基于角度域毫米波非正交多址接入系统的用户簇分组方法及应用与流程

本发明涉及通信领域，具体涉及一种基于角度域毫米波非正交多址接入系统的用户簇分组方法及应用。

背景技术：

由于具有丰富的频谱资源，毫米波(mmwave)被认为是满足未来通信系统中高速率无线设备日益增长的需求的一个关键技术。然而，路径损耗在毫米波频段非常严重，这使得在实际系统中部署毫米波变得困难。为了解决这个问题，一个有效的方法就是在毫米波系统采用多天线技术。而且，毫米波的波长短，这使得部署大规模天线阵列成为可能。

作为另一个未来网络中很有前景的技术，非正交多址接入技术(noma)能够很好地与毫米波技术结合，两者结合主要有以下两点好处：其一，非正交多址接入技术能够服务单个波束中的多个用户，这可以进一步提高频谱效率，同时有效减少射频链路的数量，这对降低毫米波系统的部署成本有重要意义；其二，在毫米波系统中，可以通过高方向性的波束来缓解波束间的干扰。但毫米波和非正交多址接入技术的结合在实际应用中还有很多方面有待攻克和完善。如大规模的毫米波会带来严重的波束间干扰，将毫米波和非正交多址接入技术进行结合后，会存在簇间干扰和簇内干扰；如非正交多址接入系统希望能够兼顾用户公平性和系统性能，最求用户公平性前提下的最大吞吐量。

然而，由于在各个波束中采用非正交多址接入技术，单个波束中有多个用户，现有工作中采用波束成型的方法来降低波束间干扰的效果有限。而且很多现有工作中设计波束都需要完美的瞬时信道状态信息(csi)，然而，实际系统中，由于反馈延迟，信道估计误差以及用户移动性等原因，获取瞬时信道状态信息非常困难，进而降低了系统的容量。因此，如何有效降低波束间的干扰是亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于角度域毫米波非正交多址接入系统的用户簇分组方法，解决了现有技术中波束成型方案中获取瞬时信道状态信息困难、降低波束间干扰效果有限的问题。

本发明提供如下技术方案：

一种基于角度域毫米波非正交多址接入系统的用户簇分组方法，所述的角度域毫米波非正交多址系统包括一个基站和k个用户，基站配置n根天线和m个射频链路，用户配置单根天线，具体包括如下步骤：

(1)基站获取信道角度域信息；

(2)基站根据所获得的信道角度域信息将用户分成nc个用户簇，其中在第i个用户簇中有ki个用户，如果ki>1，那么第i个用户簇中的用户采用非正交多址接入技术；

(3)用户簇被分成个组，在第q个组中有mq≤m个用户簇，其中

在步骤(1)中，所述获取信道角度域方法为：

(a)基站预先设定用于平均划分整个角度域空间的j个角度值

(b)基站在这j个角度值处进行线性搜索来估计信道角度域信息。

在步骤(2)中，所述将用户分成nc个用户簇的方法为：将信道角度域信息中角度相同的用户分在同一个用户簇中。

在步骤(3)中，所述用户簇进行分组的方法为：

(a)初始化计数变量t＝1；

(b)计算空间距离矩阵：

其中，di,j被定义为第i个用户簇和第j个用户簇之间的空间距离，是所估计的第i个用户簇的角度；

(c)找出d中最小元素的位置(i^*,j^*)，如果第i^*个用户簇尚未加入任何组，那么将第i^*个用户簇加入到第t个组，设置t＝t+1，同样的，如果第j^*个用户簇尚未加入任何组，那么将第j^*个用户簇加入到第t个组，设置t＝t+1，d(i^*,j^*)＝+∞；

(d)重复上述步骤(c)直至t＝ns；

(e)任意选出一个尚未加入任何组的用户簇，比如第kt个用户簇，计算：

其中，表示已加入第i个组的所有用户簇的集合，表示中用户簇的个数，in表示中第i个用户簇的标号，表示包含用户簇的数量不超过m的所有组的集合；

(f)计算：

将第kt个用户簇加入第i^*个组即设置t＝t+1，如果那么将从中删除；

(g)重复上述步骤(e)(f)直到t>nc。

本发明还提供一种基于角度域毫米波非正交多址系统的用户簇分组方法的应用：下行数据传输阶段被分成ns个传输时隙，在第q个传输时隙期间，基站服务第q个组中的所有用户簇。进一步的，所述基站服务可以为对第q个传输时隙中的所有用户实施功率分配。

本发明的有益效果是：本发明提出的基于角度域毫米波非正交多址接入系统的用户簇分组方法，一方面有效的降低波束间的干扰，因此提高了系统的容量；另一方面，该用户簇分组方法只需要信道统计状态信息即信道角度域信息，避免了传统波束成型方案中获取瞬时信道状态信息的复杂过程。

附图说明

图1为本发明提供的角度域毫米波非正交多址接入系统的模型图；

图2为本发明提供的用户簇分组方法与随机分组方法的性能比较图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，所述的角度域毫米波非正交多址系统包括一个基站和k个用户，基站配置n根天线和m个射频链路，用户配置单根天线，扇形区域表示不同的角度域空间，位于相同角度域空间的用户被分在同一个用户簇，用不同的颜色来区分位于不同组的用户簇；基于角度域毫米波非正交多址接入系统的用户簇分组方法，具体包括如下步骤：

步骤1，基站获取信道角度域信息。

此步骤中的获取信道角度域方法为：

首先，基站预先设定j个角度值这j个角度值平均划分整个角度域空间；

然后，基站在这j个角度值处进行线性搜索来估计信道角度域信息。

步骤2，基站根据所获得的信道角度域信息将用户分成nc个用户簇，其中在第i个用户簇中有ki个用户，如果ki>1，那么第i个用户簇中的用户采用非正交多址接入技术。

此步骤中的用户分簇方法为：

估计所得角度相同的用户被分在同一个用户簇中。

步骤3，用户簇被分成个组，在第q个组中有mq≤m个用户簇，其中

此步骤中用户簇分组方法为：

(a)初始化计数变量t＝1；

(b)计算空间距离矩阵：

其中，di,j被定义为第i个用户簇和第j个用户簇之间的空间距离，是所估计的第i个用户簇的角度；

(c)找出d中最小元素的位置(i^*,j^*)，如果第i^*个用户簇尚未加入任何组，那么将第i^*个用户簇加入到第t个组，设置t＝t+1，同样的，如果第j^*个用户簇尚未加入任何组，那么将第j^*个用户簇加入到第t个组，设置t＝t+1，d(i^*,j^*)＝+∞；

(d)重复上述步骤(c)直至t＝ns；

(e)任意选出一个尚未加入任何组的用户簇，比如第kt个用户簇，计算：

其中表示已加入第i个组的所有用户簇的集合，表示中用户簇的个数，in表示中第i个用户簇的标号，表示包含用户簇的数量不超过m的所有组的集合；

(f)计算：

将第kt个用户簇加入第i^*个组即设置t＝t+1，如果那么将从中删除；

(g)重复上述步骤(e)(f)直到t>nc。

图2是计算机仿真的结果，其中m表示基站射频链路数量。通过计算机仿真表明，如图2所示，相比于用户簇随机分组方法，本发明提出的用户簇分组方法能够显著的提高和速率。而且，增加信噪比或者增加基站的射频链路数还能进一步提高系统容量。因此，本发明提出的基于角度域毫米波非正交多址接入系统的用户簇分组方法，通过降低波束间的干扰，显著地提高了系统的容量。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。