[发明专利]一种低密度码的NOMA中信道状况优化的资源分配方法

说明书

本发明提出一种低密度码的NOMA中信道状况优化的资源分配方法，属于无线通信领域。本发明方法通过匹配用户间将存在不同信道状况这一现象，提出一种可以最大化系统和速率的资源分配方式，即通过基站获得的用户的信道状况信息，在保证稀疏性约束和功率约束的条件下，建立最大化和速率的优化问题，并通过转化该非凸优化问题为一系列凸问题，并通过迭代算法解决，获得近似最优的RE映射和功率分配方案。相对于现有的资源分配方法，提高了低密度码NOMA系统的和速率，并且提高了块错误率(BLER)性能。

技术领域

本发明涉及一种低密度码的NOMA中信道状况优化的资源分配方法，属于无线通信领域。

背景技术

非正交多址接入(non-orthogonal multiple access，NOMA)旨在支持大量设备间的高频谱效率数据传输，被广泛认为是第五代(5G)无线通信网络中无线接入设计的关键技术。NOMA背后的核心思想是将多个用户的信号叠加在相同的无线资源上，并采用先进的多用户接收机来区分叠加信号。在多种NOMA技术中，一类比较重要的NOMA技术采用低密度码(low density signature，LDS)进行信号识别，通过利用该码的稀疏性，可以采用基于消息传递算法(message passing algorithm，MPA)接收机，能够在保证系统在可以承受的复杂度的前提下获得很好地频谱效率。典型的此类NOMA技术包括LDS正交频分复用(OFDM)，非规则LDS，低密度码多址(sparse code multiple access，SCMA)以及图样分多址接入(pattern division multiple access，PDMA)等。

资源分配是基于低密度码的NOMA中的关键技术，它将每个用户的信号以稀疏的方式映射到资源格(resource element，RE)上。资源分配模式可大致分为两类：1)所有用户的分配资源格个数相等且每个资源格上用户个数也相等的RE映射，我们称之为规则映射；2)用户间分配资源格个数不相等的RE映射，我们称之为非规则映射。合理的资源分配模式可以提高系统吞吐量，降低接收端MPA的复杂度。因此我们针对NOMA系统中的匹配到相同资源的用户通常具有明显不同的信道条件这一发现，设计了资源分配方案，使系统能达到更高的和容量。

在NOMA系统中资源映射模式的现有的设计，部分方案没有根据用户的信道条件对映射方案进行设计，部分方案将RE映射和功率分配过程解耦，分别进行设计，因此，这些设计在获得最大系统和容量的目标上都不是最佳的。

在当前基于低密度码的NOMA系统中，无线资源分配问题通常是令用户在已固定模式的分配模式中进行选择，而设计的准则通常基于计算复杂度考虑或减少用户干扰。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的无线资源分配问题中，通常没有考虑到用户间存在不同的信道状况，而用户不同的信道状况使得当他们采取不同的资源分配模式时会获得不同的传输速率以及误码率性能，提出了一种低密度码的NOMA中信道状况优化的资源分配方法，考虑到匹配用户间将存在不同信道状况这一现象，提出一种可以最大化系统和速率的资源分配方式，其中包括RE映射以及功率分配的设计。

本发明的核心思想为：在匹配用户具有不同信道增益的低密度码NOMA系统中设计了的最佳稀疏RE映射和功率分配模式；首先基于低密度码的NOMA系统中，基站匹配N个用户共享M个子载波，由于用户距离基站距离不同，这些用户具有不同的大尺度衰落，由于小尺度衰落，对于特定用户而言，其在每个子载波的信道参数也不同；基站可以获得用户的完整的信道状况信息，根据信道状况信息制定受稀疏性和功率约束的和速率优化问题，通过惩罚目标函数的稀疏性约束将其转化为一系列凸问题，并通过一种迭代算法，得到了资源分配方案，基站将分配方案反馈给用户，用户按照接收到的资源分配方案进行RE映射和功率分配,一种低密度码的非正交多址接入系统中基于用户信道信息的资源分配算法，包括以下步骤：