[发明专利]基于博弈论的SCMA系统码本和功率分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域。更具体地说，本发明涉及一种基于博弈论的SCMA系统码本和功率分配方法。

背景技术

在无线通信系统中，稀疏码多址接入(SCMA)是一种多址接入技术，也就是基站如何同时服务和区分多个用户的一种方式。稀疏码多址接入系统的性能主要取决于SCMA码本设计和资源分配算法的研究。通信中的主要资源是带宽和功率，在带宽和功率有限的情况下每个用户都想占用更多的频谱资源。稀疏码多址接入系统中，同一个SCMA编码器在同一层上的用户之间共享相同频谱资源，彼此间存在干扰。在特定的SCMA资源快上，由于不同码本实际关联的正交正交子载波不同，这些正交正交子载波对不同的用户而言，信道状态信息(CSI)也各不相同。由于SCMA码本可以视为一种信道化的码资源，所以我们可以借鉴OFDMA系统中基于RA算法的正交正交子载波分配算法，根据用户的信道状态信息来进行码本的选择，以提高频谱利用率。SCMA系统中由于稀疏扩频的概念，将不同用户的数据在频域上扩散在有限的正交子载波上，同一正交子载波上的用户会互相干扰，这些用户之间不能共享信道状态信息，所以每个用户只能以分布式的方法最大化自己的性能，造成信道拥塞，系统吞吐量低。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种基于博弈论的SCMA系统码本和功率分配方法，该方法不仅提高了SCMA系统的吞吐量和速率，还降低了系统的误码率。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于博弈论的SCMA系统码本和功率分配方法，包括以下步骤：

S1：设定系统模型，假设在一个SCMA下行链路蜂窝系统下，考虑一个给定的SCMA block正交资源块上有M个正交子载波，SCMA编码器中有H个非零元，则相应的传输层数即码本数为下行用户数为K，每个用户只使用一个传输层进行该用户数据传输，则K＝J，且J个码本与M个正交子载波之间的对应关系满足关联矩阵F，F为一个J列M行矩阵，每列中有H个非零元，F中的每一列对应一个码本，每一行代表一个正交子载波编号，每行中非零元所在位置表示复用该行对应正交子载波的用户；

S2：假定基站将发射功率平均分配给所有正交子载波，然后在每个传输层j上单独进行码本分配，j∈{1,2,...,J}，求得即将每个码本中的H个非零元所关联的H个正交子载波到各用户的干扰与噪声功率之和求和，并将最小和值下的正交子载波组合m^*对应的码本X_k分配给用户U_k，经过多次迭代，每个用户轮流分配码本，直至所有码本分配完毕，此时，码本与用户一一对应，其中，表示传输层j上用户U_k在正交子载波m上的干扰与噪声功率之和，m∈{1,2,...,M}，k＝{1,2,...,K}；

S3：基于博弈论，建立非合作博弈模型进行功率分配，求得基站将功率分配给满足上式的码本l，且基站在该码本上分配的功率大小满足对该用户剩余的功率值如果剩余功率值为负数表示该用户没有足够的功率来满足则将分配给该码本，经过多次迭代，直至所有功率分配完毕，其中，为策略函数，表示用户U_k在码本X_k上分配的功率，表示实际有效的信道增益，τ表示代价因子，C表示码本分配矩阵，如果码本X_k分配给用户U_k，那么否则为0，表示用户U_k的最大发射功率。

优选的是，所述的基于博弈论的SCMA系统码本和功率分配方法，，步骤S2中具体包括如下步骤：

S21：将某时刻上行链路接受端对应的用户U_k的接收到的信息表示为：