[发明专利]基于SCMA mMTC系统分层机器类通信的子载波及功率分配方法

说明书

本发明针对mMTC系统海量机器类设备信息传输特性，揭示了一种基于SCMA mMTC系统分层机器类通信的子载波及功率分配方法，包括步骤：S1，根据MTCG与MTCD的一对多通信模型列出最优化问题及其约束条件；S2，根据已知的映射矩阵将最优化问题由非凸函数转变为凸函数，并基于已知的子载波上信道系数进行降序排列，示出最优化问题中的干扰；S3，基于凸函数求解每个MTCD在各个子载波功率分配的最优解；S4，基于凸函数求解各MTCD及其占用子载波后的速率，再根据效用函数对子载波计算分配，得到完整的功率分配与子载波的分配方案。应用本发明该技术方案，加深了基站与更多MTCD的通讯，同时提升了系统的频谱利用率。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及基于SCMA分层机器类通信网络下的子载波分配与功率分配的方法。

背景技术

移动互联网对数据业务量的需求日益增加，以及当前物联网时代下人们在工作娱乐等各种场景中的业务需求，使得业界对5G移动通信系统的要求骤然提高。例如需要5G通信系统能达到较高的频谱效率以及满足海量用户的接入，尤其是在海量机器类通信(mMTC)场景中，需要处理海量用户的接入问题。在传统的SCMA系统中，机器类设备MTCD与基站间直接通信，这种通信的方式有一个限制就是MTCD与基站间的距离不能太远，当MTCD与基站间的距离比较远时，这就是会使得MTCD与基站间的衰落变大，MTCD传输的信号会受到较大的影响。分层机器类通信就很好地解决了这个问题，在基站与MTCD之间加入一个功能类似于网关的这么一个设备MTCG。MTCG采用的是全双工的通信方式它有两根天线分别用来发送和接收信号，MTCG将接收到的MTCD的信号放大，然后打包转发到基站。但在MTCG与MTCD之间的资源分配问题也显露出来，怎样将MTCG从基站申请的频谱资源分配给下层的MTCD，使得MTCD到MTCG之间的信道容量最大，这就需要对资源的分配进行优化。

本申请所涉及的业务模型可分为两层也可以表述为两个阶段，第一个阶段，MTCD采用SCMA的方式将信息发送到MTCG，第二个阶段，MTCG将接收到的MTCD的信息放大后以SCMA的方式发送到基站。在这样的模型下，MTCG将从基站所获得的资源分配给与其通信的MTCD，本文提出的基于SCMA分层机器类通信网络下的子载波分配与功率分配方案就是对MTCG与MTCD之间的资源分配进行优化。由于MTCD所占用的子载波的信道增益的不同，不同的MTCD在其所占用的子载波上分配不同的功率，MTCD与MTCG之间的信道容量是有明显不同的。这表明在具有相同的频谱资源的情况下通过对子载波的分配和功率分配可以提高信道容量，使得MTCD在单位时间内可以发送更多的比特的信息。

发明内容

针对mMTC系统海量机器类设备信息传输特性，为了提高系统的频谱利用率，本发明的目的旨在提出一种基于SCMA mMTC系统分层机器类通信的子载波及功率分配方法。

本发明实现上述目的的技术解决方案为：基于SCMA mMTC系统分层机器类通信的子载波及功率分配方法，其特征在于包括步骤：

S1，根据MTCG与MTCD的一对多通信模型列出最优化问题及其约束条件；

S2，根据已知的映射矩阵将最优化问题由非凸函数转变为凸函数，并基于已知的子载波上信道系数进行降序排列，示出最优化问题中的干扰；

S3，基于凸函数求解每个MTCD在各个子载波功率分配的最优解

S4，基于凸函数求解得到第k个MTCD的速率R_k的表达式以及第k个MTCD占用子载波n后的速率r_kn，再根据效用函数对子载波进行分配。其中表示第k个MTCD占用子载波n后的速率，表示第k个MTCD的速率，(n^*,k^*)表示的是违反对。

进一步地，步骤S1为，列出最优化的问题与其约束条件：