CN112166566A - 多址通信系统中用户对子带的分配的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于在NOMA系统中在给定时隙中将用户指派给特定子带的系统和方法，其中任何一个用户对对应于最小的“候选对用户吞吐量偏差值”，该候选对用户吞吐量偏差值反映了以下两者之间的相应差异的聚合：跨所有用户(K)的平均吞吐量；以及所考虑的两个用户(k1k2)和归属于除了所述所选择的子带之外的子带的每个用户中的每一个的已知吞吐量。所考虑的用户对可以考虑所有可能的对，或者可以被限制为包括满足诸如信道增益、到目标的距离、吞吐量或这些因素中的一些或全部的组合之类的标准的一个或两个用户的候选对或者共同满足的候选对。被分配给每个子带的功率可以由注水算法来分配。
Description
技术领域
本发明涉及在诸如非正交多址(NOMA)之类的多址通信系统中对子带的用户分配。
背景技术
随着互联网应用的激增，预期在2016年底至2022年之间，通信网络支持的移动业务量将增加8倍。为了对这些约束做出积极响应，同时保持高水平的用户体验质量，应该针对未来的第五代(5G)移动通信系统大大改进系统容量和用户公平性。为此，非正交多址(NOMA)近期已经成为未来无线电访问的有希望的候选。通过利用附加的复用域、功率域，NOMA允许在发射机侧的每个子带上使多个用户共存，而在调制层之上可以是正交频分复用(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，并且NOMA依赖于接收机侧的干扰消除技术，例如，连续干扰消除(SIC)。NOMA的吸引人的特征是其目标为增加系统容量，同时改进用户公平性。因此，涉及NOMA的现有技术中的大部分都将比例公平性(PF)调度程序视为多用户调度方案，以在总用户吞吐量或数据速率与其提供的用户公平性之间进行权衡。在例如以下文献中呈现了与用于选择要被指派给每个子带的用户的基于NOMA的PF调度程序共同实现的功率分配算法的示例：Y.Endo、Y.Kishiyama和K.Higuchi的“Uplink non-orthogonal access with MMSE-SIC in the presence of inter-cellinterference”(proc.2012IEEE Int.Symp.on.Wireless Commun.Syst，2012)，或者Y.Saito、A.Benjebbour、Y.Kishiyama和T.Nakamura的“System-Level Performance ofDownlink Non-orthogonal Multiple Access(NOMA)Under Various Environments”(proc.IEEE 81st VTC，2015)。
在Umehara J.、Kishiyama Y.、Higuchi K.起草的题为“Enhancing userfairness in non-orthogonal access with successive interference cancellationfor cellular downlink”(Proc.International Conference on Communication Systems(ICCS 2012))的文章中，作者提出了一种在非正交访问下行链路系统中基于加权PF的多用户调度方案。提出了一种针对分数频率复用(FFR)中的小区内部和小区边缘用户组的频率块访问策略，其在用户公平性和系统频率效率方面有显著改进。
在Mehrjoo M.、Awad M.K.、Dianati M.、Xuemin S.的题为“Design of FairWeights for Heterogeneous Traffic Scheduling in Multichannel WirelessNetworks”(IEEE Trans.Commun.，58(10)(2010))的文章中，已经针对OFDMA网络的异构业务类型的机会调度实现了公平的加权。为了设计公平的加权，所提出的调度程序在业务类型方面考虑了平均信道状态和资源要求。仿真分析说明了所提出的方案在资源利用方面的效率，以及对由于用户移动性而导致的网络特性改变的灵活性。
在来自Gueguen C.、Baey S.的题为“Compensated Proportional FairScheduling in Multiuser OFDM Wireless Networks”(Proc.IEEE Internationalconference on Wireless Mobile Computing,Networking Communication(2008))的文章中，研究了在移动设备经历不平等路径损耗时PF调度程序遇到的公平性不足的问题。为了缓解这个问题，已经提出了引入距离补偿因子的PF调度程序的修改后的版本。结果表明，该解决方案可以实现高容量和高公平性两者。
在Yang C.、Wang W.、Qian Y.、Zhang X.的题为“A Weighted Proportional FairScheduling to Maximize Best-Effort Service Utility in Multicell Network”(Proc.IEEE International Symposium on Personal,Indoor and Mobile RadioCommunications(2008))的文章中，提出了一种加权比例公平算法，以便充分利用尽力服务(best-effort service)实用程序。在PF度量中引入加权因子的原因是为了利用由路径损耗给出的固有的远近分集(near-far diversity)。与PF度量相比，所提出的算法增强了尽力服务实用程序和吞吐量性能两者，同时维持了类似的复杂度。
考虑具有单个发射机和接收机天线的下行链路系统，该系统由每个小区K个用户组成，其中总系统带宽B被划分为S个子带，并且基站可允许的最大发射功率为Pmax。在K个用户中，选择要在每个频率子带s(1≤s≤S)上调度的用户的集合Us＝{k1,k2,…,kn,…,kN}。N指示在子带上非正交调度的用户的数量。如D.Tse和P.Viswanath在Fundamentals ofWireless Communication(Cambridge University Press，2005)中描述的连续干扰消除器(SIC)过程是在接收机侧进行的，并且用户解码的最佳次序是用户观察到的信道增益的递增次序，该信道增益通过噪声和小区间干扰
进行归一化，其中
是用户kn与基站BS之间的在子带s处的等效信道增益，并且
是高斯噪声的平均功率加上用户kn接收到的小区间干扰。假设成功解码并且没有SIC错误传播，并且假定小区间干扰是随机化的(使得可以将其视为白噪声)，则用户kn在子带s处的吞吐量
由下式给出：
其中
K是每个小区的用户的数量，
B是总系统带宽，
kn是K个用户中的用户n，
N是在子带上非正交调度的用户的数量，
Us＝{k1,k2,…,kn,…,kN}是被选择的要在每个频率子带上调度的用户的集合，kj考虑Us中的具有大于kn的信道增益的用户，
S是系统中子带的数量，
s是所考虑的子带(1≤s≤S)，
Pmax是最大允许发射功率，
发射功率分配约束由下式表示：
其中Ps表示子带s上的分配的功率量。
由于NOMA中的调度程序可以同时为多于一个用户分配一个子带，因此用户调度策略会影响系统效率和用户公平性，因为不同的策略可以为了改进整体吞吐量而优先考虑某些用户，即使这样做意味着针对其他用户的服务降级，反之亦然。
如上面的现有技术参考文献所介绍的“比例公平性”(PF)调度程序被视为实现了这两个度量之间的权衡。PF调度程序的目的是使长期平均用户速率最大化，以便确保小区吞吐量和用户公平性之间的平衡。PF算法在LTE(Long Term Evolution(长期演进)的缩写，由第3代合作伙伴计划(3GPP)的开发的第4代无线宽带技术)中使用以进行用户调度(将用户指派给时频资源块)。
PF调度程序的操作如下：在每个调度时隙t开始时，每个用户向基站(BS)提供其信道状态。然后，BS可以针对每个用户计算可实现的吞吐量(这取决于所采用的功率分配策略)。PF调度程序(在BS侧操作)跟踪在长度为tc的过去窗口中每个用户实现的平均吞吐量，并且为每个用户提供与其平均吞吐量成反比的优先级。
在每个调度时隙t开始时，每个用户k在每个子带s上向基站提供其信道增益，s＝1……S。
基站针对子带s上的用户k计算对应的可实现的吞吐量Rs,k(t)。
在时隙t中，基于以下信息，选择用户k*在子带s上被服务：
应用此方法的调度程序为每个用户提供一个优先级，该优先级与其在长度为tc的过去窗口中计算出的平均吞吐量Tk(t)成反比。如果Tk(t)高，则在若干时隙内将可能不会为用户k指派任何传输速率。这对于要求准恒定体验质量(QoE)的应用来说是个问题，并且可能需要深度缓冲。同样地，对于要求低延迟传输的应用，该方法可能会带来困难。
PF调度算法最初是针对正交多址方案(LTE中的OFDMA)设计的，但后来适于非正交多址(NOMA)方案。
在所提出的NOMA实现方式中的大多数中已经采用了该调度策略。调度算法跟踪在长度为tc的过去窗口中每个用户的平均吞吐量Tk(t)，其中tc定义了(在指定数量的先前时隙上的)吞吐量平均时间窗口。Tk(t)被定义为：
其中Rs,k(t)表示在时刻t时在子带s上的用户k可实现的吞吐量。这是基于上面的等式(1)计算出的，并且如果用户k未在子带s上被调度，则Rs,k(t)可以等于零。
在NOMA的情况下，其中N>1，K个用户中N个用户的可能的候选用户集合被列举为
种组合U。
在每个调度时隙t开始时，每个用户k在每个子带s上向基站提供其信道增益，s＝1……S。对于子带s上的每个候选用户集合U(U∈{U1，……，UC})，基站针对集合U中的用户k计算对应的吞吐量Rs,k∣U(t)。
在时间t时，所选择的用户集合为：
其中，考虑用户集合U，Rs,k∣U(t)是在时间t时在子带s上的用户k的可实现的吞吐量，考虑所有子带并且假设将可用频带B划分为S个子带，Tk(t)是在长度为tc的过去窗口中用户k的平均吞吐量，愿意进行通信的用户的总数量为K，子带s上的用户的数量为N(在OMA中N＝1，在NOMA N>1)，并且总功率预算为Pmax。在调度过程开始时，所有用户的吞吐量等于0，并且在每个调度时隙t开始时，每个用户k在每个子带s上向基站提供其信道增益hs,k(t)，其中s＝1……S，并且考虑所有子带，用户k的平均吞吐量Tk(t)是针对长度为tc的过去窗口被计算出的。
PF调度程序的目标为长期公平性。由于PF调度程序为每个用户提供与其平均吞吐量成反比的优先级，因此，每当某些用户的平均吞吐量很高时，这些用户就无法访问可用资源。在这种情况下，在多个调度时隙内将不会为用户指派任何传输速率。在对用户吞吐量有约束的应用(例如，准恒定数据速率应用)中，或者在可能需要深度缓冲的情况下，这种行为可能是非常成问题的，或者可能不与要求低延迟传输的应用兼容。此外，对于NOMA方案，PF调度程序不考虑NOMA的特殊性：在NOMA系统中实现的整体吞吐量随着配对用户的信道增益的差异而增加。
通常，与正交多址(OMA)方案相比，当在NOMA方案中使用PF调度以进行用户分配时，对于位于基站附近的用户可以观察到较大的用户吞吐量增益，但是对于小区边缘用户几乎没有实现任何增益。
因此，期望标识一种用于解决这些问题的机制，并且特别是提供一种用于用户的更好的分配的方法。
发明内容
根据本发明，在第一方面，提供了一种用于在多址通信系统中将来自候选用户的集合的用户指派给当前时隙(t)中的多个子带(s)中的一个子带的系统，该系统包括指派处理器，该指派处理器适于选择用户的多个候选对，每个候选对包括相应的第一用户(k1)和相应的候选第二用户(k2)，以关于所选择的子带进行考虑。该系统还包括：功率计算器，其适于关于每个候选对执行对每个子带的临时功率分配；以及吞吐量计算器，其适于确定相应的候选对用户吞吐量偏差值，该候选对用户吞吐量偏差值反映了以下两者之间的相应差异的聚合：跨候选用户的集合的平均吞吐量；以及第一用户(k1)、候选第二用户(k2)和归属于除了所选择的子带之外的子带的每个用户中的每一个的已知吞吐量。指派计算器还适于将对应于最小相应的候选对用户吞吐量偏差值的任何一个用户的候选对指派给子带。
根据本发明，在第二方面，提供了一种在多址通信系统中从候选用户的集合中选择第一用户(k1)和第二用户(k2)以使其归属于当前时隙(t)中的多个子带(s)中的一个子带的方法。该方法包括以下步骤：选择包括相应的第一用户(k1)和相应的候选第二用户(k2)的用户的候选对，以关于所选择的子带进行考虑；以及执行对每个子带的临时功率分配。该方法还包括确定候选对用户吞吐量偏差值的步骤，该候选对用户吞吐量偏差值反映了以下两者之间的相应差异的聚合：跨候选用户的集合的平均吞吐量；以及第一用户(k1)、候选第二用户(k2)和归属于除了所选择的子带之外的子带的每个用户中的每一个的已知吞吐量。针对多个另外的用户的候选对，重复选择用户的候选对、执行临时功率分配、确定候选对用户吞吐量偏差值的步骤，以及将对应于最小相应的候选对用户吞吐量偏差值的任何一个用户的候选对指派给子带。
在第二方面的发展中，被分配给每个子带的功率是通过注水(waterfilling)算法来分配的，使得被分配给每个子带的功率要考虑候选对中的每个用户的信道增益以及在当前时隙中已经被指派给任何子带的任何用户的信道增益。在3G和4G系统中，通常将参数与关于信道的质量的信息从接收机反馈回发射机。根据本发明的一些实施例，这可以被视为信道增益值的指示符，并且假定根据本发明的NOMA的实现方式将提供某种类似的机制。因此，在任何实施例中，尽管注水是基于用户的信道增益被执行的，但是这不需要依赖于每个用户的信道增益的明确测量，而是还可以使用可以在系统中获得或得出的任何值，可以取该值作为对相应的用户的信道增益的指示。
在第二方面的发展中，除了在针对每个用户的历史时间窗口期间的平均吞吐量之外，该相应的用户的已知吞吐量还考虑了该相应的用户在当前时隙内的预计吞吐量。
在第二方面的发展中，确定候选对用户吞吐量偏差值的步骤包括以下步骤：计算候选对中的每个用户和在当前时隙中已经被指派给任何子带的任何用户的已知吞吐量，以及计算平均总吞吐量作为针对候选用户的集合中的每个用户计算出的相应的已知吞吐量的平均。计算候选对中的每个用户以及在当前时隙中已经被指派给任何子带的任何用户的用户吞吐量偏差值。用户吞吐量偏差值对应于该用户的相应的已知吞吐量与平均总吞吐量值之间的差异。将候选对中的每个用户和在当前时隙中已经被指派给任何子带的任何用户的相应的用户吞吐量偏差值进行组合，以获得候选对用户吞吐量偏差值。
在第二方面的发展中，重复选择用户的候选对、执行临时功率分配以及确定候选对用户吞吐量偏差值的步骤，直到已经考虑了每个可能的用户的候选对为止。
在第二方面的发展中，重复选择用户的候选对、执行临时功率分配以及确定候选对用户吞吐量偏差值的步骤，直到已经考虑了包括满足指定标准的第一候选用户的每个可能的用户的候选对为止。
在第二方面的发展中，指定标准是基于信道增益、到目标的距离或吞吐量中的一个或多个的。
在第二方面的发展中，针对每个子带，针对多个另外的用户的候选对重复以下步骤，直到一个或多个用户归属于每个子带为止：选择用户的候选对、执行临时功率分配、确定候选对用户吞吐量偏差值以及将对应于最小相应的候选对用户吞吐量偏差值的任何一个用户的候选对指派给子带。
在第二方面的发展中，在连续的时隙内，针对每个子带，针对多个另外的用户的候选对重复以下步骤，直到一个或多个用户归属于每个子带为止：选择用户的候选对、执行临时功率分配、确定候选对用户吞吐量偏差值以及将对应于最小相应的候选对用户吞吐量偏差值的任何一个用户的候选对指派给子带的步骤。
根据本发明，在第三方面，提供了一种适于实现第二方面的步骤的装置。
根据本发明，在第四方面，提供了一种适于实现第二方面的步骤的计算机程序。
根据本发明，在第五方面，提供了一种计算机可读介质，其结合了第四方面的计算机程序。
附图说明
仅出于说明的目的，现在将参考附图描述本发明的上述和其他优点，其中：
图1示出了根据实施例的在多址通信系统中将用户归属于多个子带中的一个或多个子带的方法；
图2说明了根据图1的方法的注水方法的应用；
图3示出了根据实施例的系统。
具体实施方式
通常，提供了一种系统和方法，该系统和方法用于在诸如非正交多址(NOMA)之类的多址通信系统中在给定时隙中将用户指派给特定子带，其中，任何一个用户对对应于最小的“候选对用户吞吐量偏差值”，该候选对用户吞吐量偏差值反映了以下两者之间的相应差异的聚合：跨所有用户(K)的平均吞吐量；以及所考虑的两个用户(k1k2)和归属于除了所述所选择的子带之外的子带的每个用户中的每一个的已知吞吐量。所考虑的用户对可以考虑所有可能的对，或者可以被限制为包括满足诸如信道增益、到目标的距离、吞吐量或这些因素中的一些或全部的组合之类的标准的一个或两个用户的候选对或者共同满足的候选对。下面通过说明和非限制性示例的方式阐述该通用方法的许多可能的实现方式。尽管以下示例集中于NOMA的上下文中的实现方式，但是将认识到的是，可以使用相同的方法来设想其他多址通信系统。
图1示出了根据实施例的在多址通信系统中将用户归属于多个子带中的一个或多个子带的方法。更具体地，提供了一种在多址通信系统中从候选用户的池U中选择用户以将其分配给时隙t中的多个子带的方法。
如图1中示出的，方法开始于步骤100，然后进行到步骤110，在步骤110处，新的时隙开始。在时间和频率上分配资源之后，访问被授权。分配被划分到多个时隙中。时隙是通信系统中的基本时间分配单位。例如，在LTE系统中，时隙等于1ms。对于每个时隙，顺序地分配子带，直到达到每个时隙的子带总数为止。
可以以任何方便的序列来考虑子带。例如，可以以随机次序、以对于所选择的用户具有最高信道增益的子带的次序或者以其他方式来考虑子带。
方法开始于步骤100，然后进行到步骤110，在步骤110处，选择包括第一用户(k1)和第二候选用户(k2)的用户的候选对，以关于所选择的子带进行考虑。
可以根据各种基础来选择在该步骤处要考虑的用户。在某些实施例中，该方法可以包括在指派步骤之前根据标准以优先级的次序对所有用户进行排序的另外的步骤。基于此，在步骤110处，所选择的用户可以是具有最高优先级的用户，不包括在时隙t中已经被指派给初始子带至所选择的子带的任何用户。
因此，可以在分配过程开始时使用优先级列表以在每个子带上选择第一用户。建立该优先级列表以使所有用户在分配过程开始时至少一次被授予一个子带(和某些吞吐量)。在第一时隙中，可以创建优先级列表：在基站(BS)中对所有K个用户进行排序。一旦在步骤150中选择了用户，就将这些用户从该优先级列表中移除(如下面所描述的)。在随后的时隙中，如果列表不为空，则仅对其余的用户再次进行排序(更新优先级列表)。在至少一个用户在指派过程期间尚未被指派任何子带时，使用所得到的优先级列表。
在某些其他实施例中，以优先级的次序对用户进行的这种排序可以包括：针对跨所有子带的每个用户，以针对当前时隙测量的最佳信道增益的次序对用户进行排序，其中，具有最高优先级的用户是具有最低的最佳信道增益的用户。
最低的最佳信道增益(“最低的最佳h”)排序有利地提供了(关于小区边缘用户吞吐量和总小区吞吐量的)良好的性能。可以基于可用子带上用户的信道增益体验在基站处对用户进行排序，hs,k是在子带s上的用户k的信道增益。这可以用以下方式表述：对于每个用户k，在所有子带上经历的信道增益中选择该用户的最高信道增益
具有最高优先级的用户是具有最低的最佳信道增益的用户，反之亦然。
在某些实施例中，可以随机选择用户。这可以包括根据随机排序以优先级的次序对所有用户进行排序的另外的步骤，该步骤可以以比其他排序方法更低的处理开销来执行。
该方法接下来进行到步骤120，在步骤120处，执行对每个子带的临时功率分配。
功率可以在子带之间平均地分配，尽管有将功率分配给子带(例如，注水)以及在子带内的用户之间分配功率(例如，FPA-固定功率分配，FTPA-部分发射功率分配或完全搜索功率分配)的许多替代方法，但是所有这些方法都与本公开兼容并且包含在本公开中。
针对用户k1和k2可实现的吞吐量是被分配给每个用户的功率的函数，如上面等式(1)所定义的。
类似地，可以通过各种机制在子带之间分配总的可用发射功率。一个示例是基于相等的功率分配。可替代地，根据某些替代实施例，可以在配对过程期间执行临时功率分配。这提供了尝试标识用户之间最佳功率分配的机会。
在某些实施例中，可以应用临时迭代注水方法来获得要使用相同的迭代注水方法被计算的临时分配，其中总功率量Pmax要在所有S个子带中被分配。
常规的注水要求对所有用户和所有子带进行整体优化，并且因此与本公开的顺序方法不兼容。
使用特定的方式，可以以顺序的方式应用注水：顺序地选择用户，但是只有在已经选择了所有用户之后，才在过程结束时执行最终的功率分配。只可以在用户选择过程结束时计算吞吐量。
可以在假设被指派给前s个子带(1≤s≤S)的功率等于s×Pmax/S的情况下应用该注水过程的变型，其中
第s个子带是考虑的所选择的子带，
S是可用子带的总数，并且
Pmax是要在所有S个子带中分配的总功率量。
基于此，将Pmax/S指派给第一子带，并且针对该子带不要求进一步的子带间计算。在连续的迭代中，在时隙中针对第s个子带被指派的子带间功率分配s×Pmax/S(s＞1)被跨前s个子带临时指派。在这些稍后的迭代中，要考虑多于一个子带，使用如下面更详细描述的迭代注水程序在所有s个子带中重新分配该功率。
最初，获得针对用户的候选集合的子带衰减值，其与所选择的信道的增益的平方的倒数成正比，并且对于每个组合对应于与该候选集合中的用户相关联的信道增益值的最高值。
可选地，子带衰减值可以等于总传输带宽乘以噪声功率，再除以所选择的信道增益值的平方乘以子带总数，或者等于
其中N0是噪声功率(对于所有子带均相等)，并且
是用户k*的信道增益，其表示在当前所考虑的子带上的用户的给定组合中的最高信道增益，s表示所考虑的特定子带，并且S是子带的总数。
然后可以针对所考虑的子带计算临时功率指派。这是使用注水算法跨所选择的子带和先前选择的每个子带并且使用由相应的子带衰减值定义的针对每个子带的下限(floor)计算出的。
注水算法可以被视为隐含地确保跨所考虑的载波和已经向其指派了用户的所有其他子带指派的总功率等于总功率预算的一定比例，并且假设针对每个子带的功率的相等份额对于总功率预算等于如上面所讨论的s×Pmax/S，并且使得针对到目前为止所考虑的每个子带，临时指派给该子带的功率与该子带的子带衰减值的总和是常数。
具体地，基于(如到目前为止针对所分配的子带所确定的)先前的水平和在当前子带s上调度的所考虑的用户的信道增益来预测水线(waterline)水平。
如果满足下式，则可以通过在s个子带中最佳地共享总发射功率的比例s×Pmax/S来使所实现的吞吐量最大化：
其中Pj表示分配给子带j的功率量，Ws是分配阶段s的水线，并且
是用户
的信道增益，其表示在子带j上的调度的用户中最高的信道增益。
在分配过程期间，在每个分配阶段s中，基于(5)在所分配的子带中分配总发射功率的比例s×Pmax/S，结果是：
其可以被重写为：
当将功率分配给下一个子带(由s+1表示)时，由于调度程序会重新分配总功率的一定比例的量，因此仅在
的情况下更新水线，否则将保留其旧值并且Ws+1＝Ws。当更新水线时，在阶段s+1分配的总发射功率(s+1)Pmax/S的比例如下：
因此，使用等式(7)和等式(8)，以下等式成立：
然后，阶段s+1的水线可以由以下公式表示：
因此，在调度过程的每个第s个步骤中，对于每个候选用户集U，水线级别从下式得出：
其中
是在子带s上的集合U中的调度的用户中示出最高信道增益的用户。一旦确定了实际阶段的水线水平，便可以使用下式针对每个候选集U临时指派功率Ps,U：
图2说明了根据图1的方法的注水方法的应用。
在某些实现方式中，子带衰减值可以用作所获得的用户的候选集合的信道增益的指示符。该子带衰减值可以与所选择的信道的增益的平方的倒数成正比，并且对于每个组合对应于与该候选集合中的用户相关联的信道增益值的最高值。
因此，在某些变型中，在步骤120处执行的注水算法可以包括确定与被指派给该子带的具有最高信道增益的用户的信道增益值的平方的倒数成正比的子带衰减值，并且使用由相应的子带衰减值定义的针对每个子带的下限分配临时部分功率预算。
如图2中示出的，在先前的迭代中已经将用户指派给了子带1和2，并且在图1的步骤的当前迭代中所考虑的子带是子带3。
示出了子带中的每一个(当前子带(子带3)以及之前的两个子带(子带1和子带2))的子带衰减值，其按大小的次序彼此相邻地布置，其中具有最低的子带衰减值的子带在左侧，并且具有最高的子带衰减值的子带在右侧。
因此，在图2中，具有子带衰减值231的当前子带(子带3)位于其他两个子带的左侧。根据上面的等式(10)和(11)，总功率预算可以被临时分配在所考虑的三个子带之间，使得被指派给所考虑的载波和已经向其指派了用户的所有其他子带的功率等于在阶段3分配的总发射功率的比例3Pmax/S(s＝3)，并且使得针对每个子带，临时指派给该子带的功率与该子带的子带衰减值的总和是常数。
因此，如图2中示出的，针对子带1隐含第一临时功率分配212，针对子带2隐含第二临时功率分配222，并且针对所考虑的子带(子带3)隐含第三临时功率分配232，使得在每种情况下，每个临时功率分配与对应的子带衰减值的总和将等于常数值201，并且三个值212、222、232的总和等于总发射功率的比例3Pmax/S。
如上面所提到的，尽管提供了一种向子带指派功率的方法，但是前述内容没有提及将用户指派给那些子带的方式，或者如何将功率在每个子带内的用户之间进行分配。现在通过示例的方式提出解决这些问题的许多可能的方法。
因此，在步骤120处分配给每个子带的功率可以由注水算法来分配，使得被分配给每个子带的功率要考虑候选对中的每个用户的信道增益以及在当前时隙中已经被指派给任何子带的任何用户的信道增益。
将认识到的是，针对k1和k2的可实现的吞吐量取决于子带内和子带间功率分配策略。
基于此，仅需要保留用户k2的子集S2，使得子带s上的k1和k2的累计可实现的吞吐量大于单独的k1的吞吐量(即OMA情况)。如果没有用户k2可以满足该条件
则该方法可以简单地采用OMA，其中用户k1占用当前所选择的子带s。
图1的方法接下来从步骤120进行到步骤130，在该步骤130处，确定候选对用户吞吐量偏差值，该候选对用户吞吐量偏差值反映了以下两者之间的相应差异的聚合：跨候选用户的集合的平均吞吐量；以及第一用户(k1)、候选第二用户(k2)和归属于除了所选择的子带之外的子带的每个用户中的每一个的已知吞吐量。
吞吐量偏差值可以被表示为：
尽管实际上结果将是相同的，因为结果仅根据其值取决于所考虑的候选用户的项目而变化，但是这也可以关于跨所有用户的总和来表示，其中：
·Us是用户的子集，其包括归属于除了所选择的子带s之外的子带的每个用户和归属于所选择的子带s的候选用户对，
·Rk,tot(t)是在长度为tc的过去窗口中用户k的已知吞吐量。在某些实施例中，可以假设已知吞吐量等于用户k的平均吞吐量Tk(t)。
在可选的变型中，用户k的已知吞吐量Rk,tot(t)可以可选地考虑用户k的预计吞吐量Rk(t)和评估时间窗口tc期间的平均吞吐量Tk(t)。对于当前时隙，预计吞吐量是在用户已经归属于其的每个子带上的用户可实现的吞吐量的总和。即：
如果在当前分配时隙t中尚未为用户k指派任何子带，则
并且
是在所有用户上计算出的Rk,tot(t)的平均值。
因此，除了在针对每个用户的历史时间窗口期间的平均吞吐量之外，该相应的用户的已知吞吐量还可以考虑该相应的用户在当前时隙内的预计吞吐量。
等式(13)中的度量的最小化倾向于有利于用户对(k1,k2)，这使得每个用户的已知吞吐量尽可能接近所有用户的平均吞吐量。在基于某种其他标准预先选择用户k1的情况下，等式(13)中的度量的最小化倾向于有利于用户k2，这使得每个用户的已知吞吐量尽可能接近所有用户的平均吞吐量。当度量等于零时，获得完美的公平性。
在等式(13)中，所考虑的候选用户对(k1,k2)没有明确出现在分子或分母的表达式中，但其实际上通过预计吞吐量Rk(t)影响历史吞吐量值Rk,tot(t)和AVG(t)。
举例说明：
ο在相等功率分配的情况下：取决于对用户的候选对的选择，仅所考虑的用户的候选对的历史吞吐量值
和
受影响，
ο在迭代注水的情况下(如上面所描述的)：对用户对k1和k2的选择影响
和
并且还影响在当前时隙t中已经分配的用户k的Rk,tot(t)的所有值。
通过示例的方式，在这些考虑因素的实现方式中，确定候选对用户吞吐量偏差值的步骤130可以包括以下另外的步骤：
·计算所述候选对中的每个用户和在当前时隙中已经被指派给任何子带的任何用户的已知吞吐量，
·计算平均总吞吐量作为针对候选用户(K)中的每一个计算出的相应的已知吞吐量的平均，
·计算候选对中的每个用户以及在当前时隙中已经被指派给任何子带的任何用户的用户吞吐量偏差值，该用户吞吐量偏差值对应于该用户的相应的已知吞吐量与平均总吞吐量值之间的差异，以及
·将候选对中的每个用户和在当前时隙中已经被指派给任何子带的任何用户的相应的用户吞吐量偏差值进行组合，以获得候选对用户吞吐量偏差值。
在步骤140处，方法确定是否已经考虑了所有用户对，并且在仍然要考虑用户对的情况下，返回步骤110，以便针对多个另外的用户的候选对重复以下步骤：选择用户的候选对、执行临时功率分配以及确定候选对用户吞吐量偏差值。否则，在没有要考虑的用户对的情况下，该方法前进至步骤150，在该步骤150处，将对应于最小相应的候选对用户吞吐量偏差值的任何一个用户的候选对指派给所考虑的子带。
因此，图1的方法的步骤实现了对用户对的选择，从而在S2是用户的候选对的集合(两个用户是共同选择的)的情况下，将度量最小化为：
否则，在基于某种其他标准预先选择用户k1且S2是候选第二用户的集合的情况下，该度量变为：
最小化该度量意味着使所有用户中的平均吞吐量AVG(t)尽可能高，并且使每个用户的历史吞吐量尽可能接近AVG(t)。
可以重复选择用户的候选对、执行临时功率分配以及确定候选对用户吞吐量偏差值的步骤，直到已经考虑了每个可能的用户的候选对为止。可替代地，可以重复选择用户的候选对、执行临时功率分配以及确定候选对用户吞吐量偏差值的步骤，直到已经考虑了包括满足指定标准的第一候选用户的每个可能的用户的候选对为止。通过示例的方式，指定标准可以基于信道增益、到目标的距离或吞吐量中的一个或多个。
可选地，可以从具有与所选择的第一用户互补的信道增益的用户的子集中选择与所选择的第一用户一起考虑的第二用户。
互补信道增益是这样的信道增益：使得将具有该信道增益的用户与对应的第一用户一起指派给所选择的子带，该信道增益将指示大于可以通过指派所有可用功率实现的子带吞吐量的总子带吞吐量，如由针对第一用户的相应的子带的对应的用户的候选对的临时功率分配所指示的。
在某些实施例中，互补的第二用户可以是其相对于第一用户k1在信道增益方面表现出很大的差异的候选第二用户，这利用了以下事实：NOMA系统中的总吞吐量随着配对用户的信道增益的差异而增加。在某些实施例中，互补的第二用户可以是其信道增益与第一用户k1的信道增益不同的候选第二用户，这利用了以下事实：NOMA系统中的总吞吐量随着配对用户的信道增益的差异而增加。
可以设想用于标识这种互补用户的不同机制。在第一种“蛮力”实现方式中，可以针对要为其指派第二相应的用户的子带s的所有用户k2(不包括已经选择的第一用户k1)计算信道增益值，并且针对每个候选第二用户k2计算s上的k1和k2的可实现的吞吐量。
如图1中示出的在多址通信系统中将用户归属于多个子带中的一个或多个子带的方法实现了在任何感兴趣的时间范围内的用户之间的公平性，并且减少达到所要求的公平性的收敛时间，从而实现了短期公平性，这在要求准恒定用户速率时特别有益，该方法不要求深度缓冲并且与低延迟约束兼容。此外，与传统的PF调度程序相比，该方法提供了更高的总小区吞吐量。该方法可以与不相等功率分配技术(例如，注水)相关联。对于NOMA方案，其有利地减少了针对每个子带分配的测试的用户对的数量，从而与PF相比，导致复杂度降低。
在某些实现方式中，所公开的方法可以包括向每个子带的每个用户指派最终功率分配的另外的步骤。例如，一旦在当前时隙中针对每个子带完成所有用户分配，就可以针对该子带执行该步骤。可以通过如上面所描述的注水方法的最终迭代来执行最终功率分配。
可以针对每个子带，针对多个另外的用户的候选对重复以下步骤，直到一个或多个用户归属于每个子带为止：选择用户的候选对、执行临时功率分配、确定候选对用户吞吐量偏差值以及将对应于最小相应的候选对用户吞吐量偏差值的任何一个用户的候选对指派给子带。
可以在连续的时隙内，针对每个子带，针对多个另外的用户的候选对重复以下步骤，直到一个或多个用户归属于每个子带为止：选择用户的候选对、执行临时功率分配、确定候选对用户吞吐量偏差值以及将可以对应于最小相应的候选对用户吞吐量偏差值的任何一个用户的候选对指派给子带。
图3示出了根据实施例的系统。如所示的，提供了一种用于在基于非正交多址(NOMA)的多址通信系统中将来自候选用户的集合的用户指派给当前时隙(t)中的多个子带(s)中的一个子带的系统300，该系统300包括指派处理器302、功率计算器303和吞吐量计算器304。指派处理器302适于选择用户的多个候选对，如所示的，这些用户的候选对在用户列表311中被列举，每个候选对包括相应的第一用户(k1)和相应的候选第二用户(k2)，以关于所选择的子带进行考虑，如所示的，这些子带在子带列表321中被列举。
功率计算器303适于关于每个候选对执行对每个子带的临时功率分配。
吞吐量计算器304适于确定相应的候选对用户吞吐量偏差值，该候选对用户吞吐量偏差值反映了以下两者之间的相应差异的聚合：跨候选用户(K)的集合的平均吞吐量；以及第一用户(k1)、如从吞吐量注册表312获得的候选第二用户(k2)和归属于除了所选择的子带之外的子带的每个用户中的每一个的已知吞吐量。
指派计算器还适于将对应于最小相应的候选对用户吞吐量偏差值的任何一个用户的候选对指派给子带。如所示的，这样的指派被注册在指派注册表322中。
系统300可以适于针对每个子带迭代地处理用户，直到在当前时隙中的所有子带都已经被分配。同样地，系统300可以顺序地处理随后的时隙。
将认识到的是，可以设想替代功能分组，从而实现等效操作。特别地，吞吐量值、用户指派和中间计算的存储可以存储在任何方便的存储结构中。类似地，指派处理器、功率计算器和吞吐量计算器的功能可以在任何数量的功能单元之间分配，功能单元的数量可以比所描述的三个单元的数量更多或更少，并且无论其数量为多少，都可以在任何方便的基础上进行分配。此外，可以在一个或多个功能单元中实现功能，功能单元中的每一个的子部分可以对应于归于上面描述的三个功能单元的功能的任何任意分组。
将认识到的是，图3的系统或任何等效功能分组还可以适于实现与上面参考图1或图2中的任何一个所描述的方法步骤的任何组合相对应的功能。
通过示例的方式，图3的系统被表示为与蜂窝电话塔(例如，基地收发站)相关联。本领域技术人员将认识到的是，等效功能可以在诸如电话听筒之类的通信设备中或在诸如基站控制器、移动交换中心等之类的通信网络的其他部分中等同地实现。
所公开的方法和/或功能分组可以采取完全硬件实施例(例如，FPGA)、完全软件实施例(例如，用于控制根据本发明的系统)或包含硬件元件和软件元素两者的实施例的形式。软件实施例包括但不限于固件、驻留软件、微码等。本发明可以采取可从计算机可用或计算机可读介质访问的计算机程序产品的形式，该计算机可用或计算机可读介质提供程序代码以供计算机或指令执行系统使用或与其结合使用。计算机可用或计算机可读介质可以是可以包含、存储、通信、传播或传输供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序的任何装置。介质可以是电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或装置或设备)或传播介质。
因此，提供了一种系统和方法，该系统和方法用于在诸如非正交多址(NOMA)之类的多址通信系统中在给定时隙中将用户指派给特定子带，其中任何一个用户对对应于最小的“候选对用户吞吐量偏差值”，该候选对用户吞吐量偏差值反映了以下两者之间的相应差异的聚合：跨所有用户(K)的平均吞吐量；以及所考虑的两个用户(k1k2)和归属于除了所述所选择的子带之外的子带的每个用户中的每一个的已知吞吐量。所考虑的用户对可以考虑所有可能的对，或者可以被限制为包括满足诸如信道增益、到目标的距离、吞吐量或这些因素中的一些或全部的组合之类的标准的一个或两个用户的候选对或者共同满足的候选对。被分配给每个子带的功率可以由注水算法来分配。
这些方法和过程可以借助于计算机应用程序或服务、应用程序编程接口(API)、库和/或其他计算机程序产品或这些实体的任何组合来实现。
将理解的是，本文描述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些特定的实施例或示例不应被视为具有限制意义，因为多种变型是可能的。本文描述的特定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。因此，可以以所示和/或描述的序列、以其他序列、并行地执行所示和/或描述的各种动作或省略这些动作。同样地，可以改变上面描述的过程的次序。
本公开的主题包括本文公开的各种过程、系统和配置以及其他特征、功能、动作和/或属性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合，以及其任何和所有等效物。
Claims (13)
1.一种用于在多址通信系统中将来自候选用户的集合的用户指派给当前时隙(t)中的多个子带(s)中的一个子带的系统，包括：
指派处理器，其适于选择用户的多个候选对，每个候选对包括相应的第一用户(k1)和相应的候选第二用户(k2)，以关于所选择的子带进行考虑，
功率计算器，其适于关于每个候选对执行对每个子带的临时功率分配，
吞吐量计算器，其适于确定相应的候选对用户吞吐量偏差值，所述候选对用户吞吐量偏差值反映了以下两者之间的相应差异的聚合：跨所述候选用户的集合的平均吞吐量；以及所述第一用户(k1)、所述候选第二用户(k2)和归属于除了所选择的子带之外的子带的每个用户中的每一个的已知吞吐量，
所述指派计算器还适于将对应于最小相应的候选对用户吞吐量偏差值的任何一个用户的候选对指派给所述子带。
2.一种在多址通信系统中从候选用户的集合中选择第一用户(k1)和第二用户(k2)以使其归属于当前时隙(t)中的多个子带(s)中的一个子带的方法，包括以下步骤：
选择包括相应的第一用户(k1)和相应的候选第二用户(k2)的用户的候选对，以关于所选择的子带进行考虑，
执行对每个子带的临时功率分配，
确定候选对用户吞吐量偏差值，所述候选对用户吞吐量偏差值反映了以下两者之间的相应差异的聚合：跨所述候选用户的集合的平均吞吐量；以及所述第一用户(k1)、所述候选第二用户(k2)和归属于除了所选择的子带之外的子带的每个用户中的每一个的已知吞吐量，
针对多个另外的用户的候选对，重复选择用户的候选对、执行临时功率分配、确定候选对用户吞吐量偏差值的步骤，以及
将对应于最小相应的候选对用户吞吐量偏差值的任何一个用户的候选对指派给所述子带。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，被分配给每个子带的功率是通过注水算法来分配的，使得被分配给每个子带的所述功率要考虑所述候选对中的每个用户的信道增益以及在所述当前时隙中已经被指派给任何子带的任何用户的信道增益。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，除了在针对每个用户的历史时间窗口期间的所述平均吞吐量之外，该相应的用户的所述已知吞吐量还考虑了该相应的用户在所述当前时隙内的预计吞吐量。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，确定候选对用户吞吐量偏差值的步骤包括以下附加步骤：
计算所述候选对中的每个用户和在所述当前时隙中已经被指派给任何子带的任何用户的已知吞吐量，
计算平均总吞吐量作为针对所述候选用户的集合中的每个用户计算出的相应的已知吞吐量的平均，
计算所述候选对中的每个用户以及在所述当前时隙中已经被指派给任何子带的任何用户的用户吞吐量偏差值，所述用户吞吐量偏差值对应于该用户的所述相应的已知吞吐量与平均总吞吐量值之间的差异，以及
将所述候选对中的每个用户和在所述当前时隙中已经被指派给任何子带的任何用户的相应的用户吞吐量偏差值进行组合，以获得所述候选对用户吞吐量偏差值。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，重复选择用户的候选对、执行临时功率分配以及确定候选对用户吞吐量偏差值的步骤，直到已经考虑了每个可能的用户的候选对为止。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，重复选择用户的候选对、执行临时功率分配以及确定候选对用户吞吐量偏差值的步骤，直到已经考虑了包括满足指定标准的第一候选用户的每个可能的用户的候选对为止。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述指定标准是基于信道增益、到目标的距离或吞吐量中的一个或多个的。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其中，针对每个子带，针对多个另外的用户的候选对重复以下步骤，直到一个或多个用户归属于每个子带为止：选择用户的候选对、执行临时功率分配、确定候选对用户吞吐量偏差值以及将对应于最小相应的候选对用户吞吐量偏差值的用户的候选对中的任何一个指派给子带。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在连续的所述时隙内，针对每个子带，针对多个另外的用户的候选对重复以下步骤，直到一个或多个用户归属于每个子带为止：选择用户的候选对、执行临时功率分配、确定候选对用户吞吐量偏差值以及将对应于最小相应的候选对用户吞吐量偏差值的用户的候选对中的任何一个指派给子带。
11.一种装置，其适于实现如权利要求2至10中任一项所述的步骤。
12.一种计算机程序，其适于实现如权利要求2至10中任一项所述的步骤。
13.一种计算机可读介质，其结合了如权利要求12所述的计算机程序。
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