[發明專利]基于鞅變換模型實現URLLC的免授權NOMA方法

有效

• 申請號: 202010109427.0
• 申請日: 2020-02-22
• 公開（公告）號: CN111313988B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 遲學芬;齊瑞哲;趙琳琳
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H04B17/309
• 分類號: H04B17/309;H04B17/382;H04W24/02;H04W28/02;H04W74/08
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王淑秋

1.一種基于鞅變換模型實現URLLC的免授權NOMA方法，其特征在于包括下述步驟：

步驟1)基于壓縮感知理論估計NOMA系統中活躍終端數g，計算RIP參數λ；若0＜λ＜1，采用基于壓縮感知的MMSE-SIC多用戶信號檢測算法，按照各終端的信干噪比降序排列依次估計信道矩陣，從多終端疊加的信號中求解各終端發射的信號；反之，采用基本的SIC多用戶信號檢測算法，按照各終端的信號功率降序排列依次從疊加的信號中求解各終端發射的信號；

步驟2)所述NOMA系統采用有限塊長的短包傳輸，在NOMA系統聯合考慮MAC層和物理層機制的信干噪比統計特性下分析NOMA免授權接入系統跨層的短包可達傳輸速率；方法如下：

將多終端NOMA系統抽象為干擾圖G＝(V,E)，其中V＝(v₁,v₂,……v₄)表示終端集合，E＝(e₁,e₂,……e₄)表示終端的傳輸鏈路間的干擾關系；令矢量σ^j∈{0,1}^N表示干擾圖G＝(V,E)的網絡傳輸狀態j，j＝1,...,N，N為終端數目，表示矢量σ^j中的第i個元素，即網絡傳輸狀態j下終端i的傳輸狀態；表示網絡傳輸狀態j下終端i向基站傳輸數據；表示網絡傳輸狀態j下終端i未向基站傳輸數據；令表示網絡傳輸狀態j下終端i的信干噪比；對于給定網絡傳輸狀態j，采用順序統計量的概率分析方法求解網絡傳輸狀態j下的終端i的中斷概率結合傳輸狀態σ^j發生的概率求解聯合考慮MAC層和物理層機制的終端i的中斷概率分布Pr{SINR_i}；對于給定傳輸塊大小為l，帶寬為B，誤塊率為ρ_i下，根據式(3)計算終端i可達傳輸速率R_i：

其中SINR_i為終端i發送信號的信干噪比，e表示自然對數的底數，Q^-1(·)表示Q函數；

步驟3)將多終端上行NOMA系統的每個終端從邏輯上看做兩個隊列：終端緩存空隊列和終端緩存非空隊列；基于鞅論，計算各終端緩存非空隊列出現的概率和各終端緩存空隊列、終端緩存非空隊列終端到達的數據包的時延違反概率，以及各終端時延超過時延界的概率；方法如下：

根據式(4)計算終端緩存非空隊列出現的概率δ_i；

其中a_i(t)為終端i在時隙t到達的數據包個數，E[a_i(t)]表示終端i到達包的平均值；s_i(t)為終端i在時隙t服務的數據包個數，E[s_i(t)]表示終端i服務包的平均值；

在終端緩存空隊列情況下，計算在給定的時延界下終端i數據包成功傳輸的概率

其中k_i表示終端i傳輸的數據包需要在時延界要求內成功傳輸的最大時隙數；表示終端i數據包在一個時隙t內成功傳輸的概率；

根據步驟2)中所述的矢量σ^j∈{0,1}^N表示網絡傳輸狀態j，網絡傳輸狀態j出現的概率表示為：

終端i的成功傳輸概率表示為：

根據式(6)計算終端緩存空隊列終端i到達的數據包的時延違反概率

對于每個終端緩存非空隊列，令D_i(t)表示終端i的時延，A_i(t)表示終端i從時隙0到時隙t到達的數據包的數目，S_i(t)表示終端i從時隙0到時隙t成功服務的數據包的數目，根據式(7)計算得到終端i的時延D_i(t)

D_i(t)＝min{n≥0|A_i(t-n)≤S_i(t)} (7)

根據式(8)計算得到終端i的時延D_i(t)超過時延界的概率

其中，為時延界，h_a(a_i(t))是到達過程的相關特性函數，E[h_a(a_i(0))]表示到達過程相關特性函數h_a(a_i(t))在0時隙的期望值，h_s(s_i(t))是服務過程的相關特性函數，E[h_s(s_i(0))]表示服務過程相關特性函數h_s(s_i(t))在0時隙的期望值，

是將到達鞅和服務鞅參數聯系在一起的特殊鞅參量，其定義式為：

其中θ_i為鞅參量，表示到達過程的鞅修正函數，表示服務過程的鞅修正函數；

H_i為閾值，表示瞬時到達數據包大于瞬時服務數據包成立的特性函數h_a(a_i(t))與h_s(s_i(t))乘積的最小值，其定義式為：

H_i:＝min{h_a(a_i(t))h_s(s_i(t)):a_i(t)-s_i(t)＞0,t≥0} (10)

根據式(11)得到終端緩存非空隊列下的時延違反概率

利用全概率公式將終端緩存空隊列和終端緩存非空隊列合并，求得一般情況下的終端i的時延違反概率ε_i；

步驟4)構建多目標優化問題，以系統能源效率最大為優化目標，URLLC時延可靠性要求為約束，URLLC終端發射功率和接入概率為優化變量，求解優化問題最優解，得到URLLC終端的接入概率和發射功率控制的配置方案，方法如下：

令η(Pt,p)表示多用戶NOMA系統的能量效率函數，則

其中Γ_i(Pt,p)為終端i的吞吐量Ω_i(Pt,p)為終端i的平均能耗，Ω_i(Pt,p)＝E[Pt_i]；Pt_i為終端i的發射功率，E[Pt_i]表示終端i發射功率的期望值；Pt＝[Pt₁,...,Pt_i,...,Pt_N]為終端發射功率矢量，p＝[p₁,...,p_i,...,p_N]為終端接入概率矢量，N為終端數目；

令為終端i的時延違反概率要求，w_i表示終端i的平均能耗限制，則優化問題為：

將公式(14)中的約束條件總和表示為Λ(Pt,p)：

Λ(Pt,p)≥0，并且當且僅當Λ(Pt,p)＝0時公式(14)中的所有約束條件都可以滿足；

將有約束條件的單目標優化問題構建為無約束條件的雙目標優化問題：

求解所構建的式(16)優化問題，得到使系統能源效率η(Pt,p)最大的終端發射功率矢量Pt和接入概率矢量p的最優值。