[發(fā)明專利]基于NOMA與波束成型的超密集網(wǎng)絡無線資源分配方法

有效

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• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111615202B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設計）人: 張龍;張國斌;趙曉芳;溫嘉英;卓菁;孫恩昌
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W72/10;H04B7/06
• 代理公司: 北京匯彩知識產(chǎn)權代理有限公司 11563
• 代理人: 王敬波

本發(fā)明公開了一種基于NOMA與波束成型的超密集網(wǎng)絡無線資源分配方法，把波束成形和NOMA相結合，配備多天線的基站與多個單天線的用戶設備進行通信，從宏基站到小基站，采用波束形成來提高信號的覆蓋率和信噪比，在小基站向用戶傳輸?shù)倪^程中采用NOMA，將不同的傳輸功率分配給不同的用戶，以適應用戶無法根據(jù)網(wǎng)絡環(huán)境的變化反饋有效的網(wǎng)絡狀態(tài)信息的情況。本發(fā)明不僅有效抑制了簇間干擾和簇內(nèi)用戶干擾，而且在一定程度上保證了用戶之間的公平性，提高了系統(tǒng)的吞吐量性能，公平有效地進行了功率分配，使系統(tǒng)具有高吞吐量、高信號質(zhì)量、高功率效率的優(yōu)點，并且支持大量用戶同時通信，從而大大提高系統(tǒng)性能和頻譜利用率。

技術領域

本發(fā)明涉及一種資源分配方法，特別是一種基于NOMA與波束成型的超密集網(wǎng)絡無線資源分配方法，屬于通信技術領域。

背景技術

第五代移動通信系統(tǒng)(5G)，其理論峰值傳輸速率可達數(shù)十Gbit/s，超過4G系統(tǒng)傳輸速率數(shù)百倍，數(shù)據(jù)流量增加1000倍，其無線覆蓋性能、系統(tǒng)安全性和服務質(zhì)量也將得到顯著提高。為了實現(xiàn)這一目標，除了增加頻譜帶寬和利用先進的無線傳輸技術提高頻譜利用率外，主要采用的方法之一是通過密集化小區(qū)部署以提高空間復用度，構建超密集網(wǎng)絡(UDN)。超密集網(wǎng)絡可使用戶終端在覆蓋區(qū)域內(nèi)獲得更多頻譜，距離各個發(fā)射節(jié)點更近，提升了系統(tǒng)功率效率、頻譜效率，進而提高了系統(tǒng)容量，保證了無線業(yè)務在多種接入技術與異構網(wǎng)絡覆蓋相疊加的場景下負載均衡。另外，超密集網(wǎng)絡的小基站/微小基站主要部署在低發(fā)射功率的熱點區(qū)域，因此，超密集網(wǎng)絡可為5G系統(tǒng)用戶提供較高的吞吐量和較為靈活的接入服務。

然而，隨著小基站/微小基站數(shù)量的增加，部署復雜性增大。由于微小基站的自主性和布設的隨機性，5G系統(tǒng)用戶設備之間會產(chǎn)生較大的頻譜沖突，導致了同層蜂窩小區(qū)之間以及不同層蜂窩小區(qū)之間存在嚴重干擾。開展干擾消除、提高能效的有效辦法則是設計合理的頻譜共享和功率控制機制，實現(xiàn)資源在用戶終端之間及不同蜂窩層次之間的融合共享，從而提高系統(tǒng)容量、用戶服務質(zhì)量和資源利用率。

針對上述問題，現(xiàn)有技術主要采用最優(yōu)化理論、注水算法、SIC檢測器等技術。然而他們?nèi)匀痪哂幸韵氯毕荩?/p>

1)干擾限制：隨著基站密度的增加和用戶與基站之間距離的減小，UDN的簇間干擾強度和干擾基站數(shù)都增加了，這會增加很多額外的開銷和功率消耗，并且由于多個用戶共享一個波束成形向量，因此，總容量易受來自其他波束成形向量的干擾影響，多重干擾下使得以往的資源管理控制方法并不適用。

2)開銷限制：傳統(tǒng)隨機波束成形仍然要求所有用戶向基站發(fā)送信道狀態(tài)信息，這樣就會消耗大量的資源。具有大量用戶的網(wǎng)絡中的系統(tǒng)開銷較大。許多協(xié)議需要發(fā)送端的信道信息狀態(tài)(CSI)，這可能會導致較大的系統(tǒng)開銷。但在NOMA系統(tǒng)中，只使用較少的反饋，在用戶的信道條件下即可構建系統(tǒng)。

3)業(yè)務限制：隨著小區(qū)覆蓋范圍的縮小，用戶之間的行為具有較高的相關性，業(yè)務關聯(lián)問題變得更加復雜。而業(yè)務關聯(lián)技術會直接影響網(wǎng)絡的資源分配方案，從而影響網(wǎng)絡性能。

4)復雜度限制：相對于傳統(tǒng)的SIC接收機，NOMA采用的SIC接收機更加復雜，要求有更高的信號處理能力。其次，基于信號功率的用戶優(yōu)先級決定了最佳的接收效果。而在實際應用中，用戶的功率是在不斷變化的，這就要求不斷地對信號功率進行重新排序，并且每一級處理都會產(chǎn)生一定的時延，而多級處理中產(chǎn)生的時延很大。

總體而言，超密集網(wǎng)絡資源管理機制方面的研究主要集中在密度分析、小區(qū)間協(xié)作、分級資源分配等方面，并未涉及從小區(qū)間到用戶間的系統(tǒng)級方法，以及頻譜分配與功率控制全面結合的資源分配方法。NOMA可應用于具有兩個以上用戶的上行鏈路和下行鏈路。然而，使用疊加編碼和SIC會引起額外的系統(tǒng)復雜性，但同時能夠激勵用戶群集，有效降低系統(tǒng)復雜性。然而，在基于群集的NOMA系統(tǒng)中，確定如何最好地將用戶動態(tài)分配到具有不同大小的動態(tài)數(shù)量的簇非常困難。更重要的是所得到的組合優(yōu)化問題通常求解難度大，并且計算巨大。

發(fā)明內(nèi)容