[发明专利]一种应用于NOMA中的用户分组系统

摘要

本发明涉及一种应用于NOMA中的用户分组系统，属于移动通信技术领域。该系统包含以下模块：信道估计模块、信道相似度和增益差计算模块、用户分组模块；信道估计模块用于在用户端估计基站到用户的信道状态，并将所估计的信道状态发送给基站；信道相似度和增益差计算模块用于根据用户端发送给基站的信道状态构建用户信道相似度矩阵和用户信道增益差矩阵；用户分组模块用于根据从信道相似度和增益差计算模块接收的用户信道相似度矩阵和信道增益差矩阵，并以此为依据构建用来表述分组收益的对称矩阵，利用对称矩阵的特点计算得到用户的最佳分组，并将分组结果输出，用于NOMA技术中的功率分配。本发明可以一次性获得所有用户的最优分组结果，能够很好的解决现有技术中存在的问题。

主权项

1.一种应用于NOMA中的用户分组系统，其特征在于：该系统包含以下三个模块：信道估计模块、信道相似度和增益差计算模块、用户分组模块；所述信道估计模块主要用于在用户端估计基站到用户的信道状态，并将所估计的信道状态发送给基站；所述信道相似度和增益差计算模块主要用于根据用户端发送给基站的信道状态构建用户信道相似度矩阵和用户信道增益差矩阵；用户分组模块主要用于根据从信道相似度和增益差计算模块接收的用户信道相似度矩阵和信道增益差矩阵，并以此为依据构建用来表述分组收益的对称矩阵，利用对称矩阵的特点计算得到用户的最佳分组，并将分组结果输出，用于NOMA技术中的功率分配；在本系统中，信道相似度和增益差计算模块的工作模式为：基站端接收信道估计模块所发送信息，读取各个用户信道的信道状态，构建信道模型，对于单天线，有其中h表示下行信道，c为天线远场参考距离处的路径损耗，d表示基站到移动台的距离，表示阴影衰落值，m表示莱斯因子，θ表示小尺度中莱斯信道所引起的相位变化，表示莱斯衰落，z表示瑞利衰落的自然变量取值，根据通信用户所在环境一般取值为0‑50，表示瑞利衰落；因此对于多天线，有可以通过用户信道相似度公式用户信道增益差公式对用户相似度和增益差进行计算，通过计算可得不同用户信道相似度和信道增益差，所得结果进行处理后可以提取并表示为用户信道相似度矩阵和用户信道增益差矩阵，将所得用户信道相似度矩阵和用户信道增益差矩阵发送给用户分组模块；其中n表示用户总数，i、j分别表示第i、j个用户，h_i表示用户i的下行信道，d_i表示基站到第i个用户移动台的距离，θ_i表示小尺度中莱斯用户i的信道所引起的相位变化；在本系统中，用户分组模块的工作模式为：对用户信道相似度矩阵和用户信道增益差矩阵进行线性合成，所得矩阵为对称矩阵，利用该矩阵对称性特点，某一行最小元素同为其对应相等元素所在列的最小元素，若某行最小元素同为其对称元素所在行元素，则提取该元素对应的用户编号并将其分为同组用户；利用该矩阵是对称矩阵的特点，利用所设计的分组计算方法对用户进行分组，可以一次性获得所有用户最优分组，并将用户分组结果输出以便NOMA技术中进行功率分配；基于该系统的用户分组方法具体包括以下步骤：S1：用户接收到基站广播同步信号，根据同步信号的功率估计信道状态：用户信号的衰减值αdB，环境衰落值βdB，将信道估计的计算结果构建信道状态信息发送给基站；S2：基站接收到用户发送的信道状态信息后，读取其中值并存入缓存，在接收周期t到达时，读取缓存中所存储的第一个用户信道状态信息，依次读取所存储的第一个到最后一个信道状态信息，带入公式其中||h||表示h的转置矩阵与矩阵h的积的最大特征根的平方根值，是指空间上两个向量矩阵的直线距离；得到的值作为第一个用户与该用户和其他用户的相似度，依次存入矩阵[γ_ij]中，作为该矩阵的第一行；依次对其他信道状态信息做上述操作，所得结果存入矩阵[γ_ij]所对应的行，直到该矩阵的行列数量相等；对所得的相似度矩阵进行处理，将用户相似度视为自变量，选用：调节用户信道相似度值，对不同用户相似度值进行调整以便下面步骤中进行矩阵线性合成之用；经过处理后的相似度矩阵为[a_ij]；读取缓存中所存储的第一个用户信道状态信息，依次读取所存储的第一个到最后一个信道状态信息，带入公式其中得到的值作为第一个用户与该用户和其他用户处理后的信道增益差，依次存入矩阵[λ_ij]中，作为该矩阵的第一行；依次对其他信道状态信息做上述操作，所得结果存入矩阵[λ_ij]所对应的行，直到该矩阵的行列数量相等；选用调节用户信道增益差值，所得矩阵为[b_ij]；S3：读取矩阵[a_ij]和[b_ij]，计算所得结果表示为[c_ij]；S4：在1到矩阵行的最大值之间随机选择一个数，将此数值赋值给k，在矩阵[c_ij]第k行中找出最小的元素，读取该元素所在的列的标号，将此值赋值给j，判断第j行第k列元素是否为第j行最小元素：1)如果是，读取用户信号衰减值α_j和α_k，比较二者大小：11)若α_j＞α_k，则分组将以[jk]形式存入缓存；12)若α_j＜α_k，则分组将以[kj]形式存入缓存；13)去掉原矩阵中k行和第k列，以及j行和j列的全部元素，并判断新得到的矩阵是否为空矩阵：如果是，则分组结束，输出所存储的全部分组结果；如果不是，重复步骤S4；2)如果不是，则在第j行中找出最小的元素，读取该元素所在的列的标号赋值给k，重复步骤S4；S5：步骤S4中得到的分组结果准备应用于NOMA中功率分配，等待下一个分组周期并重复步骤S1‑S4。