，藉以提升总系统容量。
为决定Rn的下限值，可通过限制条件(3d)来找出其范围。首先，当n＝1时，限制条件(3d)可表征为：
Figure BDA0001909775380000064
其中
Figure BDA0001909775380000065
且μn＝(PT|hn|2)/V0。基于限制条件(3d)，需选择能够令α1>0的φ1及μ1。由于无论n值为何，μn皆大于0，因此μ1的倒数势必亦为正数且非0。在此情况下，仅需保证φ1大于0(即，R1需大于0)即可。
接着，当n＝2时，限制条件(3d)可表征为：
Figure BDA0001909775380000066
为满足限制条件(3d)中的α2>α1，可令式(5)中的1/μ2>0，且需确认是否φ2>1。在此情况下，可得出R2必须大于1，方能令式(5)成立。在得到R2的下限值之后，可维持α1及α2之间的关系，并同时满足NOMA的原则。
接着，当n＝3时，限制条件(3d)可表征为：
Figure BDA0001909775380000067
基于式(5)，可设定α1＝α2/φ2-1/μ2并将其代入式(6)中。相应地，可得到α2及α3之间的关系，如下所示：
Figure BDA0001909775380000071
基于|h2|2>|h3|2的要求，1/μ3-1/μ2将大于0。并且，由于先前已推得R2的下限值(即，1)，因而可知φ2必然大于1，而(1+1/φ2)则必然大于0。基此，只要φ3>1，即可令α3大于α2。因此，可知R3>1，且φ3亦大于1。如先前段落中所教示的，只要R3的下限值为已知，α3>α2将必然成立，并满足限制条件(3c)。
基于以上教示，R4至Rn的下限值皆可相应地推得为1，而其意味着若欲将系统容量最大化，仅藉由令最强用户装置达到更快传输速率，并同时压抑其他用户装置的作法并不实际。在用户装置20_1-20_N中，即便是具最低信道增益的用户装置仍需被分配一定的传输功率，方能进行例如SIC等操作
对于用户装置20_n而言，只要Rn可在大于其下限值的情况下被适当地设定，则在将Rn代入限制条件(3d)之后，即可推得用户装置20_n的功率分配因数的封闭形式(closedform)。对于介于1及N之间的任意n值，对应的Rn如下所示：
Figure BDA0001909775380000072
Figure BDA0001909775380000073
Figure BDA0001909775380000074
承先前实施例所提及的，若要得出对应各个n值的αn，可先推得αN(其对应于群组中具最小信道增益的用户装置20_N)，再依序据以推得αN-1、…、α2。之后，α1可藉由式(8c)而得。
举例而言，当N值为2时(即，NOMA系统100中仅有2个用户装置20_1及20_2)，弱用户装置及强用户装置的功率分配因数可分别表征为：
Figure BDA0001909775380000075
Figure BDA0001909775380000076
由上可知，本发明实施例的功率分配算法可让基站10在服务由N个用户装置20_1-20_N的群组时，可基于式(8a)-(8c)得出对应于各用户装置20_1-20_N的功率分配因数α1-αN。之后，即可相应地得出各用户装置20_1-20_N被分配的传输功率P1、P2、…、PN，并可在将传输功率P1、P2、…、PN代入
Figure BDA0001909775380000081
后将x广播至群组中的各用户装置20_1-20_N，以令用户装置20_n可基于NOMA的原则将自身的信号从所接收的yn中解出。藉此，本发明的功率分配算法可在保证各用户装置20_1-20_N的QoS情况下，将NOMA系统100的系统容量最大化。
然而，若基站10每次皆需同时服务用户装置20_1-20_N的话，当N值较大时，NOMA系统100的总传输功率PT可能会被相应地区分为过多等份。在此情况下，各用户装置20_1-20_N则可能因被分配到过少传输功率而使得检测效能下降。
有鉴于此，本发明实施例更提出一种NOMA系统100中的用户装置选择方法，其可让基站10在面对用户装置20_1-20_N时，基于一定的机制决定只服务用户装置20_1-20_N中的一部分，藉以保证所服务的用户装置的检测效能，详细说明如下。
请参照图2，其是依据本发明的一实施例绘示的用户装置选择方法。本实施例的方法可适用于图1的NOMA系统100，以下即搭配图1所示的内容说明图2所示的各步骤细节。并且，承先前实施例中所假设的，用户装置20_1-20_N的信道增益为降幂排列(即，|h1 2>|h2 2>…>|hN 2)。
概略而言，本发明的用户装置选择方法可在将用户装置20_1-20_N区分为i个群组之后(i为介于2及N之间的正整数)，从所述i个群组中分别挑出一个用户装置作为参考装置以组成参考群组。接着，可对此参考群组中的i个参考装置执行先前实施例中教示的功率分配算法，并判断所述i个参考装置是否皆能够满足所设定的限制条件。若是，则本发明的方法可在将上述参考群组定义为候选群组以及将i值累加1之后，再次执行上述方法。当在某个i值下所挑选出的i个参考装置无法皆满足所设定的限制条件时，可对候选群组(即，在i值累加1之前所找出的参考群组)进行NOMA传输，藉以提升所服务的用户装置的检测效能。
因此，在执行图2所示的方法时，i的初始值可设定为2(即，将用户装置20_1-20_N区分为2个群组)。此外，为令本发明提出的方法更易于理解，以下另搭配图3A至图3C所示的情境来辅以说明。在图3A-图3C中，N例如是12，但其并非用于限定本发明可能的实施方式。
在i的初始值为2的情况下，在步骤S210中，处理器13可判断2≤i≤N而接续进行步骤S220。
在步骤S220中，处理器13将用户装置20_1-20_12区分为2个群组。在一实施例中，处理器13可将用户装置20_1-20_N均匀地区分为2个群组(例如由用户装置20_1-20_6组成的群组G11，以及由用户装置20_7-20_12组成的群组G12)，如图3A所示，但本发明可能的实施方式可不限于此。
接着，在步骤S230中，处理器13可从所述i个群组中挑出多个参考装置，而这些参考装置可一对一地对应于所述i个群组。在一实施例中，处理器13可从所述i个群组中挑出具最大信道增益的参考装置。以图3A为例，处理器13可从群组G11中挑出挑出具最大信道增益的用户装置20_1作为参考装置，并从群组G12中挑出具最大信道增益的用户装置20_7作为参考装置。并且，在本实施例中，用户装置20_1及20_7可组成参考群组C1。在此情况下，可令参考群组C1中各参考装置的信道增益之间的差值够大，进而可让具较小信道增益的参考装置不会消耗过多的资源(例如传输功率)，并使得具较大信道增益的参考装置能够被分配到更多的传输功率以增加传输速率。
之后，在步骤S240中，处理器13对参考群组C1执行功率分配算法，以决定各参考装置对应的参考功率分配因数。所述功率分配算法例如是基于式(8a)至(8c)来计算参考群组C1中各参考装置(即，用户装置20_1及20_7)的功率分配因数。值得注意的是，式(8a)至(8c)基站10对图1所示的N个用户装置20_1-20_N执行，以取得各用户装置20_1-20_N的功率分配因数α1-αN。然而，若欲令式(8a)至(8c)适用于图3A的参考群组C1，则相关的操作机制可进行如下调整。
具体而言，处理器13可依据参考群组C1中各参考装置的信道增益予以降幂排序。在此情况下，排序后的用户装置20_1即为参考群组C1中的第1个参考装置，而用户装置20_7即为参考群组C1中的第2个(即，第i个)参考装置。相应地，式(8a)至(8c)可改写为：
Figure BDA0001909775380000091
Figure BDA0001909775380000092
Figure BDA0001909775380000093
于是参考群组C1中的第1个参考装置(即，用户装置20_1)及第2个参考装置(即，用户装置20_7)的参考功率分配因数α1及α2即可基于式(8a’)至(8c’)推算而得，其中μn＝(PT|hn|2)/V0为参考群组C1中第n个参考装置的另一参考功率分配因数(1≤n≤i)，|hn|2为参考群组C1中第n个参考装置的信道增益，PT为NOMA系统100的总传输功率，V0为噪声功率。
之后，在步骤S250中，处理器13判断参考群组C1中的各参考装置是否皆满足限制条件。在一实施例中，对于参考群组C1中的第n个参考装置而言，限制条件可包括SIC限制条件及传输信噪比(transmit signal-to-noise ratio，transmit SNR)限制条件。
详细而言，为了基于NOMA的原则而实现SIC的功能，基站10所服务的群组(例如，参考群组C1)内的参考装置的信道增益之间的差值对于系统效能来说至关重要，且系统效能亦有关于各参考装置对应的传输功率。因此，对于参考群组C1中的第n个参考装置而言，为了无误地检测到其他参考装置的信号，其接收功率应大于群组内干扰(intra-clusterinterference)及噪声的总和。因此，参考群组C1中的第n个参考装置的SIC限制条件可表征为：
Figure BDA0001909775380000101
其中γn＝hn 2/V0，PD，min为一可区分出所要信号(传送给第n个参考装置的信号)与其他干扰信号的最小功率差值。相应地，SIC限制条件(11)可表示为：
Figure BDA0001909775380000102
在此情况下，对于参考群组C1中的第n个参考装置而言，处理器13可基于相关的参考功率分配因数来判断是否满足相应的SIC限制条件。若是，则代表参考群组C1中的第n个参考装置可藉由对所收到的信号执行SIC来成功地移除群组内干扰。
然而，虽然SIC限制条件(12)可保证参考群组C1中的第n个参考装置的SIC效能，但并无法保证其是否能够成功能检测到自己的信号。为了保证参考群组C1中的第n个参考装置的检测效能(例如误比特率(bit error rate，BER))，可进一步考虑其对应的传输SNR。
对于各参考装置而言，其传输信噪比的需求可基于对应的目标BER及信道增益而推得。对于AWGN信道而言，参考群组C1中的第n个参考装置所需的接收SNR(received SNR)可表征为γR,n，而对应的传输SNR需求即为接收SNR除以信道增益(即，γR,n/|hn 2)。
对于参考群组C1中的第n个参考装置而言，其接收SNR可表征为：
Figure BDA0001909775380000111
相应地，传送SNR可表征为：
Figure BDA0001909775380000112
因此，为了保证参考群组C1中的第n个参考装置的接收效能，其传输SNR需大于对应的传输SNR需求。亦即，参考群组C1中的第n个参考装置的传输SNR限制条件可表征为γ′n>γR，n/|hn|2。
基于以上教示，若处理器13在步骤S250中判断参考群组C1中的各参考装置皆满足上述限制条件(例如，SIC限制条件及传输SNR限制条件)，则处理器13可接续进行步骤S260以将参考群组C1定义为候选群组(下称CNOMA)，而参考群组C1中的各参考装置可定义为候选装置。之后，处理器13可累加i(累加后的i例如是3)，接着返回步骤S210。
在累加后的i仍小于N的情况下，处理器13将基于新的i值而再次进行步骤S220-S250。以下辅以图3B来进行说明。
在图3B中，处理器13可执行步骤S220将用户装置20_1-20_12区分为3个群组。在一实施例中，处理器13可将用户装置20_1-20_N均匀地区分为3个群组(例如由用户装置20_1-20_4组成的群组G21，由用户装置20_5-20_8组成的群组G22，以及由用户装置20_9-20_12组成的群组G23)，但本发明可能的实施方式可不限于此。
接着，在步骤S230中，处理器13可从所述i个群组中挑出多个参考装置，而这些参考装置可一对一地对应于所述i个群组。在一实施例中，处理器13可从所述i个群组中挑出具最大信道增益的参考装置。以图3B为例，处理器13可从群组G21中挑出挑出具最大信道增益的用户装置20_1作为参考装置，从群组G22中挑出具最大信道增益的用户装置20_5作为参考装置，并从群组G23中挑出具最大信道增益的用户装置20_9作为参考装置。并且，在本实施例中，用户装置20_1、20_5及20_9可组成参考群组C2。
之后，在步骤S240中，处理器13对参考群组C2执行功率分配算法，以决定各参考装置对应的参考功率分配因数。在本实施例中，处理器13可依据参考群组C2中各参考装置的信道增益予以降幂排序。排序后的用户装置20_1即为参考群组C2中的第1个参考装置，用户装置20_5即为参考群组C2中的第2个参考装置，而用户装置20_9即为参考群组C2中的第3个(即，第i个)参考装置。
接着，参考群组C2中的第1个参考装置(即，用户装置20_1)、第2个参考装置(即，用户装置20_5)及第3个参考装置(即，用户装置20_9)的参考功率分配因数α1-α3及μ1-μ3可依据先前实施例中的教示而推得，在此不再赘述。
在步骤S250中，处理器13判断参考群组C2中的各参考装置是否皆满足限制条件。在一实施例中，对于参考群组C2中的第n个参考装置而言，其限制条件可包括SIC限制条件及传输SNR限制条件，且皆可依据先前实施例中的教示而推得，在此同样不再赘述。
若处理器13在步骤S250中判断参考群组C2中的各参考装置皆满足上述限制条件(例如，SIC限制条件及传输SNR限制条件)，则处理器13可接续进行步骤S260以将参考群组C2定义为候选群组CNOMA(即，以参考群组C2取代参考群组C1而成为候选群组CNOMA)，而参考群组C2中的各参考装置可定义为候选装置。之后，处理器13可累加i(累加后的i例如是4)，接着返回步骤S210。
在累加后的i仍小于N的情况下，处理器13将基于新的i值而再次进行步骤S220-S250。以下辅以图3C来进行说明。
在图3C中，处理器13可执行步骤S220将用户装置20_1-20_12区分为4个群组。在一实施例中，处理器13可将用户装置20_1-20_N均匀地区分为4个群组(例如由用户装置20_1-20_3组成的群组G31，由用户装置20_4-20_6组成的群组G32，由用户装置20_7-20_9组成的群组G33，以及由用户装置20_10-20_12组成的群组G34)，但本发明可能的实施方式可不限于此。
接着，在步骤S230中，处理器13可从所述i个群组中挑出多个参考装置，而这些参考装置可一对一地对应于所述i个群组。在一实施例中，处理器13可从所述i个群组中挑出具最大信道增益的参考装置。以图3C为例，处理器13可从群组G31中挑出挑出具最大信道增益的用户装置20_1作为参考装置，从群组G32中挑出具最大信道增益的用户装置20_4作为参考装置，从群组G33中挑出具最大信道增益的用户装置20_7作为参考装置，并从群组G34中挑出具最大信道增益的用户装置20_10作为参考装置。并且，在本实施例中，用户装置20_1、20_4、20_7及20_10可组成参考群组C3。
之后，在步骤S240中，处理器13对参考群组C3执行功率分配算法，以决定各参考装置对应的参考功率分配因数。在本实施例中，处理器13可依据参考群组C3中各参考装置的信道增益予以降幂排序。排序后的用户装置20_1即为参考群组C3中的第1个参考装置，用户装置20_4即为参考群组C3中的第2个参考装置，用户装置20_7即为参考群组C3中的第3个参考装置，而用户装置20_10即为参考群组C3中的第4个(即，第i个)参考装置。
接着，参考群组C3中的第1个参考装置(即，用户装置20_1)、第2个参考装置(即，用户装置20_4)、第3个参考装置(即，用户装置20_7)及第4个参考装置(即，用户装置20_10)的参考功率分配因数α1-α4及μ1-μ4可依据先前实施例中的教示而推得，在此不再赘述。
在步骤S250中，处理器13判断参考群组C3中的各参考装置是否皆满足限制条件。在一实施例中，对于参考群组C3中的第n个参考装置而言，其限制条件可包括SIC限制条件及传输SNR限制条件，且皆可依据先前实施例中的教示而推得，在此同样不再赘述。
在一实施例中，若处理器13在步骤S250中判断参考群组C3中的各参考装置未皆满足上述限制条件(例如，SIC限制条件及传输SNR限制条件)，则处理器13可接续进行步骤S270以判断i是否等于2。在图3C的情境中(即，i＝4)，由于i不等于2，因此处理器13可执行步骤S280以对候选群组CNOMA(即，图3B中的参考群组C2)进行NOMA传输。
在一实施例中，处理器13可基于各候选装置对应的功率分配因数决定各候选装置的传输功率。基于图3B的相关说明所述，处理器13可基于参考群组C2中的第1个参考装置(即，用户装置20_1)、第2个参考装置(即，用户装置20_5)及第3个参考装置(即，用户装置20_9)的参考功率分配因数α1-α3及μ1-μ3来计算参考群组C2中各参考装置的传输功率。具体而言，对于参考群组C2中的第n个参考装置而言，传输功率Pn＝αnPT。
之后，处理器13可对各候选装置对应的信号分配各候选装置的传输功率以产生对应于各候选装置的传输信号，并迭加各该候选装置对应的该传输信号以产生一群组传输信号(可表征为
Figure BDA0001909775380000131
)。并且，处理器13可控制收发器11将此群组传输信号传输至候选群组中的各候选装置。
藉此，可在保证各候选装置的检测效能及SIC效能的同时，将基站10每次服务的候选装置数量最大化。
此外，在一实施例中，若处理器13在步骤S210中判断i未介于2及N之间，则可接续进行步骤S250，其细即可参照先前实施例的教示，在此不再赘述。
应了解的是，从先前实施例中hn的分布情形可看出，其假设基站10与各用户装置20_1-20_N之间的信道为单输入单输出(single input single output，SISO)的态样，但在其他实施例中，本发明提出的方法还可扩展至多输入多输出(multiple input multipleoutput，MIMO)的态样。
具体而言，在MIMO的环境中，基站10与用户装置20_n之间的信道矩阵可表征为Hn，而此信道矩阵Hn的各个奇异值(singular value)的平方即为各个子信道的信道增益。在此情况下，信道矩阵Hn的有效信道增益即为各个奇异值的平方的总和，而其可藉由计算信道矩阵Hn的弗罗贝尼乌斯范数(Frobenius norm)而得(可表征为
Figure BDA0001909775380000141
)。相应地，
Figure BDA0001909775380000142
且
Figure BDA0001909775380000143
基此，即可将本发明提出的方法应用于MIMO的态样中(其中各天线的功率平均分配)，以在保证各候选装置的检测效能及SIC效能的同时，将基站10每次服务的候选装置数量最大化。
从另一观点而言，本发明提出的方法也可采用以下方式进行陈述：(a)将所述N个用户装置区分为i个群组，其中i、N为正整数且i介于2及N之间；(b)从所述i个群组中的每一组挑出一个参考装置，构成一参考群组；(c)对所述参考群组执行一功率分配算法，以计算各所述参考装置对应的多个参考功率分配因数，并据以判断各所述参考装置是否皆满足一套限制条件；以及(d)若各所述参考装置未皆满足所述套限制条件，对一候选群组进行非正交多重接入传输，其中所述候选群组当所述N个用户装置被区分为i-1个群组时，由各所述i-1个群组中的一候选装置所组成，且各所述i-1个群组中的候选装置皆满足所述套限制条件。以上各步骤的细节可参照先前实施例的说明，在此不再赘述。
综上所述，本发明的用户装置选择方法可在将用户装置区分为i个群组之后，从所述i个群组中分别挑出一个用户装置作为参考装置以组成参考群组。接着，可对此参考群组中的i个参考装置执行先前实施例中教示的功率分配算法，并判断所述i个用户装置是否皆能够满足所设定的限制条件。若是，则本发明的方法可在将上述参考群组定义为候选群组以及将i值累加1之后，再次执行上述方法。当在某个i值下所挑选出的i个用户装置无法皆满足所设定的限制条件时，可对候选群组(即，在i值累加1之前所找出的参考群组)进行NOMA传输，藉以在保证各候选装置的检测效能及SIC效能的同时，将基站每次服务的候选装置数量最大化。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明；本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可进行适当的更动与修饰，然这些更动与修饰皆仍应为所附的权利要求书所涵盖。

Claims (13)

1.一种非正交多重接入系统中的用户装置选择方法，其中该非正交多重接入系统服务N个用户装置，所述方法包括：
(a)将所述N个用户装置区分为i个群组，其中i、N为正整数且i介于2及N之间；
(b)从所述i个群组中挑出多个参考装置，其中这些参考装置一对一地对应于所述i个群组；
(c)对这些参考装置组成的参考群组执行功率分配算法，以决定各该参考装置对应的多个参考功率分配因数，并据以判断各该参考装置是否皆满足至少一限制条件，其中该至少一限制条件包括连续性干扰消除限制及传输信噪比限制，其中对各该参考装置组成的该参考群组执行该功率分配算法以决定各该参考装置对应的这些参考功率分配因数的步骤包括：
依据各该参考装置的信道增益降幂排序这些参考装置；
计算排序后的这些参考装置各自的这些参考功率分配因数，其中，排序后的这些参考装置中的第n个参考装置的这些参考功率分配因数表征为αn及μn，其中n介于1至i之间，μn＝(PT|hn|2)/V0，PT为该非正交多重接入系统的总传输功率，|hn|2为所述第n个参考装置的该信道增益，V0为噪声功率，
其中，
Figure FDA0003404580130000011
Rn为所述第n个参考装置的最小传输速率要求；
当2≤n≤i-1时，
Figure FDA0003404580130000012
以及
Figure FDA0003404580130000013
以及
(d)若各该参考装置未皆满足该至少一限制条件，对候选群组进行非正交多重接入传输，其中该候选群组当所述N个用户装置被区分为i-1个群组时，由各所述i-1个群组中的候选装置组成，且各所述i-1个群组中的该候选装置皆满足该至少一限制条件；
其中若各该参考装置皆满足该至少一限制条件，所述方法还包括：
将该参考群组定义为该候选群组；以及
累加i，并再次执行步骤(a)至步骤(d)。
2.如权利要求1所述的方法，其中将所述N个用户装置区分为所述i个群组的步骤包括：
依据所述N个用户装置各自的信道增益排序所述N个用户装置；以及
将排序后的所述N个用户装置均匀地区分为所述i个群组。
3.如权利要求1所述的方法，其中从所述i个群组中挑出这些参考装置的步骤包括：
从所述i个群组中挑出具最大信道增益的这些参考装置。
4.如权利要求1所述的方法，其中
当2≤n≤i时，所述第n个参考装置的该连续性干扰消除限制表征为：
Figure FDA0003404580130000021
其中PD，min是可区分出所要信号与其他干扰信号的最小功率差值，其中所述所要信号为传送给所述第n个参考装置的信号；
所述第n个参考装置的该传输信噪比限制表征为：
γ′n>γR，n/|hn|2
其中γ′n为所述第n个参考装置的该传输信噪比，而γR，n为所述第n个参考装置的接收信噪比。
5.如权利要求1所述的方法，其中各该候选装置对应于多个功率分配因数，各该候选装置对应的这些功率分配因数经由对该候选群组执行该功率分配算法而得，且对该候选群组进行该非正交多重接入传输的步骤包括：
基于各该候选装置对应的这些功率分配因数决定各该候选装置的传输功率；
对各该候选装置对应的信号分配各该候选装置的该传输功率以产生对应于各该候选装置的传输信号；
叠加各该候选装置对应的该传输信号以产生群组传输信号；以及
将该群组传输信号传输至该候选群组。
6.如权利要求1所述的方法，其中若各该参考装置未皆满足该至少一限制条件，所述方法还包括：
判断i是否为2；
若否，对该候选群组进行该非正交多重接入传输；以及
若是，不对所述N个用户装置进行该非正交多重接入传输。
7.一种基站，适用于服务非正交多重接入系统中的N个用户装置，所述基站包括：
收发器，用以传送讯息给至少二个用户设备；
存储电路，存储多个模块；以及
处理器，耦接该存储电路和该收发器，经配置以存取这些模块以执行以下步骤：
(a)将所述N个用户装置区分为i个群组，其中i、N为正整数且i小于等于N；
(b)从所述i个群组中挑出多个参考装置，其中这些参考装置一对一地对应于所述i个群组；
(c)对这些参考装置组成的参考群组执行功率分配算法，以决定各该参考装置对应的多个参考功率分配因数，并据以判断各该参考装置是否皆满足至少一限制条件，其中该至少一限制条件包括连续性干扰消除限制及传输信噪比限制，其中该处理器经配置以：
依据各该参考装置的信道增益降幂排序这些参考装置；
计算排序后的这些参考装置各自的这些参考功率分配因数，其中，排序后的这些参考装置中的第n个参考装置的这些参考功率分配因数表征为αn及μn，其中n介于1至i之间，μn＝(PT|hn|2)/V0，PT为该非正交多重接入系统的总传输功率，|hn|2为所述第n个参考装置的该信道增益，V0为噪声功率，
其中，
Figure FDA0003404580130000031
Rn为所述第n个参考装置的最小传输速率要求；
当2≤n≤i-1时，
Figure FDA0003404580130000032
以及
Figure FDA0003404580130000033
以及
(d)若各该参考装置未皆满足该至少一限制条件，对候选群组进行非正交多重接入传输，其中该候选群组当所述N个用户装置被区分为i-1个群组时，由各所述i-1个群组中的候选装置组成，且各所述i-1个群组中的该候选装置皆满足该至少一限制条件；
其中若各该参考装置皆满足该至少一限制条件，该处理器经配置以：
将这些参考群组定义为该候选群组；以及
累加i，并再次执行步骤(a)至步骤(d)。
8.如权利要求7所述的基站，其中该处理器经配置以：
依据所述N个用户装置各自的信道增益排序所述N个用户装置；以及
将排序后的所述N个用户装置均匀地区分为所述i个群组。
9.如权利要求7所述的基站，其中该处理器经配置以：
从所述i个群组中挑出具最大信道增益的这些参考装置。
10.如权利要求7所述的基站，其中
当2≤n≤i时，所述第n个参考装置的该连续性干扰消除限制表征为：
Figure FDA0003404580130000041
其中PD，min是可区分出所要信号与其他干扰信号的最小功率差值，其中所述所要信号为传送给所述第n个参考装置的信号；
所述第n个参考装置的该传输信噪比限制表征为：
γ′n>γR，n/|hn|2
其中γ′n为所述第n个参考装置的该传输信噪比，而γR，n为所述第n个参考装置的接收信噪比。
11.如权利要求7所述的基站，其中各该候选装置对应于多个功率分配因数，各该候选装置对应的这些功率分配因数经由对该候选群组执行该功率分配算法而得，且该处理器经配置以：
基于各该候选装置对应的这些功率分配因数决定各该候选装置的传输功率；
将各该候选装置对应的信号乘上各该候选装置的该传输功率以产生对应于各该候选装置的传输信号；
叠加各该候选装置对应的该传输信号以产生群组传输信号；以及
将该群组传输信号传输至该候选群组。
12.如权利要求7所述的基站，其中若各该参考装置未皆满足该至少一限制条件，该处理器经配置以：
判断i是否为2；
若否，对该候选群组进行该非正交多重接入传输；以及
若是，不对所述N个用户装置进行该非正交多重接入传输。
13.一种非正交多重接入系统中的用户装置选择方法，其中该非正交多重接入系统服务N个用户装置，该方法包括：
(a)将所述N个用户装置区分为i个群组，其中i、N为正整数且i介于2及N之间；
(b)从所述i个群组中的每一组挑出一个参考装置，构成参考群组；
(c)对该参考群组执行功率分配算法，以计算各该参考装置对应的多个参考功率分配因数，并据以判断各该参考装置是否皆满足一套限制条件，其中该套限制条件包括连续性干扰消除限制及传输信噪比限制，其中对该参考群组执行功率分配算法，以计算各该参考装置对应的所述多个参考功率分配因数的步骤包括：
依据各该参考装置的信道增益降幂排序这些参考装置；
计算排序后的这些参考装置各自的这些参考功率分配因数，其中，排序后的这些参考装置中的第n个参考装置的这些参考功率分配因数表征为αn及μn，其中n介于1至i之间，μn＝(PT|hn|2)/V0，PT为该非正交多重接入系统的总传输功率，|hn|2为所述第n个参考装置的该信道增益，V0为噪声功率，
其中，
Figure FDA0003404580130000051
Rn为所述第n个参考装置的最小传输速率要求；
当2≤n≤i-1时，
Figure FDA0003404580130000052
以及
Figure FDA0003404580130000053
以及
(d)若各该参考装置未皆满足该套限制条件，对候选群组进行非正交多重接入传输，其中该候选群组当所述N个用户装置被区分为i-1个群组时，由各所述i-1个群组中的候选装置组成，且各所述i-1个群组中的候选装置皆满足该套限制条件；
其中若各该参考装置皆满足该套限制条件，所述方法还包括：
将该参考群组定义为该候选群组；以及
累加i，并再次执行步骤(a)至步骤(d)。
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