[发明专利]一种适用于协作NOMA系统的二分图匹配用户配对方法

说明书

本发明涉及一种适用于协作NOMA系统的二分图匹配用户配对方法。本发明所述适用于协作NOMA系统中的用户配对方法，通过分析协作NOMA系统的中断概率和利用对数函数的性质，将所研究的优化问题通过低复杂度KM算法获得最优解，最终实现最小化系统的中断概率的目标。

技术领域

本发明涉及一种适用于协作NOMA系统的二分图匹配用户配对方法，属于通信系统的技术领域。

背景技术

近年来，作为第五代移动通信技术(5G)中多址方案强有力的候选者，非正交多址技术(NOMA)由于能够大幅度提高系统频谱效率引起国内外专家学者的广泛关注。NOMA的基本思想是对来自多个用户的信号，基于其信道状况，以不同功率因数复用相同的无线电资源，例如时间域和频率域。在接收端，信道状况较差的用户在译码自己的信息时会将其他用户的信息视为干扰，而具有更好信道状况的用户能够在解码自己的信息之前利用串行干扰消除(SIC)来移除另一用户的信息。

作为5G中以低成本获得更高频谱效率的关键无线电接入技术之一，NOMA扩展到协作传输系统以增强信道状况差的用户的传输可靠性。在协作NOMA系统中，由于SIC的执行，信道状态好的用户在获得自己信息的同时还可以获得信道状况差的用户信息。基于此，信道状态好的用户可以充当协作中继为信道状况差的用户转发信息，从而增强传输可靠性。

当前关于协作NOMA技术研究热点之一是对用户配对方案的设计。用户配对就是将信道状态好的用户和信道状态差的用户按照某一方法组合成不同的用户组，同一组内用户用NOMA标识，而不同组通过传统的正交多址接入技术(OMA)加以区分。与所有用户都参与NOMA相比，在采用用户配对方案的每一个用户组中，用户只需要关注自己和本组其他用户的信息，而不需要译码其他配对中用户的信息。因此，用户配对方案的实施既能维持信道状态差的用户分集增益又能降低系统译码的复杂度。

另外，现如今关于协作NOMA系统中用户配对方案的研究主要是基于用户位置信息和机会调度思想，利用用户的位置信息或者机会调度思想寻找用户配对尽可能降低系统的中断概率。但是已存方案只是次优的用户配对方案，并不能使系统获得最小的中断概率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于协作NOMA系统的二分图匹配用户配对方法。

术语说明：

信噪比：SNR，信号的能量与加性噪声能量的比值。

信干噪比：SINR，信号的能量与干扰能量和加性噪声能量的和的比值。

CDF：累积分布函数。

本发明的技术方案为：

一种适用于协作NOMA系统的二分图匹配用户配对方法，基于协作NOMA下行传输系统实现，所述下行传输系统，包括1个基站和K个用户；基站位于通信覆盖的圆圈区域的中心位置；圆圈区域的外侧设置有圆环区域；所述圆圈区域内随机设置有K_n个近用户，所述圆环区域内随机设置有K_f个远用户；远用户由于距基站较远无法实现与基站的正常通信；基站与近用户之间为射频通信，近用户接收到的信息为近用户和远用户的混合信息，近用户通过串行干扰消除技术分别解调出远用户和近用户的信息。随后，近用户将解调出来的远用户信息以射频信号形式发送给远用户。

NOMA系统的传输包括两个阶段：在第一个阶段，基站发送混合信息给近用户。为了降低系统的译码复杂度和开销，用户配对首先被执行。同时，采用OMA(例如时分复用TDMA和正交频分复用OFDMA)对不同的用户配对加以区分，在同一个配对中，近用户和远用户的信息通过NOMA区分。在第二个阶段，利用SIC，近用户先后获得远用户和自己的信息；一旦译码成功，近用户将通过射频链路为配对的远用户转发信息。

具体步骤如下：

(1)传输过程模拟