[发明专利]基于SCMA多址接入机制的资源分配方法

摘要

本发明公开了一种基于SCMA多址接入机制的资源分配方法，主要解决现有技术频谱资源利用率与系统和速率不高，通信用户复用频谱资源造成严重干扰的问题。其实现方案是：1.计算每个用户的模式选择数值；2.为具有最小模式选择数值的用户选择频谱资源使其信噪比最大，并确定SCMA码本；3.基站构建冲突图，确定冲突图中每个顶点的候选色集合；4.计算冲突图中每个顶点的关联值；5.选择一种颜色构建子图，选择具有最小关联值的顶点，计算该顶点与匹配顶点的信干噪比；6.为冲突图中的顶点涂色，完成资源分配。本发明相比传统资源分配方法，具有系统用户容量大，频谱效率高，系统和速率高的优点，可用于蜂窝与D2D异构网络。

主权项

1.基于SCMA多址接入机制的资源分配方法，包括：(1)为蜂窝用户和以D2D专用模式工作的用户分配资源并确定SCMA码本：(1a)接收端根据发送用户的通信模式，接收发送数据：若发送用户以蜂窝模式通信，则基站接收发送数据，若发送用户以D2D模式通信，则其对应的接收端用户接收已发送数据；(1b)初始化K≥4，2≤N≤K，H≥K，m＝1,…,K，其中K表示总资源块数目，N表示每个发送用户所占资源块数目，H表示小区内用户数目，d_f表示给定的占用同一资源块的发送用户数目，表示当前占用第m个资源块的发送用户数目；(1c)计算小区内所有发送用户Ui的模式选择数值αi：其中i＝1,…,H，表示发送用户U_i到其对应的接收端的信道增益，表示发送用户U_i到基站的信道增益；(1d)小区内每一个发送用户Ui根据其模式选择数值αi，选择不同的通信模式：若αi≤1，则用户Ui选择蜂窝模式进行通信，若αi＞1，则用户Ui选择D2D模式进行通信；(1e)对小区内所有用户的α_i值以升序进行排序，选择具有最小α_i值的发送用户U_i，并为该用户U_i选择N个资源块，使其信噪比最大，根据与d_f之间的关系，判断用户U_i是否能选择第m个资源块：若则表示用户U_i能选择第m个资源块，若则用户U_i不能选择第m个资源块，而选择其他资源块，使其信噪比最大；(1f)重复执行步骤(1e)，直至所有资源块满足其中m＝1,…,K；(1g)经过步骤(1e)‑(1f)根据已分配用户所占资源情况确定最佳的SCMA码本；(2)为剩余未分配的D2D通信用户分配SCMA码本；(2a)初始化用户的服务质量要求QoS：初始化用户之间的干扰阈值τ，干扰限制范围半径δ_D，其中表示用户以蜂窝模式通信时的信干噪比阈值，表示用户以D2D专用模式通信时的信干噪比阈值，表示用户以D2D复用模式通信时的信干噪比阈值，δ_D表示为剩余未分配SCMA码本的用户所设置的干扰限制范围半径；(2b)基站获取用户之间的链路增益，构建冲突图G＝(V,E,C)：(2b1)基站获取所有顶点之间的信道增益；(2b2)按照如下关系式判断顶点之间是否存在冲突边：其中τ表示顶点U_i和顶点U_j之间的干扰阈值，P_D表示用户以D2D模式通信时在一个资源块上的发射功率；如果上述关系式成立，则顶点Ui与顶点Uj之间存在冲突边，否则，顶点Ui和顶点Uj之间不存在冲突边；(2b3)遍历完顶点集合V中的所有顶点，则可得到所有顶点之间形成的冲突边，这些冲突边的集合即为边集合E；(2b4)将步骤(1e)‑(1g)得到的SCMA码本作为颜色集合C；(2b5)由步骤(2b1)‑(2b4)得到冲突图G＝(V,E,C)的拓扑结构，其中顶点集合V表示小区内未分配SCMA码本的D2D用户，边集合E表示顶点之间的连线，颜色集合C表示SCMA码本；(2c)确定在步骤(1e)‑(1f)中已分配SCMA码本的用户在小区中的位置，根据用户位置与顶点的干扰限制范围之间的关系，确定每个顶点Uj的候选色集合Tj：若已分配SCMA码本的用户位于顶点Uj的干扰限制范围外，则顶点Uj可使用该SCMA码本所表示的颜色，否则不能使用该SCMA码本所表示的颜色；(2d)在冲突图G＝(V,E,C)中，计算顶点集合V中每个顶点Uj关于颜色集合C中每种颜色Ci的关联值γji，即找出与顶点Uj相连接的顶点Ul，且顶点Ul的候选色集合Tl包含颜色Ci，则关联值γji为顶点Ul的数目；(2e)从颜色集合C中随机选取一种颜色Ci，如果顶点Uj的候选色集合Tj中包含该颜色Ci，则保留该顶点Uj，否则去除该顶点Uj以及与该顶点的连线，此时冲突图G＝(V,E,C)中保留下来的拓扑结构即为关于颜色Ci的子图；(2f)选择具有最小γji值的第j个顶点Uj，使其与第i个顶点Ui进行资源复用匹配，其中顶点Ui表示在步骤(1e)‑(1f)中已经分配SCMA码本的用户；(2g)根据顶点Ui的通信模式不同，设顶点Ui和顶点Uj需满足不同的服务质量要求QoS：若顶点U_i以蜂窝模式工作，则顶点U_i和顶点U_j需满足其中表示顶点U_i以蜂窝模式通信时的信干噪比，表示顶点U_j以D2D复用模式通信时的信干噪比；若顶点U_i以D2D专用模式工作，则顶点U_i和顶点U_j需满足其中和分别表示顶点U_i和顶点U_j以D2D专用模式通信时的信干噪比；(2h)对于满足上述步骤(2g)中任一条件的顶点Uj，为其涂上颜色Ci；(2i)在关于颜色Ci的子图中，去除上述步骤(2h)中的顶点Uj以及与顶点Uj相连接的其他顶点，且这些顶点的候选色集合包含颜色Ci；(2j)判断关于颜色Ci的子图是否为空集，如果该子图不为空集，则重复步骤(2f)‑(2i)，否则，选择另一种颜色构建子图，重复步骤(2e)‑(2i)，直至所有的颜色已使用完或者所有的顶点均已涂色，资源分配结束。