基于上行非正交多址中继辅助的蜂窝网络传输方法与流程

本发明属于无线通信技术领域，更具体地，涉及一种基于上行非正交多址中继辅助的蜂窝网络传输方法。

背景技术：

随着近年来智能终端的大规模流行以及智能业务如智能抄表、智能交通、智能电网等业务的普及使移动网络承载的数据流量迅猛增长。移动网络流量需求急剧增长给原本就稀缺的无线频谱资源带来了更大的压力。提高频谱资源利用率成为了当代宽带无线通信亟需解决的问题。

传统的oma(orthogonalmultipleaccess，正交多址接入)技术中只能将单个的无线资源分配给一个用户，例如ofdma(orthogonalfrequencydivisionmultipleaccess，正交频分多址)技术，不能为多个用户分配不同的发射功率以实现功率域复用，因此频谱效率较低，不能有效的节约无线频谱资源，造成频谱资源的浪费。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于上行非正交多址中继辅助的蜂窝网络传输方法，其目的在于在满足用户正常通信的前提下提升蜂窝网络上行链路的传输频谱效率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于上行非正交多址中继辅助的蜂窝网络传输方法，包括如下步骤：

(1)获取当前网络信息，将中继节点覆盖范围内的n个用户形成一个簇，使中继节点位于簇的中心位置，将簇内用户信息传输过程设为：用户-中继节点-基站；

利用导频信号获取距离信息，包括用户i到中继节点的距离di,r、中继节点到基站的距离dr,b以及用户i到基站的距离di,b；并获取簇内各用户需要传输的信息量di(i∈{1,2,...,n})以及簇内用户可用的总带宽w；

(2)簇内用户采用ofdma模式将信息传输给中继节点，且簇内用户跟中继节点均在时间t内完成信息传输；

(3)将中继节点设置为fd(full-duplex，全双工)模式，由中继节点采用noma(non-orthogonalmultipleaccess，非正交多址接入)模式将簇内用户传输过来的信息立即解码转发给基站。

优选地，上述的上行非正交多址中继辅助的蜂窝网络传输方法，其步骤(2)包括如下子步骤：

(2.1)将簇内可用总带宽w均匀分为n个子频带，由簇内用户在时间t内将信息传输给中继节点，单个用户在传输时仅占用一个子频带；

(2.2)将簇内用户i的发射功率设为：

其中，α是指路径损耗因子，σ²表示的是簇内用户信息传输给中继节点过程中产生的热噪声功率。

优选地，上述的上行非正交多址中继辅助的蜂窝网络传输方法，其步骤(3)中：

(a)中继节点在时间t内转发用户信息时采用簇内可用的全部带宽传输用户信息，单个用户传输信息所占带宽为w；

(b)将中继节点设置为fd模式，到达中继节点的簇内用户信息被立即解码转发给基站；

(c)基站端在接收混合信号ybs后执行sic，解码顺序根据用户传输的信息量从高到低解码。

优选地，上述的上行非正交多址中继辅助的蜂窝网络传输方法，其步骤(3)中，基站端接收到的信号

其中，pr,i是指中继节点分配给用户i的功率，sr,i是指中继节点传输给基站的信号，su,i是指簇内用户i的上行传输信号，nr,b是指热噪声信号。

优选地，上述的上行非正交多址中继辅助的蜂窝网络传输方法，其步骤(3)中，第i个被解码的用户的速率

优选地，上述的上行非正交多址中继辅助的蜂窝网络传输方法，其步骤(3)中，中继节点分配给n个用户的传输功率为：

···

优选地，上述的上行非正交多址中继辅助的蜂窝网络传输方法，其步骤(3)中，中继节点分配给第i个用户的传输功率

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提出的蜂窝网络上行传输方法，其用户上行链路信号传输过程为：用户-中继节点-基站；将中继节点覆盖范围内的n个用户形成一个簇，使中继节点位于簇的中心位置；簇内用户采用ofdma的资源分配方式将信息传输给中继节点；对于未来物联网迅猛发展所产生的智能抄表、智能农业以及智能公共事业(煤气、水、电)测量等新型业务，这类新型业务具有某个固定范围内用户设备数量多且都是小数据量数据传输的特点；对于这类业务采用本发明提供的方法，用户可以利用小的发射功率将信息传输给中继节点，且该传输模式时间可控，不受干扰的影响；

(2)本发明提出的蜂窝网络上行传输方法，中继节点采用fd模式，到达中继节点的用户信息立即解码转发，无需在中继节点进行信息存储，信息传输时效性更好；中继节点将簇内用户信息传输给基站时，将到达中继节点的簇内用户信息混合编码，采用簇内可用的全部带宽上传信息，能够有效的节约带宽，提高了用户上行链路信息传输的频谱利用率；且由于分配给簇内用户的发射功率较小，在传输过程中会引入簇内用户传输对基站端信号接收的干扰相对较小；

总体来说，本发明提出的以上技术方案通过在发送端采用非正交信号发送，给多个用户分配不同的发射功率实现功率域复用，将同样的频谱资源分配给多个用户，并在接收端通过执行sic(successiveinterferencecancellation，连续干扰消除)实现解调，与现有采用上行ofdma通信方法相比，在不增加系统总的发射功率以及频谱资源的情况下可有效提高系统频谱效率，进而改善整个通信网络的性能；既符合未来移动通信对频谱效率的要求，又符合绿色通信的趋势。

附图说明

图1是本发明实施例所采用的一种基于上行noma中继辅助的蜂窝网链路传输方法的系统模型示意图；

图2是本发明实施例中簇内用户信息传输与中继节点将信息传输给基站两个过程的带宽资源分配情况；其中，图2(a)为簇内用户信息传输过程的带宽资源分配情况，图2(b)为中继节点将信息传输给基站过程的带宽资源分配情况；

图3为本发明实施例提供的一种基于上行noma中继辅助的蜂窝网链路传输方法的流程图；

图4是本发明的方法与传统的ofdma资源分配情况下的频谱效率仿真对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的一种基于上行noma中继辅助的蜂窝网络传输方法，将蜂窝网络中的用户进行分簇，簇内用户采用ofdma传输模式将用户信息传输给簇内的中继节点，中继节点采用fd模式立即解码转发簇内用户传输过来的信息，利用noma传输模式将用户信息传送给基站，从而提升整个网络上行链路的频谱效率。

图1所示，是本发明实施例中的蜂窝网络用户中继辅助传输系统模型，在该传输系统模型中，用户信息传输过程为：用户-中继节点-基站。

图2所示的是簇内用户信息传输与中继节点将信息传输给基站两个过程中的频谱资源的利用情况示意图；如图2(a)所示，用户信息在簇内传输阶段采用ofdma模式，簇内总带宽为w，将其均分为n个子频带，每个子频带的带宽为单个用户传输时仅占用一个子频带，用户彼此之间不存在干扰。如图2(b)所示，用户信息在中继节点与基站之间传输时，采用noma模式，n个用户共用带宽为w的频带传输，彼此之间存在自干扰；簇内用户传输信息给中继节点时，也会对基站处信息接收造成干扰。

图3所示的是本发明实施例提供的一种基于上行noma中继辅助的蜂窝网上行链路传输方法的流程图，具体包括如下步骤：

(1)获取当前网络信息，将中继节点覆盖范围内的n个用户形成一个簇，使中继节点位于簇的中心位置；

利用导频信号获取距离信息，包括用户i到中继节点的距离di,r、中继节点到基站的距离dr,b以及用户i到基站的距离di,b；并获取簇内各用户需要传输的信息量di(i∈{1,2,...,n})以及簇内用户可用的总带宽w；其中，簇内用户信息传输过程为：用户-中继节点-基站；

(2)在簇内用户信息传输到中继节点的过程中，为单个用户分配宽度为w/n的子频带以传输信息；簇内用户在时间t内将信息传输到中继节点，设置用户i的发射功率

其中α是指路径损耗因子，σ²是指簇内用户信息传输给中继节点过程中产生的热噪声功率；

(3)在由中继节点将簇内用户信息传输给基站的过程中，将中继节点工作的模式设置为fd模式；簇内用户到达中继节点的信息立即解码转发给基站；

中继节点在时间t内以簇内可用的全部带宽上传信息给基站，用户信息采用混合编码的方式上传；

基站端执行sic，解码顺序根据用户传输的信息量从高到低解码；中继节点分配给各用户的发射功率具体如下：

···

本发明中用户上行链路信息传输的频谱效率

图4是在实施例中采用本发明的方法与采用传统的ofdma资源分配情况下的频谱效率仿真对比图；

其中，簇内用户个数n＝3，噪声功率为σ²＝-110dbm；三个用户距离中继节点的距离分别为：d1,r＝8m、d2,r＝9m、d3,r＝10m，三个用户距离基站的距离分别为：d1,b＝35m、d2,b＝36m、d3,b＝37m，中继节点到达基站的距离dr,n＝30m；三个用户拟传输的数据量为：d1＝20mbit,d2＝16mbit,d3＝12mbit。簇内可用的频谱资源为w＝10mhz，路径损耗因子α＝3；根据图4可知，相比较传统的ofdma频谱资源分配方式，本发明所提供的方法能够有效的提升整个系统的频谱效率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。