CN114390658A - 非正交多重接取系统中的功率分配方法及基站 - Google Patents
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Abstract
本公开提出一种非正交多重接取系统中的功率分配方法,适用于一基站。所述方法包括下列步骤:自第一用户设备接收第一通道估测误差参数,并自第二用户设备接收第二通道估测误差参数;配置前述第一用户设备的第一最低传输率需求与前述第二用户设备的第二最低传输率需求;依据前述第一通道估测误差参数、前述第二通道估测误差参数、前述第一最低传输率需求与前述第二最低传输率需求决定一功率分配因子;以及依据前述功率分配因子决定前述第一用户设备的第一传输功率与前述第二用户设备的第二传输功率。
Description
技术领域
本揭露涉及一种非正交多重接取系统,尤其涉及一种非正交多重接取系统中的功率分配方法及使用所述方法的基站。
背景技术
大多数现存的无线通信系统采用正交多重接取(orthogonal multiple access,OMA)技术,例如分时多重接取、分频多重接取及分码多重接取,以避免或减轻不同用户信号的相互干扰,达到良好的传输效能。然而,随着网络服务与应用的日渐普及,未来对无线通信的系统容量要求会越来越高,因此,有必要持续改善无线通信的多重接取技术。近年来,非正交多重接取(non-orthogonal multiple access,NOMA)技术日渐受到重视,因为此种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。
在NOMA系统中,用户多任务可以在功率域中进行,亦即通过用户间合适的功率分配将多个用户的信息叠加起来,以让多个用户分享相同的信道资源(例如相同时间和频段),进行信息传送。此种功率域NOMA传输技术虽然会造成不同用户信号的相互干扰,但可在接收端利用连续性干扰消除(successive interference cancellation,SIC)技术以检测出正确的用户信号。
关于功率域,NOMA系统的设计上尚有许多值得探讨的问题,例如,用户功率分配会直接影响系统效能,必须进一步改良。由于现有的功率分配方法大多是在完美通道估测的假设下发展,而实际环境的通道估测结果则通常是不完美的,所以,如何针对非完美通道估测的实际情况,为NOMA系统提出具有高效率与高效能的功率分配算法,为本领域技术人员所关心的议题之一。
发明内容
本揭露是提供一种非正交多重接取系统中的功率分配方法及其基站,所述方法通过让基站依据用户装置回传的信道估测误差决定功率分配因子,而可于非完美通道估测的实际环境中具备更佳的系统效能。
根据本发明的实施例,本揭露所提供的非正交多重接取系统中的功率分配方法适用于一基站,并包括下列步骤:自第一用户设备接收第一通道估测误差参数,并自第二用户设备接收第二通道估测误差参数;配置前述第一用户设备的第一最低传输率需求与前述第二用户设备的第二最低传输率需求;依据前述第一通道估测误差参数、前述第二通道估测误差参数、前述第一最低传输率需求与前述第二最低传输率需求、决定一功率分配因子;以及依据前述功率分配因子决定前述第一用户设备的第一传输功率与前述第二用户设备的第二传输功率。
根据本发明的实施例,本揭露所提供的基站适用于服务一非正交多重接取系统中的第一用户设备与第二用户设备,并包括收发电路、存储电路及处理器。该收发电路用以传送信息给前述第一用户设备与前述第二用户设备,该存储电路存储多个模块,而该处理器则耦接该存储电路和该收发电路,并经配置以存取前述模块和执行以下步骤:自第一用户设备接收第一通道估测误差参数,并自第二用户设备接收第二通道估测误差参数;配置前述第一用户设备的第一最低传输率需求与前述第二用户设备的第二最低传输率需求;依据前述第一通道估测误差参数、前述第二通道估测误差参数、前述第一最低传输率需求与前述第二最低传输率需求决定一功率分配因子;以及依据前述功率分配因子决定前述第一用户设备的第一传输功率与前述第二用户设备的第二传输功率。
基于上述,于本发明的实施例中,在非完美通道估测的环境下,第一用户设备与第二用户设备在进行通道估测之后各自回报第一通道估测误差参数与第二通道估测误差参数,而基站则可依据该第一通道估测误差参数与该第二通道估测误差参数决定功率分配因子,并依据功率分配因子来分配传输功率。藉此,本发明可有效改善NOMA系统于非完美信道估测环境中的效能,并确保第一用户设备与第二用户设备于非完美通道估测环境中的最低传输率需求。
为让本揭露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是依据本发明一实施例所示出的NOMA系统示意图;
图2是依据本发明一实施例所示出的基站的方块图;
图3是依据本发明一实施例所示出的功率分配方法的第一流程图;
图4是依据本发明一实施例所示出的功率分配方法的第二流程图。
附图标记说明
100:NOMA系统;
110:基站;
121:第一用户设备;
122:第二用户设备;
130:涵盖范围;
141、142、143:区块;
210:收发器;
220:存储电路;
230:处理电路;
S301~S309、S401~S404:步骤。
具体实施方式
现将详细地参考本揭露的示范性实施例,示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能,相同组件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
请参照图1,其是依据本发明一实施例示出的NOMA系统示意图。在本实施例中,NOMA系统100包括基站110、第一用户设备121,以及第二用户设备122。第一用户设备121与第二用户设备122位于基站110的涵盖范围130内,以由基站110所服务。于此,第一用户设备121(即强用户)具有较大的通道增益,而第二用户设备122(即弱用户)具有较小的通道增益。
第一用户设备121与第二用户设备122例如可实现为(但不限于)移动站、先进移动站(advanced mobile station,AMS)、服务器、客户端、台式计算机、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(tabletpersonal computer,tablet PC)、扫描仪、电话装置、寻呼机、相机、电视、掌上型视频游戏设备、音乐装置、无线传感器等等,本发明并未对此有所限制。
基站110可包含(但不限于),例如,gNB、eNB、家用eNB(Home eNB)、高级基站(advanced base station,ABS)、基站收发系统(base transceiver system,BTS)、接取点、本籍基站(home BS)、中继器、中间节点、中间设备以和/或者基于卫星的通讯基站,但本发明的可实施方式并不限于此。
请参照图2,其是依据本发明一实施例所示出的基站的方块图。在本实施例中,基站110可至少包含(但不限于)收发器210、存储电路220及处理器230。收发器210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、低噪音放大、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媒体元素(但本发明并不限于此),以为基站110提供无线传送/接收功能给第一用户设备121与第二用户设备122。存储电路220例如是内存、硬盘、或任何其它用以存储数据的组件,并可经配置以记录多个程序代码或模块。
处理器230耦接收发器210及存储电路220,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核心的微处理器、控制器、微控制器、特殊应用集成电路(applicationspecific integrated circuit,ASIC)、场可程序门阵列电路(field programmable gatearray,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(advancedRISC machine,ARM)的处理器以及类似品。
在本实施例中,处理器230可存取并执行存储电路220中的模块以执行本发明提出的功率分配方法,对应的细节说明如下。为了清楚说明本发明原理,以下将先以第一用户设备121与第二用户设备122经由单输入单输出(SISO)信道与基站110进行通讯为范例进行说明。
回到图1,在NOMA系统100中,为了能够在接收端(即,第一用户设备121与第二用户设备122)正确地解调出基站110传送的信号,基站110可进行功率分配,其中为弱用户的信号配置较多的传输功率,而为强用户的信号配置较少的传输功率。更具体而言,基站110可在对欲传送予第一用户设备121与第二用户设备122的复数信号s1、s2个别分配第一传输功率P1与第二传输功率P2之后予以叠加,并将叠加后的复数信号x传送至第一用户设备121与第二用户设备122。在本实施例中,所述叠加后的传送复数信号x可表征为式(1):
其中,在假设第一用户设备121的通道增益大于第二用户设备122的通道增益的情况下,第一传输功率P1必须小于第二传输功率P2,而且第一传输功率P1与第二传输功率P2的和等于NOMA系统100的总传输功率PT。
在本实施例中,基站110和第一用户设备121之间的真实复数通道衰减系数表征为h1,且基站110和第二用户设备122之间的真实复数通道衰减系数表征为h2。相应地,第一用户设备121与基站110之间的通道增益可表征为|h1|2,而第二用户设备122与基站110之间的通道增益可表征为|h2|2。基此,第一用户设备121与第二用户设备122接收的复数信号y1和y2则可分别表示为式(2)和(3):
其中,v1与v2为复数加性高斯白噪声(additive white Gaussian noise,AWGN),且对应的平均值和变异数分别假设为0和N0,1以及0和N0,2,亦即v1与v2分别可表征为CN(0,N0,1)与CN(0,N0,2);于此,假设N0,1=N0,2=N0。
于本实施例中,考虑到非完美通道估测的发生,式(2)和(3)可表征为式(4)和(5):
其中,第一用户设备121进行信道估测而获取的通道衰减系数估测值表征为对应的通道估测误差(channel estimation error)表征为Δh1,第二用户设备122进行信道估测而获取的通道衰减系数估测值表征为对应的通道估测误差表征为Δh2,而Δh1与Δh2的平均值和变异数分别假设为0和以及0和且分别可表征为与在此,与是第一用户设备121与第二用户设备122各自进行信道估测而可自行获取的信道估测误差统计信息,亦即信道估测的均方误差(mean-squared error,MSE),其值反应信道估测的质量。
依据NOMA的原则,具有较大信道增益的强用户应相应地被分配较小的传输功率。在此情况下,第一用户设备121则可通过SIC技术将基于信号s2的干扰移除(例如,图1的区块141),然后直接译码出自己的信号s1(例如,图1的区块142)。另一方面,对于具较小信道增益的弱用户而言,由强用户的信号所产生的干扰可被视为是噪声,而第二用户设备122可直接译码出自己的信号(例如,图1的区块143)。
在非完美信道估测的条件中成功译码出信号s1和s2的情况下,第一用户设备121与第二用户设备122的信道容量下界值(capacity lower bound)可分别表示为式(6)和(7):
其中N0为AWGN的噪声功率。需说明的是,当第一用户设备121使用通道衰减系数估测值来进行SIC程序时,式(4)中的无法被完整移除,因此第一用户设备121的信道容量下界值Clower,1可表示为式(6);另一方面,式(5)中基于通道估测误差而产生的可视为额外的干扰,因此第二用户设122的信道容量下界值Clower,2可表示为式(7)。
依据式(6)和式(7),显示出第一用户设备121与第二用户设备122的信道容量下界值Clower,1、Clower,2分别与第一传输功率P1与第二传输功率P2有关。也就是说,对于信号s1、s2的功率分配将会直接影响第一用户设备121与第二用户设备122的信道容量下界值Clower,1、Clower,2。需说明的是,通道估测误差的存在,使得信道容量难以精确表示,因此后续推导将依据本实施例所定义的信道容量下界值进行。
在本实施例中,考虑到第一用户设备121与第二用户设备122的服务质量(qualityof service,QoS),另定义了最低传输率需求;具体而言,基站110针对第一用户设备121配置第一最低传输率需求并针对第一用户设备121配置第二最低传输率需求因此,下列三种情况皆有可能发生系统中断(system outage):(一)第一用户设备121可成功译码别人的信号s2的数据传输率小于第二最低传输率需求此一情况将造成基于信号s2的干扰无法顺利经由SIC过程移除,进而降低第一用户设备121可成功译码自己的信号s1的机率与数据传输率;(二)第一用户设备121可成功译码自己的信号s1的数据传输率小于第一最低传输率需求(三)第二用户设备122可成功译码自己的信号s2的数据传输率小于第二最低传输率需求
在有通道估测误差的情况下,精确的系统中断机率是无法获取的,因此本发明实施例将NOMA系统中各用户设备对应的信道容量下界值当作可成功译码自己或别人的信号的数据传输率下界值,并基于满足根据第一最低传输率需求(单位:bps/Hz)与第二最低传输率需求(单位:bps/Hz)而设置的多个限制条件来决定系统中断机率的上界值(system outage probability upper bound)。详细而言,令Ri,j代表第i用户设备可成功解码第j用户设备的信号的数据传输率下界值,则用以决定系统中断机率的上界值的所述限制条件可分别表征为式(8)至式(10):
其中,式(8)代表第一用户设备121可成功译码别人的信号s2的数据传输率下界值R1,2大于等于第二最低传输率需求式(9)代表第一用户设备121可成功译码自己的信号s1的数据传输率下界值R1,1大于等于第一最低传输率需求式(10)代表第二用户设备122可成功译码自己的信号s2的数据传输率下界值R2,2大于等于第二最低传输率需求
根据上述,系统中断机率的上界值Pupper可表征为式(11):
于是,在总传输功率为PT的情况下,将系统中断机率的上界值Pupper最小化的优化问题可表征为:
受限于(subject to)P1+P2=PT 式(12b)
P1>0,P2>0,P2>P1 式(12c)
在以上的优化问题中,式(12a)代表需找出让系统中断机率的上界值Pupper为最小值的第一传输功率P1与第二传输功率P2,式(12b)代表第一传输功率P1与第二传输功率P2的总和需符合总系统功率PT,而式(12c)代表在NOMA原则中,分配予弱用户的传输功率必须大于强用户的传输功率。
于此,对于第一用户设备121与第二用户设备122而言,可定义一功率分配因子(以α表示),而分配给第一用户设备121的第一传输功率可表示为P1=αPT,分配给第二用户设备122的第二传输功率可表示为P2=PT-P1。在此情况下,上述优化问题可重新表示为:
受限于P1+P2=PT 式(13b)
0<α<1/2 式(13c)
为了解决式(13a)至(13c)的优化问题,假设通道衰减系数估测值为一复数高斯随机变数,且其平均值和变异数分别为0和亦即可表征为相似地,假设通道衰减系数估测值为一复数高斯随机变数,且其平均值和变异数分别为0及亦即可表征为在此情况下,式(11)中的可表征为式(14):
于式(14)中,在α≤0或(1-α-αφ2)≤0的情况下,因其违反NOMA的操作策略。当0<α<1/(1+φ2),由于与彼此独立,所以式(14)可表征为Q1Q2,其中Q2可表征为式(15);在同时满足式(16)的情况下,Q1可表征为式(17),而在同时满足式(18)的情况下,Q1可表征为式(19)。
φ1/(φ1+φ2+φ1φ2)<α<1/(1+φ2) 式(16)
0<α<φ1/(φ1+φ2+φ1φ2) 式(18)
在获取Q1与Q2的情况下,式(11)可表征为Pupper=1-Q1Q2,这意谓最小化Pupper的优化问题等同于最大化Q1Q2。基此,定义f(α)=Q1Q2,并将最小化Pupper的优化问题等同于最大化f(α)的问题如下:
受限于P1+P2=PT 式(20b)
0<α<1/2 式(20c)
于式(17)中,当φ1/(φ1+φ2+φ1φ2)<α<1/(1+φ2),Q1为严格递减函数。于式(19)中,当0<α<φ1/(φ1+φ2+φ1φ2),Q1为严格递增函数。于式(15)中,当0<α<1/(1+φ2),Q2为严格递减函数。由此可知,f(α)的最大值发生于0<α<φ1/(φ1+φ2+φ1φ2)。
基于前述说明,f(α)可表征为式(21)
其中,为了确保φ1和φ2的设定须满足(φ1/(1+φ1))≤φ2。此一最佳功率分配因子可使系统中断机率的上界值Pupper最小化,并确保第一用户设备121与第二用户设备122各自享有最低传输率;基站110可先依据式(22)来进行功率分配,以与第一用户设备121与第二用户设备122进行NOMA传输。
此外,对于第一用户设备121与第二用户设备122而言,可定义正规化的通道估测均方误差(normalized MSE),其可分别表示为与于实际应用中,假设第一用户设备121与第二用户设备122的信道估计质量接近,亦即会彼此近似。在此情况下,式(22)中的可由取而代之。因此,在基站110不知道信道衰减系数估测值的变异数的情况下,基站110可依据式(23)中的最佳功率分配因子的近似解来进行功率分配,以与第一用户设备121与第二用户设备122进行NOMA传输。
其中(φ1/(1+φ1))≤φ2。
基此,于一实施例中,在第一用户设备121与第二用户设备122各自进行通道估测之后,第一用户设备121与第二用户设备122各自可产生信道估测信息。通过将信道估测信息回报给基站110,基站110可基于式(22)或式(23)直接决定功率分配因子,并进而决定第一用户设备121的第一传输功率与第二用户设备122的第二传输功率。基于前述的说明可知,由式(22)或式(23)所产生的功率分配因子可让系统中断机率的上界值Pupper最小化(或近似最小化),并确保第一用户设备121与第二用户设备122各自享有最低传输率。
应了解的是,先前实施例是假设基站110与第一用户设备121以及第二用户设备122之间的通道为单输入单输出(SISO)的实施方式,但在其他实施例中,本发明提出的方法还可延伸至多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)的实施方式。具体而言,于一实施例中,基站110可与第一用户设备121以及第二用户设备122经由多输入多输出(MIMO)信道来进行通讯。于此,假设基站110具有MT个传送天线,而第一用户设备121与第二用户设备122各自具有MR个接收天线,且MT与MR之间的较小值表征为Mmin。
在本实施例中,基站110与第一用户设备121与第二用户设备122之间的真实通道矩阵分别表征为MR×MT的复数矩阵H1与H2,且弗罗贝尼乌斯范数(Frobenius norm)与分别代表对应的MIMO通道增益。在 的假设情况下,基站110可在对欲传送予第一用户设备121与第二用户设备122的MT×1复数向量信号s1、s2个别分配第一传输功率P1与第二传输功率P2之后予以叠加,并将叠加后的MT×1复数向量信号x传送至第一用户设备121与第二用户设备122,其中第一传输功率P1小于第二传输功率P2,第一传输功率P1与第二传输功率P2的总和等于NOMA系统100的总传输功率PT。在均匀分配第一传输功率P1与第二传输功率P2给MT个传送天线的情况下,所述叠加后的传送复数向量信号x可表征为式(24):
于此,对于第一用户设备121与第二用户设备122而言,可定义一功率分配因子(以α表示),而分配给第一用户设备121的第一传输功率可表示为P1=αPT,分配给第二用户设备122的第二传输功率可表示为P2=PT-P1。
对应地,在非完美通道估测的情境中,第一用户设备121与第二用户设备122接收的MT×1复数向量信号y1和y2可分别表示为式(25)和(26):
其中,v1与v2为复数高斯噪声向量,且噪声向量内各元素为独立同分布,且平均值和变异数分别假设为0和N0,亦即各噪声向量的每一元素可表征为CN(0,N0);第一用户设备121进行信道估测而获取的通道衰减系数矩阵估测结果表征为矩阵对应的通道估测误差矩阵(channel estimation error matrix)表征为ΔH1,第二用户设备122进行信道估测而获取的通道衰减系数矩阵估测结果表征为对应的通道估测误差矩阵表征为ΔH2,且ΔH1和ΔH2皆为MR×MT的复数矩阵。
在本实施例中,各元素假设为复数高斯独立同分布,并可表征为 各元素假设为复数高斯独立同分布,并可表征为ΔH1各元素假设为复数高斯独立同分布,并可表征为ΔH2各元素假设为复数高斯独立同分布,并可表征为需说明的是,和分别为第一用户设备121和第二用户设备122进行信道估测而获取的通道矩阵估测结果和中各元素估测值的变异数,而和则分别为真实通道矩阵H1和H2中各元素对应的信道估测的均方误差,其值反应信道估测的质量。
在此情况下,在非完美通道估测的条件中成功译码出信号s1和s2的情况下,第一用户设备121与第二用户设备122的信道容量下界值可分别表示为式(27)与(28):
具体而言,通过奇异值分解(singular value decomposition,SVD),MR×MT个MIMO信道可视为Mmin组多个平行SISO子信道的组合。此外,在MIMO的环境中,基站110与第一用户设备121和第二用户设备122之间的通道矩阵估测结果分别为和而通道矩阵(n=1,2)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,通道矩阵的有效通道增益即为各个奇异值的平方的总和,而其可通过计算通道矩阵的弗罗贝尼乌斯范数而得。于是,中各SISO子信道的平均有效信道增益可为而式(27)与(28)分别可近似简化为式(29)与(30):
基于相似于前述SISO实施方式中的假设与推导原理,在MIMO的环境中,通过最小化系统中断机率的上界值,可获取最佳功率分配因子。当基站110通过MIMO信道与第一用户设备121和第二用户设备122进行通讯,对应的最佳功率分配因子可表征为式(31):
基此,于一实施例中,当第一用户设备121与第二用户设备122通过MIMO信道与基站110通讯,基站110可基于式(31)或式(32)直接决定功率分配因子,并进而决定第一用户设备121的第一传输功率与第二用户设备122的第二传输功率。
有鉴于此,本发明实施例提出一种NOMA系统100中的功率分配方法,其可让基站110在面对第一用户设备121与第二用户设备122时,有效率地决定功率分配因子来进行功率分配,藉以提升NOMA系统100于非完美信道估测环境中的效能,详细说明如下。
请参照图3,其是依据本发明一实施例所示出的功率分配方法的流程图。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3所示的各步骤细节。
概略而言,于一实施例中,在NOMA系统100的下行链路传输中,基站110可依据非完美信道估测信息来进行功率分配,而达到更佳的效能。基此,在图3所示的实施例中,于步骤S301与步骤S302,基站110发送参考信号(reference signal,RS)至第一用户设备121以及第二用户设备122。接着,于步骤S303,第一用户设备121可依据参考信号进行信道估测,并获取非完美信道估测信息。于步骤S304,第二用户设备122可依据参考信号进行信道估测,并获取非完美信道估测信息。举例而言,第一用户设备121和第二用户设备122可通过最小平方差估测法(least-squares,LS)、最小均方差估测法(minimum mean-squared error,MMSE)或其他算法来进行信道估测。
于步骤S305,第一用户设备121可回报非完美信道估测信息给基站110。同理,于步骤S306,第二用户设备122可回报非完美信道估测信息给基站110。于一实施例中,第一用户设备121与第二用户设备122可通过实体上传控制信道(PUCCH)或实体上传分享信道(PUSCH)回报非完美信道估测信息。非完美信道估测信息可视为一种信道状态信息(CSI)且包括通道估测误差参数。于一实施例中,第一用户设备121与第二用户设备122可分别回报其通道估测的MSE。
于步骤S307,在第一用户设备121的第一最低传输率需求与第二用户设备122的第二最低传输率需求已经配置的情况下,基站110可依据第一用户设备121与第二用户设备122所回报的非完美信道估测信息来决定功率分配因子,以决定第一用户设备121的第一传输功率与第二用户设备122的第二传输功率。于一实施例中,基站110依据非完美信道估测信息中的信道估测的MSE来决定功率分配因子,再于步骤S308,依据第一用户设备121的第一传输功率与第二用户设备122的第二传输功率产生叠加信号,然后于步骤S309,将叠加信号发送给第一用户设备122与第一用户设备122,以进行NOMA传输。
请参照图4,其是依据本发明的一实施例示出的功率分配方法。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、图2所示的内容说明图4所示的各步骤细节。
于步骤S401,处理器230通过收发器210自第一用户设备121接收第一通道估测误差参数,并自第二用户设备122接收第二通道估测误差参数。于一实施例中,所述第一通道估测误差参数与所述第二通道估测误差参数分别为第一用户设备121与第二用户设备122对应的通道估测的均方误差(MSE),并可如前述说明而分别表征为与或与也就是说,第一用户设备121与第二用户设备122在进行通道估测之后,分别回报其通道估测的均方误差给基站110。
此外,于一实施例中,第一用户设备121与第二用户设备122在进行通道估测之后,还可回报其他信道估测结果给基站110。因此,处理器230可通过收发器210自第一用户设备接收第一通道估测参数,并自第二用户设备接收第二通道估测参数。于一实施例中,所述第一通道估测参数与所述第二通道估测参数分别为第一用户设备121与第二用户设备122对应的通道衰减系数估测值的变异数;亦即,所述第一通道估测参数与所述第二通道估测参数可如同前述说明而分别表征为与或与
于步骤S402,处理器230配置第一用户设备121的第一最低传输率需求(单位:bps/Hz)与第二用户设备122的第二最低传输率需求(单位:bps/Hz)。也就是说,基于保证第一用户设备121与第二用户设备122的QoS,基站110将配置第一用户设备121的第一最低传输率需求与第二用户设备122的第二最低传输率需求,其中所述第一最低传输率需求与所述第二最低传输率需求可如同前述说明而分别表征为与其值可以相同或不同,也可以是预先配置或动态配置,且不以此为限。
于步骤S403,处理器230依据第一通道估测误差参数、第二通道估测误差参数、第一最低传输率需求与第二最低传输率需求决定一功率分配因子。于一实施例中,所述功率分配因子是基于最小化系统中断机率的上界值而决定,而系统中断机率的上界值是基于满足根据所述第一最低传输率需求与所述第二最低传输率需求而设置的多个限制条件而决定,其中所述限制条件的满足与否是基于第一用户设备121的信道容量下界值与第二用户设备122的信道容量下界值而判定。基于上述原理与需求,于一实施例中,在通过SISO信道进行通讯的情况下,处理器230可依据式(23)而直接计算出所述功率分配因子其中且在通过MIMO信道进行通讯的情况下,处理器230可依据式(32)而直接计算出所述功率分配因子其中基站具有MT个传送天线,第一用户设备121与第二用户设备122各自具有MR个接收天线,Mmin为MR与MT之间的较小值,且此外,于一实施例中,所述功率分配因子还可依据第一用户设备121回报的第一通道估测参数与第二用户设备122回报的第二通道估测参数而决定。于SISO的通讯环境中,处理器230可依据式(22)而直接计算出所述功率分配因子其中且于MIMO的通讯环境中,处理器230可依据式(31)而直接计算出所述功率分配因子其中基站具有MT个传送天线,第一用户设备121与第二用户设备122各自具有MR个接收天线,Mmin为MT与MR之间的较小值,且综合上述,无论在SISO或MIMO通讯的情况下,处理器230仅需要低计算复杂度即可有效率地决定所述功率分配因子,并提升NOMA系统于非完美信道估测环境中的效能。
于步骤S404,处理器230依据所获得的功率分配因子决定第一用户设备121的第一传输功率与第二用户设备122的第二传输功率。也就是说,处理器230可将所述功率分配因子或乘上总传输功率而获取所述第一传输功率,并将总传输功率减去所述第一传输功率而获取所述第二传输功率。于此,假设第一用户设备121的通道增益大于第二用户设备122的通道增益,因而所述功率分配因子必须大于0且小于1/2。
综上所述,于本发明的实施例中,针对非完美通道估测的实际情况,为NOMA系统提出一种功率分配方法。相较于基于完美通道估测假设的传统功率分配方法,本发明通过依据用户装置所回报的信道估测误差信息决定功率分配因子,可明显提升NOMA系统的效能并更符合现实需求。再者,本发明实施例所提出的功率分配方法可让各用户设备享有基本的最低传输率,并同时最小化NOMA系统的系统中断机率的上界值。另外,通过使用本发明实施例中的公式来决定功率分配因子,可降低计算复杂度并提升效率。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本揭露的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本揭露进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本揭露各实施例技术方案的范围。
Claims (18)
1.一种非正交多重接取系统中的功率分配方法,适用于基站,其特征在于,包括:
自第一用户设备接收第一通道估测误差参数,并自第二用户设备接收第二通道估测误差参数;
配置所述第一用户设备的第一最低传输率需求与所述第二用户设备的第二最低传输率需求;
依据所述第一通道估测误差参数、所述第二通道估测误差参数、所述第一最低传输率需求与所述第二最低传输率需求决定功率分配因子;以及
依据所述功率分配因子决定所述第一用户设备的第一传输功率与所述第二用户设备的第二传输功率。
2.根据权利要求1所述的功率分配方法,其特征在于,所述第一通道估测误差参数与所述第二通道估测误差参数分别为所述第一用户设备与所述第二用户设备对应的通道估测的均方误差。
3.根据权利要求1所述的功率分配方法,其特征在于,所述第一用户设备的通道增益大于所述第二用户设备的通道增益,所述第二传输功率大于所述第一传输功率,其中依据所述功率分配因子决定所述第一用户设备的所述第一传输功率与所述第二用户设备的所述第二传输功率的步骤包括:
将所述功率分配因子乘上总传输功率而获取所述第一传输功率,其中所述功率分配因子大于0且小于1/2;以及
将所述总传输功率减去所述第一传输功率而获取所述第二传输功率。
4.根据权利要求1所述的功率分配方法,其特征在于,所述功率分配因子是基于最小化系统中断机率的上界值而决定,而所述系统中断机率的上界值是基于满足根据所述第一最低传输率需求与所述第二最低传输率需求而设置的多个限制条件而决定。
7.根据权利要求1所述的功率分配方法,其特征在于,所述方法还包括:
自所述第一用户设备接收第一通道估测参数,并自所述第二用户设备接收第二通道估测参数,其中所述第一通道估测参数与所述第二通道估测参数分别为所述第一用户设备与所述第二用户设备对应的通道衰减系数估测值的变异数,且所述功率分配因子更依据所述第一通道估测参数与所述第二通道估测参数而决定。
10.一种基站,适用于服务非正交多重接取系统中的第一用户设备与第二用户设备,其特征在于,所述基站包括:
收发器,用以传送信息给所述第一用户设备与所述第二用户设备;
存储电路,存储多个模块;以及
处理器,耦接所述存储电路和所述收发电路,并经配置以存取所述模块和执行以下步骤:
自所述第一用户设备接收第一通道估测误差参数,并自所述第二用户设备接收第二通道估测误差参数;
配置所述第一用户设备的第一最低传输率需求与所述第二用户设备的第二最低传输率需求;
依据所述第一通道估测误差参数、所述第二通道估测误差参数、所述第一最低传输率需求与所述第二最低传输率需求决定功率分配因子;以及
依据所述功率分配因子决定所述第一用户设备的第一传输功率与所述第二用户设备的第二传输功率。
11.根据权利要求10所述的基站,其特征在于,所述第一通道估测误差参数与所述第二通道估测误差参数分别为所述第一用户设备与所述第二用户设备对应的通道估测的均方误差。
12.根据权利要求10所述的基站,其特征在于,所述第一用户设备的通道增益大于所述第二用户设备的通道增益,所述第二传输功率大于所述第一传输功率,所述处理器经配置以:
将所述功率分配因子乘上总传输功率而获取所述第一传输功率,其中所述功率分配因子大于0且小于1/2;以及
将总传输功率减去所述第一传输功率而获取所述第二传输功率。
13.根据权利要求10所述的基站,其特征在于,所述功率分配因子是基于最小化系统中断机率的上界值而决定,而所述系统中断机率的上界值是基于满足根据所述第一最低传输率需求与所述第二最低传输率需求而设置的多个限制条件而决定。
16.根据权利要求10所述的基站,其特征在于,所述处理器更经配置以:
自所述第一用户设备接收第一通道估测参数,并自所述第二用户设备接收第二通道估测参数,其中所述第一通道估测参数与所述第二通道估测参数分别为所述第一用户设备与所述第二用户设备对应的通道衰减系数估测值的变异数,且所述功率分配因子好依据所述第一通道估测参数与所述第二通道估测参数而决定。
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