CN112713982A - 可行域确定方法、装置、电子设备及可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本公开实施例公开了一种可行域确定方法、装置、电子设备及可读存储介质。其中，可行域确定方法包括：计算特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域；计算所述特定范围内的上行非正交多址系统的信干噪比的第二可行域；确定所述第一可行域和所述第二可行域间的等同关系；确定特定信干噪比与所述第一可行域和/或所述第二可行域间的包含关系，从而得到优化的信干噪比可行域及其高效计算方法，判断特定信干噪比的可行性，提高NOMA通信系统频谱利用效率及传输速率。

Description

可行域确定方法、装置、电子设备及可读存储介质
技术领域
本公开涉及无线通信技术领域，具体涉及可行域确定方法、装置、电子设备及可读存储介质。
背景技术
非正交多址接入技术(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)允许多个终端使用同一个正交资源传输信号，为物联网提供了一种海量终端接入方案。在发射端使用不同的功率水平将多个终端设备的信号进行复用，而后在接收端使用串行干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC) 技术按固定的顺序依次解码终端信息。要利用功率差异进行信号的复用并保障信号以较高的速率进行传输，NOMA系统的功率控制及SIC解码顺序至关重要。在多小区NOMA系统中，由于存在小区间干扰，功率分配及解码顺序相互耦合，需要分析多小区下行及上行NOMA系统的信干噪比(Signal to Interferenceplus Noise Ratio,SINR)可行域及功率分配、解码顺序间的对偶关系。
发明内容
为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供可行域确定方法、装置、电子设备及可读存储介质。
第一方面，本公开实施例中提供了一种可行域确定方法，包括：
计算特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域；
计算所述特定范围内的上行非正交多址系统的信干噪比的第二可行域；
确定所述第一可行域和所述第二可行域间的等同关系；
确定特定信干噪比与所述第一可行域和/或所述第二可行域间的包含关系。
结合第一方面，在第一方面的第一种实施方式中，所述特定范围包括：多个无线通信小区覆盖的范围。
结合第一方面的第一种实施方式，在第一方面的第二种实施方式中，所述计算特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：
确定串行干扰消除的解码顺序，获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域。
结合第一方面的第二种实施方式，在第一方面的第三种实施方式中，
所述确定串行干扰消除的解码顺序，获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：
通过PF定理，数学归纳法，Helly’s定理中的至少一个确定所述串行干扰消除的解码顺序；
通过终端相关矩阵构建的方阵获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域。
结合第一方面的第二种实施方式，在第一方面的第四种实施方式中，
所述确定串行干扰消除的解码顺序，获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：
确定串行干扰消除的解码顺序，通过交替更新方法获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域。
结合第一方面的第四种实施方式，在第一方面的第五种实施方式中，
所述确定串行干扰消除的解码顺序，通过交替更新方法获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：
获取信干噪比空间的给定方向，初始化任意串行干扰消除的解码顺序和发射功率；
通过迭代，固定上次迭代的串行干扰消除的解码顺序，根据分布式功率控制方法获取本次最优发射功率和在所述信干噪比空间中本次所述给定方向上信干噪比特定点和原点之间的距离的最优值，并获取所述本次最优发射功率下的本次迭代的串行干扰消除的解码顺序；
获取收敛后的最优发射功率，收敛后的在所述信干噪比空间中所述给定方向上信干噪比特定点和原点之间的距离，和收敛后的最优发射功率条件下的信干噪比上边界。
结合第一方面的第五种实施方式，在第一方面的第六种实施方式中，
所述分布式功率控制方法包括：
获取初始化的串行干扰消除的解码顺序和初始化的终端发射功率；
获取系数矩阵；
通过迭代方式，对小区中的所有终端，基于系数矩阵和所述初始化的终端发射功率计算干扰功率，计算在所述信干噪比空间中给定方向上信干噪比特定点和原点间的距离和终端的发射功率；
获取收敛后的所述在所述信干噪比空间中给定方向上信干噪比特定点和原点间的距离和所述终端的发射功率。
结合第一方面的第四种实施方式，在第一方面的第七种实施方式中，
所述确定特定信干噪比与所述第一可行域和/或所述第二可行域间的包含关系包括：
获取特定信干噪比；
将信干噪比空间中的给定方向设置为所述特定信干噪比；
通过所述交替更新方法获取在所述信干噪比空间中的所述给定方向上第一信干噪比特定点和原点之间的距离；
根据所述第一信干噪比特定点和原点之间的距离和预设的阈值之间的比较，确定所述特定信干噪比与所述第一可行域间的包含关系。
第二方面，本公开实施例中提供了一种可行域确定装置，包括：
第一可行域计算模块，被配置为计算特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域；
第二可行域计算模块，被配置为计算所述特定范围内的上行非正交多址系统的信干噪比的第二可行域；
等同关系确定模块，被配置为确定所述第一可行域和所述第二可行域间的等同关系；
包含关系确定模块，被配置为确定特定信干噪比与所述第一可行域和 /或所述第二可行域间的包含关系。
第三方面，本公开实施例中提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；其中，
所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现如第一方面、第一方面的第一种实现方式到第七种实现方式任一项所述的方法。
第四方面，本公开实施例中提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现如第一方面、第一方面的第一种实现方式到第七种实现方式任一项所述的方法。
本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
根据本公开实施例提供的技术方案，通过计算特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域；计算所述特定范围内的上行非正交多址系统的信干噪比的第二可行域；确定所述第一可行域和所述第二可行域间的等同关系；确定特定信干噪比与所述第一可行域和/或所述第二可行域间的包含关系，从而得到优化的信干噪比可行域及其高效计算方法，判断特定信干噪比的可行性，提高NOMA通信系统频谱利用效率及传输速率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：
图1a示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的实施场景的示例性示意图；
图1b示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的实施场景的示例性示意图；
图1c示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的实施场景的示例性示意图；
图1d示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的实施场景的示例性示意图；
图1e示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的实施场景的示例性示意图；
图2示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的流程图；
图3示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的流程图；
图4示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的流程图；
图5示出根据图4所示实施方式的步骤S402中的分布式功率控制方法的流程图；
图6示出根据本公开一实施方式的可行域确定装置的结构框图；
图7示出根据本公开一实施方式的电子设备的结构框图；
图8是适于用来实现根据本公开一实施方式的可行域确定方法的计算机系统的结构示意图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施方式，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施方式无关的部分。
在本公开中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的标签、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他标签、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。
另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的标签可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
随着大量智能终端的涌现，在未来，物联网的终端连接数将呈爆炸式增长。NOMA技术允许多个终端使用同一个正交资源传输信号，为物联网提供了一种海量终端接入方案。此外，NOMA技术还具有提高无线系统频谱效率的潜能。功率域NOMA技术的主要思想是：在发射端使用不同的功率水平将多个终端设备的信号进行复用，而后在接收端使用串行干扰消除SIC技术按固定的顺序依次解码终端信息。利用功率差异进行信号的复用并保障信号以较高的速率进行传输，NOMA系统的功率控制及SIC解码顺序至关重要。
在多小区NOMA系统中的下行部分，临近小区基站和不临近基站都会对目标基站中的终端产生小区间干扰，其中临近基站的干扰更大。而小区内的不同终端间，由于NOMA信号的非正交性，会产生小区内干扰。由于存在小区间和小区内干扰，功率分配及解码顺序相互耦合，需要分析多小区下行及上行NOMA系统的信干噪比可行域及功率分配、解码顺序间的对偶关系。
图1a示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的实施场景的示例性示意图。
本领域普通技术人员可以理解，图1a示出可行域确定方法的实施场景的示例性示意图，而不构成对本公开的限制。
如图1a所示，多小区NOMA场景100中具有3个小区110、120、130，分别由基站101、104、105覆盖。
在小区110中，具有终端102、103；在小区120中，具有终端121、 122；在小区130中，具有终端131、132。终端102和基站101间通过NOMA 链路106通信，NOMA链路106具有上行部分和下行部分；终端103和基站101间通过NOMA链路107通信，NOMA链路107具有上行部分和下行部分。终端102和终端103间具有小区内干扰108，在下行NOMA系统中，基站104、105对终端103具有下行小区间干扰109；在上行NOMA 系统中，终端121、122，和终端131、132对基站101接收到的终端103 的上行NOMA信号具有上行小区间干扰(图1a中未示出)。
在本公开的实施例中，可以分别确定多小区下行NOMA系统的 SINR可行域、多小区上行NOMA系统的SINR可行域、多小区下行 NOMA系统的SINR可行域和多小区上行NOMA系统的SINR可行域的相等性的计算目标。
在本公开的实施例中，可以通过以下方式确定多小区下行NOMA系统的SINR可行域的计算目标。
由于SINR是向下可行的，计算SINR可行域的上界即可。可以从优化角度对SINR可行域的上界进行描述。可以设定多小区下行NOMA系统有M个小区，以每小区两个终端且解码顺序为(终端1，终端2)为例，给定终端1、终端2的下行SINR向量处于下行SINR二维空间中的任意方向
Figure BDA0002852953080000061
SINR可行域上界可通过求解如下优化问题获得：
Figure BDA0002852953080000071
Figure BDA0002852953080000072
Figure BDA0002852953080000073
Figure BDA0002852953080000074
Figure BDA0002852953080000075
其中，
Figure BDA0002852953080000076
分别为小区m中下行方向终端1及下行方向终端2处解调终端1信号时的SINR；
Figure BDA0002852953080000077
为小区m中下行方向终端2处解调终端2信号时的SINR；p1，m，p2，m分别为基站对终端1及终端2的下行发射功率：β为在方向
Figure BDA0002852953080000078
上SINR可行域内某一点距离下行SINR二维空间原点的距离。
根据问题的结构，约束(1b)-(1d)可以整理成如下形式：
Figure BDA0002852953080000079
其中矩阵A是一个与归一化干扰信道系数相关的非负长方形矩阵，且其元素取值与方向
Figure BDA00028529530800000710
及解码顺序相关，n是与解码顺序及噪声相关的常数。
遍历所有可能的SIC解码顺序，求解公式(1a)～(1e)并得到最优解βd★(ω)，下行NOMA系统SINR可行域可以表示为：
Υd＝{αω：0＜α＜βd★(ω)}
多小区下行NOMA系统的SINR可行域上界的最优解可以是βd★(ω)。
在本公开的实施例中，可以通过以下方式确定多小区上行NOMA系统的SINR可行域的计算目标。
在本公开的实施例中，可以设定系统有M个小区，以每个小区两个终端且解码顺序为(终端1，终端2)为例，给定上行SINR二维空间中任意方向ωm＝(ω1，m，ω2，m)，SINR上界可通过求解如下优化问题获得：
Figure BDA00028529530800000711
Figure BDA00028529530800000712
Figure BDA00028529530800000713
Figure BDA00028529530800000714
其中，
Figure BDA00028529530800000715
分别为小区m中基站解调终端1上行信号及终端2上行信号时的SINR；q1，m，q2，m分别为终端1及终端2的上行发射功率；β为在方向ωm＝(ω1，m，ω2，m)上SINR可行域内某一点距离SINR二维空间原点的距离。
根据问题的结构，公式(3b)-(3c)可以整理成如下形式：
Figure BDA0002852953080000081
其中矩阵B是一个与干扰信道系数相关的非负方阵，且其元素取值与目标方向ωm＝(ω1，m，ω2，m)及解码顺序相关，nB是与解码顺序及噪声相关的向量。
遍历所有可能的SIC解码顺序，求解问题(3a)～(3d)并得到最优解βu★(ω)，上行NOMA系统SINR可行域可以为：
Υu＝{αω：0＜α＜βu★(ω)
多小区上行NOMA系统的SINR可行域的上界的计算目标可以是最优解βu★(ω)。
在本公开的实施例中，可以通过以下方式确定多小区下行NOMA系统的SINR可行域和多小区上行NOMA系统的SINR可行域的相等性的目标。
给定一个多小区下行NOMA系统，其对偶上行系统定义为：基站及终端的位置、各通信链路的信道增益与下行系统相同、信号传输方向与下行系统相反的上行系统。
根据Perron-Frobenius定理(PF定理)，遍历所有SIC解码顺序后，优化公式(1)及优化公式(3)的最优解分别为：
Figure BDA0002852953080000082
其中，Z及Zu分别是与系数矩阵A及B相关的非负不可约方阵， A(·)为PF-特征值。
在本公开的实施例中，确定多小区下行NOMA系统的SINR可行域和多小区上行NOMA系统的SINR可行域的相等性可以是确定Υd＝γu，即：βd★(ω)＝βu★(ω)。
在本公开的实施例中，可以通过以下方式计算多小区下行NOMA系统SINR可行域。
求解公式(1)的难点在于系数矩阵A为长方形矩阵。为此，可以根据 Helly’s定理将公式(1)分解成多个系数矩阵为方阵的子问题。然后针对各个子问题采用PF定理得出最优解的闭式表达式。公式(1)的最优解等于所有子问题最优解的最小值。
具体地，对于所有终端
Figure BDA0002852953080000091
从A与该终端相关的子矩阵
Figure BDA0002852953080000092
中任意挑选一行
Figure BDA0002852953080000093
可构成一个新的方阵H，特别地，Hself为
Figure BDA0002852953080000094
时的方阵。将所有可能的方阵H的集合定义为
Figure BDA0002852953080000095
定义矩阵 Zself＝I-Hself，定义集合
Figure BDA0002852953080000096
及公式：
Figure BDA0002852953080000097
s.t.(I-Z(βdω，π))p≥βdnH， (5b)
p≥0， (5c)
其中nH为公式(2)中n对应的子向量。通过PF定理、数学归纳法、 Helly’s定理，固定SIC解码顺序
Figure BDA0002852953080000098
公式(5)具有非负可行解的充分必要条件是：
Figure BDA0002852953080000099
因此，固定SIC解码顺序
Figure BDA00028529530800000910
优化公式(5)最优解的闭式表达式为：
Figure BDA00028529530800000911
因此，优化公式(5)的最优解为：
Figure BDA00028529530800000912
因此，下行NOMA系统的SINR可行域为：
Υd＝{αω：0＜α＜β★(ω)}
在本公开的实施例中，可以通过以下方式计算多小区上行NOMA系统的SINR可行域。
根据PF定理，优化公式(3)有非负可行解的充分必要条件是：
Figure BDA00028529530800000913
因此，优化问题(3)遍历所有SIC解码顺序后的最优解为：
Figure BDA00028529530800000914
因此，上行NOMA系统SINR可行域为：
Υu＝{αω：0＜α＜βu★(ω)}.
在本公开的实施例中，可以通过以下方式确定一个SINR向量γ是否在上行SINR可行域中：
令ω＝γ。根据公式(6)-(7)计算得到βd★(γ)。在βd★(γ)＞1的条件下，判断下行SINR向量γ可行，处于下行SINR可行域中。也可以根据公式(8)计算得到βu★(γ)。在βu★(γ)＞1的条件下，判断上行SINR向量γ可行，处于下行SINR可行域中。
在本公开的实施例中，可以通过以下方式确定下行SINR可行域与上行SINR可行域等同。
在本公开的实施例中，对于任意βω，当上行及下行SIC解码顺序相反时，根据下行及其对偶上行NOMA系统系数矩阵的关系，可以证明
Figure BDA0002852953080000101
及 Zu具有相同的特征值。可以确定
Figure BDA0002852953080000102
并且确定
Figure BDA0002852953080000103
从而确定下行SINR可行域与上行SINR可行域等同。
在本公开的实施例中，可以通过以下方式最优的SIC解码顺序。
在多小区下行NOMA系统中，给定小区间干扰，目标小区内最优的 SIC解码顺序可以采用各用户小区间干扰由大到小的顺序进行解码。即：令最优SIC解码顺序为
Figure BDA0002852953080000104
则对于任意小区
Figure BDA0002852953080000105
满足：
Figure BDA0002852953080000106
图1b示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的实施场景的示例性示意图。
本领域普通技术人员可以理解，图1b示出可行域确定方法的实施场景的示例性示意图，而不构成对本公开的限制。
具体的，图1b示出在多小区环境、当前小区具有2个终端的条件下，在下行NOMA系统中，采用不同的解码顺序，在总下行发射功率不变的条件下，对终端1和终端2采用不同的功率分配方案，从而得到的终端1 和终端2的速率域边界。
如图1b所示，在目标方向141所确定的SINR二维空间的方向上，在B点，采用功率分配方案1，解码顺序是先解码终端2，再解码终端1。B 点的条件下的终端1速率为1.4比特/秒/赫兹、终端2速率为1.5比特/秒/ 赫兹。SIC解码顺序
Figure BDA0002852953080000111
不是最优顺序，对应的系统最高SINR也不是最优值。而在目标方向141上，更改解码顺序为先解码终端1，再解码终端2，即调整SIC解码顺序到最优的
Figure BDA0002852953080000112
并且采用功率分配方案2，即可得到C 点。C点的条件下的终端1速率为1.9比特/秒/赫兹、终端2速率为2.0比特/秒/赫兹。C点的终端1、终端2速率之和高于B点，对应的系统最高 SINR也是最优的。选择不同的目标方向141，可以得到最优下行速率域边界142。最优下行速率域边界142对应于最优的下行SINR可行域边界。
在图1b中，折线143是功率分配方案1对应的下行速率域边界。在B 点先解码终端2再解码终端1，在A点先解码终端1再解码终端2。折线 144是功率分配方案2对应的下行速率域边界。和最优下行速率域边界142 相比，功率分配方案1对应的下行速率域边界143和功率分配方案2对应的下行速率域边界144均不是最优的，下行速率域边界143和下行速率域边界144对应的下行SINR可行域边界也不是最优的。
在本公开的实施例中，给定特定方向ω，SINR域的上边界表达公式 (6)-(7)需要遍历所有可能的SIC解码顺序π及子矩阵Z。该方法计算复杂度较高。
在本公开的实施例中，可以通过依次迭代SIC解码顺序及发射功率，使用交替更新算法，使得算法的返回值高效地逼近下行NOMA系统的 SINR可行域的上边界。
交替更新算法的具体步骤为：
a1：输入特定方向ω；
a2：初始化任意SIC解码顺序π(0)及发射功率p(0)；
a3：在第n次迭代中：
a4：固定π(-1)，根据分布式功率控制算法，求公式(1)的最优解p(n)及β(n)：
a5：固定发射功率p(n)，利用公式(9)得出在该发射功率下的SIC解码顺序π(n)；
a6：直到迭代收敛；
a7：返回收敛的发射功率p★、收敛值β★及下行NOMA系统在该发射功率下的SINR可行域上边界β★ω。
交替更新算法的步骤a4可以在固定π(n-1)的条件下求公式(1)的最优功率分配方案p(n)和最优解β(n)。在步骤a5中，固定功率分配方案，求解在该功率分配方案下的最优解调顺序，该解调顺序是小区间干扰从大到小得到的。尽管通过公式(6)及(5b)可以直接计算β(n)及发射功率p(n)，但是由于需要遍历集合
Figure BDA0002852953080000121
中的所有矩阵，该方法的计算效率低。因此，在第n次迭代中，为快速求解公式(1)的最优发射功率p(n)及β(n)，可以在交替更新算法的步骤a4中采用如下分布式功率控制算法计算β(n)及p(n)。
在本公开的实施例中，分布式功率控制算法的具体步骤为：
b1：初始化固定的SIC解码顺序
Figure BDA0002852953080000122
及任意用户发射功率：
b2：获得系数矩阵
Figure BDA0002852953080000123
b3：在第r次迭代中：
b4：对于所有小区
Figure BDA0002852953080000124
中的所有用户
Figure BDA0002852953080000125
计算
Figure BDA0002852953080000126
b5：计算距离
Figure BDA0002852953080000127
b6：计算功率
Figure BDA0002852953080000128
b7：直到迭代收敛；
b8：返回收敛的用户发射功率p(n)＝p★及距离β(n)＝β★。
其中，
Figure BDA0002852953080000129
是单位矩阵
Figure BDA00028529530800001210
的第i行。
分布式控制算法对应图1b中，在保持总发射功率不变的条件下，在保持目标方向141不变的条件下，从B点到C点搜索，得到下行SINR可行域边界的过程。
在公式b4、b6中，
Figure BDA00028529530800001211
与小区间干扰信号功率、小区内干扰信号功率相关。
在本公开的实施例中，可以通过如下方式判断SINR向量γ是否在可行域内：
c1：输入待判断的下行SINR向量γ；
c2：令ω＝γ并运行交替更新算法；
c3：若β★＞1
c4：输出“SINR向量γ在可行域内”；
c5：否则
c6：输出“SINR向量γ不在可行域内”；
c7：结束。
图1c示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的实施场景的示例性示意图。
本领域普通技术人员可以理解，图1c示出可行域确定方法的实施场景的示例性示意图，而不构成对本公开的限制。
具体的，图1c示出在3个小区、每个小区3个终端的条件下，交替更新算法的迭代次数与精度(β(ω)(n)-β*)β*之间的关系，具体见曲线151。由图1c可见，当迭代次数超过3时，迭代的精度可以降低到10-9。当迭代次数大于等于4时，(β(ω)(n)-β*)β*基本不变，迭代4次(β(ω)(n)-β*)β*即收敛，收敛较为迅速。
图1d示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的实施场景的示例性示意图。
本领域普通技术人员可以理解，图1d示出可行域确定方法的实施场景的示例性示意图，而不构成对本公开的限制。
具体的，图1d示出在50个小区、每个小区5个终端的条件下，交替更新算法的迭代次数与β(n)之间的关系，具体见曲线161。由图1d可见，当迭代次数大于等于4时，β(n)基本不变，迭代4次β(n)即收敛，收敛较为迅速。
图1e示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的实施场景的示例性示意图。
本领域普通技术人员可以理解，图1e示出可行域确定方法的实施场景的示例性示意图，而不构成对本公开的限制。
具体的，图1d示出在交替更新(AA)算法、固定解码顺序的交替更新(AAPDO)算法以及正交多址接入(OMA)算法三种情况下，小区数和平均每小区和速率之间的关系。平均每小区和速率为1000次信道仿真的平均结果。曲线171、172、173分别是OMA算法、AA算法、AAPDO算法的平均每小区和速率。
如图1e示出的，可以看出三种情况下平均每小区和速率随着小区数的上升而下降，这是因为小区数的增多使得系统中的终端遭受了更强烈的干扰。比较交替更新(AA)算法及固定解码顺序的交替更新(AAPDO) 算法，前者的平均每小区和速率更高。两者间的差异体现了SIC解码顺序对系统性能的影响。比较非正交多址NOMA(AA及AAPDO)与正交多址OMA算法，即使小区数M＝25，干扰较为严重，NOMA相较于OMA 也可以获得至少2倍的平均每小区和速率的性能提升。
图2示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的流程图。如图2 所示，可行域确定方法包括：步骤S201、S202、S203、S204。
在步骤S201中，计算特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域。
在步骤S202中，计算所述特定范围内的上行非正交多址系统的信干噪比的第二可行域。
在步骤S203中，确定所述第一可行域和所述第二可行域间的等同关系。
在步骤S204中，确定特定信干噪比与所述第一可行域和/或所述第二可行域间的包含关系。
在本公开的实施例中，特定范围可以是多个无线通信小区覆盖的范围，第一可行域可以是下行SINR可行域，第二可行域可以是上行SINR可行域。信干噪比可以由上行或下行信号，以及小区间干扰、小区内干扰和噪声中的至少一项计算得到。可以通过第一可行域包含第二可行域，而且第二可行域包含第一可行域确定第一可行域和第二可行域间的等同关系。
根据本公开实施例提供的技术方案，通过计算特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域；计算所述特定范围内的上行非正交多址系统的信干噪比的第二可行域；确定所述第一可行域和所述第二可行域间的等同关系；确定特定信干噪比与所述第一可行域和/或所述第二可行域间的包含关系，从而得到优化的信干噪比可行域及其高效计算方法，判断特定信干噪比的可行性，提高NOMA通信系统频谱利用效率及传输速率。根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述特定范围包括：多个无线通信小区覆盖的范围，从而充分计算多小区环境中的干扰影响，提高频谱利用效率，提高NOMA通信系统速率。
在本公开的实施例中，在下行非正交多址系统中，多个终端的解码顺序可以对非正交多址系统的信干噪比的下行可行域产生较大影响。可以通过确定最优的解码顺序，得到优化的非正交多址系统的信干噪比的下行可行域。
根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述计算特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：确定串行干扰消除的解码顺序，获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域，从而以优化的解码顺序得到优化的第一可行域。
图3示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的流程图。如图3 所示，确定串行干扰消除的解码顺序，获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括步骤S301、S302。
在步骤S301中，通过PF定理，数学归纳法，Helly’s定理中的至少一个确定所述串行干扰消除的解码顺序。
在步骤S302中，通过用户相关矩阵构建的方阵获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域。
根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述确定串行干扰消除的解码顺序，获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：通过PF定理，数学归纳法，Helly’s定理中的至少一个确定所述串行干扰消除的解码顺序；通过终端相关矩阵构建的方阵获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域，从而得到优化的信干噪比可行域及其高效计算方法，判断特定信干噪比的可行性，提高 NOMA通信系统频谱利用效率及传输速率。在本公开的实施例中，对给定特定方向ω，SINR域的上边界表达公式(6)-(7)需要遍历所有可能的 SIC解码顺序π及子矩阵Z，计算复杂度较高。可以采用交替更新方法降低运算复杂度。
根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述确定串行干扰消除的解码顺序，获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：确定串行干扰消除的解码顺序，通过交替更新方法获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域，从而节约运算资源，以较少的运算量得到优化的信干噪比可行域，提高NOMA通信系统频谱利用效率及传输速率。
图4示出根据本公开一实施方式的可行域确定方法的流程图。如图4 所示，确定串行干扰消除的解码顺序，通过交替更新方法获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括步骤S401、S402、 S403。
在步骤S401中，获取信干噪比空间的给定方向，初始化任意串行干扰消除的解码顺序和发射功率。
在步骤S402中，通过迭代，固定上次迭代的串行干扰消除的解码顺序，根据分布式功率控制方法获取本次最优发射功率和在所述信干噪比空间中本次所述给定方向上信干噪比特定点和原点之间的距离的最优值，并获取所述本次最优发射功率下的本次迭代的串行干扰消除的解码顺序。
在步骤S403中，获取收敛后的最优发射功率，收敛后的在所述信干噪比空间中所述给定方向上信干噪比特定点和原点之间的距离，和收敛后的最优发射功率条件下的信干噪比上边界。
在本公开的实施例中，可以使用交替更新算法，通过依次迭代SIC解码顺序及发射功率，使得算法的返回值高效地逼近下行NOMA系统的 SINR可行域的上边界。
根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述确定串行干扰消除的解码顺序，通过交替更新方法获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：获取信干噪比空间的给定方向，初始化任意串行干扰消除的解码顺序和发射功率；通过迭代，固定上次迭代的串行干扰消除的解码顺序，根据分布式功率控制方法获取本次最优发射功率和在所述信干噪比空间中本次所述给定方向上信干噪比特定点和原点之间的距离的最优值，并获取所述本次最优发射功率下的本次迭代的串行干扰消除的解码顺序；获取收敛后的最优发射功率，收敛后的在所述信干噪比空间中所述给定方向上信干噪比特定点和原点之间的距离，和收敛后的最优发射功率条件下的信干噪比上边界，从而节约运算资源，以较少的运算量得到优化的信干噪比可行域，提高NOMA通信系统频谱利用效率及传输速率。
图5示出根据图4所示实施方式的步骤S402中的分布式功率控制方法的流程图。如图5所示，图4所示实施方式的步骤S402中的分布式功率控制方法包括：步骤S501、S502、、S503、S504。
在步骤S501中，获取初始化的串行干扰消除的解码顺序和初始化的用户发射功率。
在步骤S502中，获取系数矩阵。
在步骤S503中，通过迭代方式，对小区中的所有用户，基于系数矩阵和所述初始化的用户发射功率计算干扰功率，计算在所述信干噪比空间中给定方向上信干噪比特定点和原点间的距离和用户的发射功率。
在步骤S504中，获取收敛后的所述在所述信干噪比空间中给定方向上信干噪比特定点和原点间的距离和所述用户的发射功率。
在本公开的实施例中，分布式控制算法对应图1b中，在保持总发射功率不变的条件下，在保持目标方向141不变的条件下，从B点到C点搜索，得到下行SINR可行域边界的过程。
根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述分布式功率控制方法包括：获取初始化的串行干扰消除的解码顺序和初始化的终端发射功率；获取系数矩阵；通过迭代方式，对小区中的所有终端，基于系数矩阵和所述初始化的终端发射功率计算干扰功率，计算在所述信干噪比空间中给定方向上信干噪比特定点和原点间的距离和终端的发射功率；获取收敛后的所述在所述信干噪比空间中给定方向上信干噪比特定点和原点间的距离和所述终端的发射功率，从而节约运算资源，以较少的运算量得到优化的信干噪比可行域，提高NOMA通信系统频谱利用效率及传输速率。。
在本公开的实施例中，在给定特定信干噪比的条件下，可以将信干噪比空间中的给定方向设定为特定信干噪比，并且通过交替更新方法获取在信干噪比空间中，上述给定方向上的第一信干噪比和/或第二信干噪比特定点。通过第一信干噪比和/或第二信干噪比特定点和信干噪比空间的原点之间的距离是否大于1，判断特定信干噪比是否在下行和/或上行SINR可行域内。在第一信干噪比和/或第二信干噪比特定点和信干噪比空间的原点之间的距离大于1的条件下，判断特定信干噪比在下行和/或SINR可行域内；在第一信干噪比和/或第二信干噪比特定点和信干噪比空间的原点之间的距离小于或者等于1的条件下，判断特定信干噪比不在下行和/或上行 SINR可行域内。
根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述确定特定信干噪比与所述第一可行域和/或所述第二可行域间的包含关系包括：获取特定信干噪比；将信干噪比空间中的给定方向设置为所述特定信干噪比；通过所述交替更新方法获取在所述信干噪比空间中的所述给定方向上第一信干噪比特定点和原点之间的距离；根据所述第一信干噪比特定点和原点之间的距离和预设的阈值之间的比较，确定所述特定信干噪比与所述第一可行域间的包含关系，从而快速判断特定信干噪比是否在下行SNIR可行域内。
图6示出根据本公开一实施方式的可行域确定装置的结构框图。
如图6所示，可行域确定装置包括：第一可行域计算模块601、第二可行域计算模块602、等同关系确定模块603、包含关系确定模块604。
第一可行域计算模块601被配置为计算特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域；
第二可行域计算模块602被配置为计算所述特定范围内的上行非正交多址系统的信干噪比的第二可行域；
等同关系确定模块603被配置为确定所述第一可行域和所述第二可行域间的等同关系；
包含关系确定模块604被配置为确定特定信干噪比与所述第一可行域和/或所述第二可行域间的包含关系。
根据本公开实施例提供的技术方案，通过第一可行域计算模块，被配置为计算特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域；第二可行域计算模块，被配置为计算所述特定范围内的上行非正交多址系统的信干噪比的第二可行域；等同关系确定模块，被配置为确定所述第一可行域和所述第二可行域间的等同关系；包含关系确定模块，被配置为确定特定信干噪比与所述第一可行域和/或所述第二可行域间的包含关系，从而得到优化的信干噪比可行域，提高NOMA通信系统频谱利用效率及传输速率。图7示出根据本公开一实施方式的电子设备的结构框图。
本公开实施方式还提供了一种电子设备，如图7所示，所述电子设备700包括处理器701和存储器702；其中，存储器702存储有可被至少一个处理器701执行的指令，指令被至少一个处理器701执行以实现以下步骤：
计算特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域；
计算所述特定范围内的上行非正交多址系统的信干噪比的第二可行域；
确定所述第一可行域和所述第二可行域间的等同关系；
确定特定信干噪比与所述第一可行域和/或所述第二可行域间的包含关系。
在本公开的实施例中，所述特定范围包括：多个无线通信小区覆盖的范围。
在本公开的实施例中，所述计算特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：
确定串行干扰消除的解码顺序，获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域。
在本公开的实施例中，所述确定串行干扰消除的解码顺序，获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：
通过PF定理，数学归纳法，Helly’s定理中的至少一个确定所述串行干扰消除的解码顺序；
通过终端相关矩阵构建的方阵获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域。
在本公开的实施例中，所述确定串行干扰消除的解码顺序，获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：
确定串行干扰消除的解码顺序，通过交替更新方法获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域。
在本公开的实施例中，所述确定串行干扰消除的解码顺序，通过交替更新方法获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：
获取信干噪比空间的给定方向，初始化任意串行干扰消除的解码顺序和发射功率；
通过迭代，固定上次迭代的串行干扰消除的解码顺序，根据分布式功率控制方法获取本次最优发射功率和在所述信干噪比空间中本次所述给定方向上信干噪比特定点和原点之间的距离的最优值，并获取所述本次最优发射功率下的本次迭代的串行干扰消除的解码顺序；
获取收敛后的最优发射功率，收敛后的在所述信干噪比空间中所述给定方向上信干噪比特定点和原点之间的距离，和收敛后的最优发射功率条件下的信干噪比上边界。
在本公开的实施例中，所述分布式功率控制方法包括：
获取初始化的串行干扰消除的解码顺序和初始化的终端发射功率；
获取系数矩阵；
通过迭代方式，对小区中的所有终端，基于系数矩阵和所述初始化的终端发射功率计算干扰功率，计算在所述信干噪比空间中给定方向上信干噪比特定点和原点间的距离和终端的发射功率；
获取收敛后的所述在所述信干噪比空间中给定方向上信干噪比特定点和原点间的距离和所述终端的发射功率。
在本公开的实施例中，所述确定特定信干噪比与所述第一可行域和/ 或所述第二可行域间的包含关系包括：
获取特定信干噪比；
将信干噪比空间中的给定方向设置为所述特定信干噪比；
通过所述交替更新方法获取在所述信干噪比空间中的所述给定方向上第一信干噪比特定点和原点之间的距离；
根据所述第一信干噪比特定点和原点之间的距离和预设的阈值之间的比较，确定所述特定信干噪比与所述第一可行域间的包含关系。
图8是适于用来实现根据本公开一实施方式的可行域确定方法的计算机系统的结构示意图。
如图8所示，计算机系统800包括处理单元801，其可以根据存储在只读存储器(ROM)802中的程序或者从存储部分808加载到随机访问存储器(RAM)803中的程序而执行上述附图所示的实施方式中的各种处理。在RAM803中，还存储有系统800操作所需的各种程序和数据。处理单元 801、ROM802以及RAM803通过总线804彼此相连。输入/输出(I/O) 接口805也连接至总线804。
以下部件连接至I/O接口805：包括键盘、鼠标等的输入部分806；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分807；包括硬盘等的存储部分808；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分809。通信部分809经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器810也根据需要连接至I/O接口805。可拆卸介质 811，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器810上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分 808。其中，所述处理单元801可实现为CPU、GPU、TPU、FPGA、NPU 等处理单元。
特别地，根据本公开的实施方式，上文参考附图描述的方法可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施方式包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在及其可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行附图中的方法的程序代码。在这样的实施方式中，该计算机程序可以通过通信部分809从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质811 被安装。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施方式的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，路程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本公开实施方式中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。
作为另一方面，本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施方式中所述节点中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，所述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本公开的方法。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (11)

1.一种可行域确定方法，包括：
计算特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域；
计算所述特定范围内的上行非正交多址系统的信干噪比的第二可行域；
确定所述第一可行域和所述第二可行域间的等同关系；
确定特定信干噪比与所述第一可行域和/或所述第二可行域间的包含关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述特定范围包括：多个无线通信小区覆盖的范围。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述计算特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：
确定串行干扰消除的解码顺序，获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述确定串行干扰消除的解码顺序，获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：
通过PF定理，数学归纳法，Helly’s定理中的至少一个确定所述串行干扰消除的解码顺序；
通过终端相关矩阵构建的方阵获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述确定串行干扰消除的解码顺序，获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：
确定串行干扰消除的解码顺序，通过交替更新方法获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述确定串行干扰消除的解码顺序，通过交替更新方法获得所述特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域包括：
获取信干噪比空间的给定方向，初始化任意串行干扰消除的解码顺序和发射功率；
通过迭代，固定上次迭代的串行干扰消除的解码顺序，根据分布式功率控制方法获取本次最优发射功率和在所述信干噪比空间中本次所述给定方向上信干噪比特定点和原点之间的距离的最优值，并获取所述本次最优发射功率下的本次迭代的串行干扰消除的解码顺序；
获取收敛后的最优发射功率，收敛后的在所述信干噪比空间中所述给定方向上信干噪比特定点和原点之间的距离，和收敛后的最优发射功率条件下的信干噪比上边界。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述分布式功率控制方法包括：
获取初始化的串行干扰消除的解码顺序和初始化的终端发射功率；
获取系数矩阵；
通过迭代方式，对小区中的所有终端，基于系数矩阵和所述初始化的终端发射功率计算干扰功率，计算在所述信干噪比空间中给定方向上信干噪比特定点和原点间的距离和终端的发射功率；
获取收敛后的所述在所述信干噪比空间中给定方向上信干噪比特定点和原点间的距离和所述终端的发射功率。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述确定特定信干噪比与所述第一可行域和/或所述第二可行域间的包含关系包括：
获取特定信干噪比；
将信干噪比空间中的给定方向设置为所述特定信干噪比；
通过所述交替更新方法获取在所述信干噪比空间中的所述给定方向上第一信干噪比特定点和原点之间的距离；
根据所述第一信干噪比特定点和原点之间的距离和预设的阈值之间的比较，确定所述特定信干噪比与所述第一可行域间的包含关系。
9.一种可行域确定装置，包括：
第一可行域计算模块，被配置为计算特定范围内的下行非正交多址系统的信干噪比的第一可行域；
第二可行域计算模块，被配置为计算所述特定范围内的上行非正交多址系统的信干噪比的第二可行域；
等同关系确定模块，被配置为确定所述第一可行域和所述第二可行域间的等同关系；
包含关系确定模块，被配置为确定特定信干噪比与所述第一可行域和/或所述第二可行域间的包含关系。
10.一种电子设备，包括存储器和处理器；其中，
所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现如权利要求1-8任一项所述的方法。
11.一种可读存储介质，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述的方法。
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