CN111315019B - Noma系统中基于信道噪声比改进的多用户-多载波匹配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种NOMA系统中基于信道噪声比改进的多用户‑多载波匹配方法，在最大化系统能量效率的同时降低资源配置的复杂度，解决了多信道‑多用户匹配问题复杂度较高的问题。可以根据多用户部分信道情况进行快速的使信道和用户进行匹配，具有重要的实际作用，通过时时更新偏好表避免陷入局部最优解的情况，提高了匹配的稳定性和传统的匹配算法相比，可以远远提高了匹配的效率。

Description

NOMA系统中基于信道噪声比改进的多用户-多载波匹配方法
技术领域
本发明涉及多用户无线通信技术领域，尤其涉及一种NOMA系统中基于信道噪声比改进的多用户-多载波匹配方法。
背景技术
OFDMA(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess,OFDMA)技术在第四代移动通信系统的广泛应用，仍然无法满足第五代移动通信巨大的移动数据速率的要求，NOMA(Non-OrthogonalMultipleAccess,NOMA)技术应运而生。NOMA技术采用了叠加编码(SuperpositionCoding，SC)和串行干扰消除(SuccessiveInterferenceCancellation,SIC)技术使得多个用户共享同一资源，如时间、频率等资源，从而极大得提升系统的吞吐量和能量效率。NOMA天生适合部署海量接入的多用户系统，为了进一步提高系统的能量效率，我们考虑同一用户可以占用多个子载波的情况，但解决次多用户-多载波的匹配问题难度较大。CSI未全部已知的条件下多信道-多用户匹配问题，一般采取婚姻匹配算法，复杂度一般较高。因此，解决多信道-多用户匹配问题复杂度较高的问题就显得尤为重要了。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种NOMA系统中基于信道噪声比改进的多用户-多载波匹配方法，在最大化系统能量效率的同时降低资源配置的复杂度，解决了多信道-多用户匹配问题复杂度较高的问题。
本发明提供一种NOMA系统中基于信道噪声比改进的多用户-多载波匹配方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：基站获取非理想信道状态信息，根据含有误差的信道状态信息，得到每个用户对于每个信道的CRN矩阵H；其中CRN的定义如下：
Figure GDA0003890414990000021
其中
Figure GDA0003890414990000022
表示用户m在信道n上的总衰落系数的估计值，
Figure GDA0003890414990000023
表示噪声的功率；
步骤2：BS根据矩阵H建立每个用户对不同信道的偏好表Pf；初始化未分配信道的用户集Uun；暂删除用户信息表Upun；
步骤3：从矩阵H中，找出CRN值最大的用户usr；在偏好表Pf中找出用户usr当前优先级最高的信道chan；用户usr向信道chan提出申请；
步骤4：用户usr申请信道chan；
步骤5：删除信道chan中多余的用户；
步骤6：重复步骤3、步骤4、步骤5，直到所有的信道和用户都分配完。
进一步改进在于：所述步骤4中用户usr申请信道chan时分为两步进行，具体步骤如下：
步骤4-1：当chan信道未到达信道用户数的上限Sub_Umax时，直接将该用户放到chan信道的末端，即
Figure GDA0003890414990000031
其中，
Figure GDA0003890414990000032
代表用户m与信道n相匹配，
Figure GDA0003890414990000033
代表用户集
Figure GDA0003890414990000034
与信道n相匹配，与此同时，删除用户usr的偏好表中的信道chan，H(1,usr)置空；
步骤4-2：chan信道达到上限时，根据定义三的原则选择集合
Figure GDA0003890414990000035
个数为Sub_Umax的子集中使得匹配为最优稳定匹配的用户集合；删除多余用户占用的信道chan。
进一步改进在于：所述步骤5中删除信道chan中多余的用户分为两步，具体步骤如下：
步骤5-1：如果删除的多余用户已在Upun，统计该用户占用的信道数，不满足占用最大信道数，则还原数据至H；否则，直接从Upun删除；
步骤5-2：如果同时该多余用户占用信道数达到上限时，将多余的用户从Uun移动到Upun，移动多余用户在chan信道的CRN到Upun以备后用。
进一步改进在于：所述方法假设每个用户的分配的功率都相等，即
Figure GDA0003890414990000036
其中N表示蜂窝小区OFDM信道的个数，Nn表示信道n中NOMA用户的数目。
本方法考虑应用运用匹配理论解决用户可共享的信道的NOMA多用户-多载波通信系统。针对多用户NOMA单个用户仅可以占用单个信道的情况，本文采用信道噪声比改进的多用户匹配理论解决单个用户可以占用多个信道的情况。本匹配理论首先采用估计的信道噪声比取代原来已知全部信道状态信息的方式来获取用户的偏好表；采用动态偏好表对每次匹配后用户偏好表进行动态更新，而不是采用固有不变的用户偏好表的方式；匹配过程考虑每个信道占用用户数的要求，选择一组用户使该信道用户组合使信道的能效值最大，最终找到使每个信道都可以匹配一组用户并且所用信道的和能效到达目前的最大值。本发明可以根据多用户信道情况进行快速的使信道和用户进行匹配，并且通过时时更新偏好表避免陷入局部最优解的情况，提高了匹配的效率和稳定性，是本发明能够适用与信道部分未知的多用户NOMA的用户的分配问题。
本发明的有益效果是：可以根据多用户部分信道情况进行快速的使信道和用户进行匹配，具有重要的实际作用，通过时时更新偏好表避免陷入局部最优解的情况，提高了匹配的稳定性和传统的匹配算法相比，可以远远提高了匹配的效率。
附图说明
图1是本发明的基站与用户分布位置以及信道分配关系模拟图。
图2是本发明的算法流程图。
图3是本发明的能量效率随用户增多用户共享信道数n＝2和n＝3时的变化图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步的详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。首先在一个半径为500m的圆形范围内模拟单蜂窝小区模拟用户分布位置，其中基站位于圆形区域的中心，用户的位置随机出现，图1所示的是基站数目M＝75的分布位置模拟图，小区内信道的个数设置为24个，假设每个用户分配的功率相等，然后开始用户与信道的匹配过程。
如图2所述，本实施例提供一种NOMA系统中基于信道噪声比改进的多用户-多载波匹配方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：基站获取非理想信道状态信息，根据含有误差的信道状态信息，得到每个用户对于每个信道的CRN矩阵H；其中CRN的定义如下：
Figure GDA0003890414990000051
其中
Figure GDA0003890414990000052
表示用户m在信道n上的总衰落系数的估计值，
Figure GDA0003890414990000053
表示噪声的功率；
步骤2：BS根据矩阵H建立每个用户对不同信道的偏好表Pf；初始化未分配信道的用户集Uun；暂删除用户信息表Upun；
步骤3：从矩阵H中，找出CRN值最大的用户usr；在偏好表Pf中找出用户usr当前优先级最高的信道chan；用户usr向信道chan提出申请；
步骤4：用户usr申请信道chan；
步骤5：删除信道chan中多余的用户；
步骤6：重复步骤3、步骤4、步骤5，直到所有的信道和用户都分配完。
所述步骤4中用户usr申请信道chan时分为两步进行，具体步骤如下：
步骤4-1：当chan信道未到达信道用户数的上限Sub_Umax时，直接将该用户放到chan信道的末端，即
Figure GDA0003890414990000061
其中，
Figure GDA0003890414990000062
代表用户m与信道n相匹配，
Figure GDA0003890414990000063
代表用户集
Figure GDA0003890414990000064
与信道n相匹配，与此同时，删除用户usr的偏好表中的信道chan，H(1,usr)置空；
步骤4-2：chan信道达到上限时，根据定义三的原则选择集合
Figure GDA0003890414990000065
个数为Sub_Umax的子集中使得匹配为最优稳定匹配的用户集合；删除多余用户占用的信道chan。
所述步骤5中删除信道chan中多余的用户分为两步，具体步骤如下：
步骤5-1：如果删除的多余用户已在Upun，统计该用户占用的信道数，不满足占用最大信道数，则还原数据至H；否则，直接从Upun删除；
步骤5-2：如果同时该多余用户占用信道数达到上限时，将多余的用户从Uun移动到Upun，移动多余用户在chan信道的CRN到Upun以备后用。
所述方法假设每个用户的分配的功率都相等，即
Figure GDA0003890414990000071
其中N表示蜂窝小区OFDM信道的个数，Nn表示信道n中NOMA用户的数目。
如图3所示，可以看到，当用户数M≤40时，系统能效随着用户数的增加而迅速上升；当用户数40＜M≤50，时，系统能效增长缓慢；当用户数M＞50后，NOMA系统的能量效率趋于水平。传统的OMA系统用户-信道匹配算法提出的NOMA系统用户-信道匹配算法具有类似的变化规律。这是因为，当活跃用户数充分大时，用户和信道之间将趋于稳定且饱和的匹配，系统能效收敛于最大值，因此系统的总能效趋于平稳而不再增长。纵向来看，给定系统用户数，算法获得的系统能效远大于传统OMA算法，亦高于传统的匹配算法；而且每个信道允许共享的用户越多，算法的能效增益越明显。
例如，当M＝60时，算法在Nm＝2时的系统能效比传统匹配算法高2.6％，而在Nm＝3时的系统能效比传统匹配算法高16.6％。这意味着采用NOMA技术可以大幅度提升系统能效。

Claims (2)

1.一种NOMA系统中基于信道噪声比改进的多用户-多载波匹配方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：基站获取非理想信道状态信息，根据含有误差的信道状态信息，得到每个用户对于每个信道的CRN矩阵H；其中CRN的定义如下：
Figure FDA0003890414980000011
其中
Figure FDA0003890414980000012
表示用户m在信道n上的总衰落系数的估计值，
Figure FDA0003890414980000013
表示噪声的功率；
步骤2：BS根据矩阵H建立每个用户对不同信道的偏好表Pf；初始化未分配信道的用户集Uun；暂删除用户信息表Upun；
步骤3：从矩阵H中，找出CRN值最大的用户usr；在偏好表Pf中找出用户usr当前优先级最高的信道chan；用户usr向信道chan提出申请；
步骤4：用户usr申请信道chan；
步骤5：删除信道chan中多余的用户；
步骤6：重复步骤3、步骤4、步骤5，直到所有的信道和用户都分配完,所述步骤4中用户usr申请信道chan时分为两步进行，具体步骤如下：
步骤4-1：当chan信道未到达信道用户数的上限Sub_Umax时，直接将该用户放到chan信道的末端，即
Figure FDA0003890414980000014
其中，
Figure FDA0003890414980000021
代表用户m与信道n相匹配，
Figure FDA0003890414980000022
代表用户集
Figure FDA0003890414980000023
与信道n相匹配，与此同时，删除用户usr的偏好表中的信道chan，H(1,usr)置空；
步骤4-2：chan信道达到上限时，选择集合
Figure FDA0003890414980000024
个数为Sub_Umax的子集中使得匹配为最优稳定匹配的用户集合；删除多余用户占用的信道chan；所述步骤5中删除信道chan中多余的用户分为两步，具体步骤如下：
步骤5-1：如果删除的多余用户已在Upun，统计该用户占用的信道数，不满足占用最大信道数，则还原数据至H；否则，直接从Upun删除；
步骤5-2：如果同时该多余用户占用信道数达到上限时，将多余的用户从Uun移动到Upun，移动多余用户在chan信道的CRN到Upun以备后用。
2.如权利要求1所述的NOMA系统中基于信道噪声比改进的多用户-多载波匹配方法，其特征在于：所述方法假设每个用户的分配的功率都相等，即
Figure FDA0003890414980000025
其中N表示蜂窝小区OFDM信道的个数，Nn表示信道n中NOMA用户的数目。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107302801A (zh) * 2017-05-19 2017-10-27 南京邮电大学 一种5G混合场景下面向QoE的双层匹配博弈方法
CN108848562A (zh) * 2018-05-24 2018-11-20 重庆邮电大学 异构网中基于一对多匹配的资源分配方法
CN110430613A (zh) * 2019-04-11 2019-11-08 重庆邮电大学 多载波非正交多址接入系统基于能效的资源分配方法
CN110677175A (zh) * 2019-09-23 2020-01-10 浙江理工大学 一种基于非正交多址系统的子信道调度与功率分配联合优化方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100843310B1 (ko) * 2006-09-26 2008-07-03 인하대학교 산학협력단 Ｏｆｄｍａ／ｔｄｄ 셀룰러 시스템에서의 하향링크의 동적 자원 할당 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107302801A (zh) * 2017-05-19 2017-10-27 南京邮电大学 一种5G混合场景下面向QoE的双层匹配博弈方法
CN108848562A (zh) * 2018-05-24 2018-11-20 重庆邮电大学 异构网中基于一对多匹配的资源分配方法
CN110430613A (zh) * 2019-04-11 2019-11-08 重庆邮电大学 多载波非正交多址接入系统基于能效的资源分配方法
CN110677175A (zh) * 2019-09-23 2020-01-10 浙江理工大学 一种基于非正交多址系统的子信道调度与功率分配联合优化方法

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