[發(fā)明專利]多用戶MIMO-NOMA系統(tǒng)下行鏈路的用戶分簇方法

有效

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• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111132264B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田紅心;張晶
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04W40/32
• 分類號: H04W40/32;H04B7/0452
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發(fā)明公開了一種多用戶多輸入多輸出?非正交多址接入MIMO?NOMA系統(tǒng)下行鏈路的用戶分簇方法，主要解決現(xiàn)有分簇算法由于沒有綜合考慮信道增益差和空間相關(guān)度導(dǎo)致用戶公平性較低的問題。其實(shí)現(xiàn)方案是：1)基站端基于信道信息計(jì)算信道增益差和空間相關(guān)度，獲得優(yōu)先級矩陣；2)根據(jù)信道優(yōu)先級矩陣完成基于雙向優(yōu)先選擇的用戶分簇；3)對已完成的用戶簇進(jìn)行最小數(shù)據(jù)速率門限值比較操作，若滿足最小數(shù)據(jù)速率門限值約束則繼續(xù)實(shí)現(xiàn)基于雙向優(yōu)先選擇的用戶分簇，否則，對所有剩余用戶完成窮舉搜索。本發(fā)明具有兼顧用戶公平性和系統(tǒng)吞吐量的優(yōu)點(diǎn)，可用于多用戶多輸入多輸出?非正交多址接入MIMO?NOMA系統(tǒng)下行鏈路的用戶分簇操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種下行鏈路的用戶分簇方法，可用于多用戶多輸入多輸出-非正交多址接入MIMO-NOMA系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)量的飛速增長，新的多址接入技術(shù)需要滿足5G移動(dòng)通信對高頻譜效率和海量接入的需求。近年來，非正交多址接入NOMA技術(shù)由于其高性能而備受關(guān)注，并成為5G非正交多址接入技術(shù)中最有希望的候選者之一。與正交多址接入OMA技術(shù)不同，NOMA允許多個(gè)用戶通過使用不同的功率來共享時(shí)頻域資源。NOMA技術(shù)在發(fā)送端采用功率復(fù)用技術(shù)，主動(dòng)引入干擾，根據(jù)遠(yuǎn)近效應(yīng)，信道條件較差的用戶分配較大功率，信道條件較好的用戶分配較小功率，以提高系統(tǒng)性能和用戶公平性。接收端采用串行干擾消除SIC技術(shù)，通過逐級干擾消除策略，對接收信號中的其他用戶信息逐個(gè)進(jìn)行判決，逐級消除對其他信號造成的多址干擾，直到消除所有的多址干擾，得到用戶信號。為了保證用戶公平性，SIC接收機(jī)按照用戶功率從大到小進(jìn)行解調(diào)，先解調(diào)出信道條件較差的用戶，再解調(diào)信道條件較好的用戶，因此發(fā)射端為信道條件相對較差的用戶分配較高功率，為信道條件相對較好的用戶分配較低功率。

非正交多址接入NOMA技術(shù)和多輸入多輸出MIMO技術(shù)作為5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)，可以提高系統(tǒng)吞吐量和頻譜效率。MIMO-NOMA技術(shù)是將MIMO技術(shù)和NOMA技術(shù)相結(jié)合，MIMO-NOMA系統(tǒng)采用了MIMO-NOMA技術(shù)。MIMO-NOMA系統(tǒng)發(fā)射端的技術(shù)有用戶分簇、功率分配、波束賦性，接收端的技術(shù)有SIC技術(shù)、用戶檢測技術(shù)。MIMO-NOMA系統(tǒng)中，每個(gè)波束上采用NOMA機(jī)制，同一波束上的用戶復(fù)用相同的時(shí)頻資源并通過功率域區(qū)分，不同波束間通過波束賦性擴(kuò)展空間與資源。MIMO-NOMA系統(tǒng)通過擴(kuò)展空域和功率域的資源，在頻譜效率和系統(tǒng)容量上有所提升，能夠更好地滿足5G通信的需求。但是MIMO-NOMA系統(tǒng)由于功率域的多用戶復(fù)用，也帶來了額外的干擾，包括簇內(nèi)干擾和簇間干擾。簇內(nèi)干擾大小與信道增益差參數(shù)有關(guān)，使用相同時(shí)頻資源的用戶信道增益差越大，簇間干擾越小。簇間干擾與空間相關(guān)度相關(guān)，功率域復(fù)用用戶與簇內(nèi)強(qiáng)用戶的空間相關(guān)度越大，信道條件越相似，簇間干擾越小。

NOMA系統(tǒng)中的用戶分簇算法有窮舉搜索算法，隨機(jī)用戶分簇算法，基于信道增益差的用戶分簇算法，基于信道增益差的交叉用戶分簇算法，混合用戶分簇算法等。MIMO-NOMA系統(tǒng)的用戶分簇算法有基于信道信息的用戶分簇算法。

窮舉搜索算法，是通過遍歷所有可能的分簇結(jié)果，選擇最優(yōu)的分簇方案，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的分簇方案，性能最佳。但由于計(jì)算復(fù)雜度太高，在實(shí)際生產(chǎn)中可行性較低。

隨機(jī)用戶分簇算法，是在候選用戶集合中隨機(jī)選擇兩個(gè)用戶進(jìn)行配對，優(yōu)點(diǎn)是算法簡單。但由于沒有考慮用戶信道信息，系統(tǒng)吞吐量較差。

基于信道增益差的用戶分簇算法，是將候選用戶分為兩組即信道條件較好用戶集合和信道條件較差用戶集合，對信道條件最好和信道條件最差用戶進(jìn)行配對，其優(yōu)點(diǎn)是算法思路簡單清晰，切實(shí)可行。但該算法越到后面分簇簇內(nèi)用戶信道增益差越小，后分簇用戶的性能較差，且在MIMO-NOMA系統(tǒng)中由于沒有充分考慮到空間相關(guān)度這一因素會(huì)導(dǎo)致簇間干擾較大，后分簇用戶的系統(tǒng)吞吐量較差，且沒有考慮用戶公平性問題。