[发明专利]一种短包通信中基于喷泉码的非正交多址接入系统跨层设计方法

说明书

一种短包通信中基于喷泉码的非正交多址接入系统跨层设计方法，通过建立一个下行两用户NOMA系统，其中UE‑i只需成功接收K个喷泉编码包就可以恢复信息；给定UE‑i的传输信息失败概率和应用层喷泉码码率，得到UE‑i物理层平均块错误率ζ_i和的关系式；确定两用户在物理层恢复自身信号的瞬时信噪比，根据短数据包传输的最大可达速率计算公式，确定两用户在物理层的最小块长，最后得到物理层的最优功率分配因子和最小公共块长；将得到的平均块错误率带入最优功率分配因子和最小公共块长的表达式中，得到物理层的最优功率分配因子和最小公共块长。根据最小公共块长，求出两个用户为了完成信息传输在物理层总的传输时间。本发明实现了高可靠低时延的通信。

技术领域

本发明涉及一种短包通信中基于喷泉码的非正交多址接入(Non-orthogonalMultiple Access，NOMA)系统跨层设计方法，属于无线通信领域。

背景技术

增强型移动宽带、海量机器通信(Massive Machine Type Communications,MMTC)和高可靠低延时通信(Ultra-Reliable and Low-Latency Communications,URLLC)是5G时代确定的三大应用场景。为了实现低传输延时的要求，MMTC和URLLC采用短包传输来降低延时。相比于正交多址接入(如时分多址、频分多址等)，非正交多址接入(Non-OrthogonalMultiple Access,NOMA)技术通过发送信号在时/频/码域的叠加传输和串行干扰抵消(Successive Interference Cancellation,SIC)技术来实现多种场景下系统频谱效率和接入能力的显著提升，其已被列为5G移动通信的关键技术之一。喷泉码(如LT码和Raptor码)是一类纠删码技术，其具有无速率特性。系统Raptor码由于其优异的性能已被3GPP组织的多媒体广播多播业务标准采纳为应用层纠删码技术。跨层设计一直被认为是提高无线通信系统性能的有效手段。

目前，现有的在无线衰落信道中最优分配应用层纠删码和物理层信道编码码率的方法都是针对正交多址接入系统和采用仅适用于长数据包通信的香农容量公式得出的。针对MMTC和URLLC采用短包通信的特点，研究短包通信中基于喷泉码的NOMA系统跨层设计是有必要的。

发明内容

本发明提出了一种短包通信中基于喷泉码的非正交多址接入系统跨层设计方法，实现高可靠低时延的通信。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种短包通信中基于喷泉码的非正交多址接入系统跨层设计方法，其具体步骤如下：

步骤A、建立一个下行两用户NOMA系统。

步骤B、根据步骤A建立的系统模型，在跨层系统中，给定两用户传输信息失败概率(即在应用层不能全部恢复发送信息的错误概率)和应用层喷泉码码率，确定两用户在物理层的平均块错误率(BLock Error Rate，BLER)。

步骤C、确定两用户在物理层恢复自身信号的瞬时信噪比(Signal-to-NoiseRatio，SNR)，根据短数据包传输的最大可达速率计算公式，确定两用户在物理层的瞬时BLER和平均BLER。根据两用户平均BLER的表达式，确定两用户在物理层的最小块长，最后得到物理层的最优功率分配因子和最小公共块长。

步骤D、将步骤B得到的平均BLER带入最优功率分配因子和最小公共块长的表达式中，得到物理层的最优功率分配因子和最小公共块长。根据最小公共块长，得到两个用户为了完成信息传输在物理层总的传输时间。

步骤E、重复步骤B至步骤D，比较不同应用层喷泉码码率下两个用户完成信息传输在物理层总的传输时间，确定应用层最优的喷泉码码率及相应的物理层最优功率分配因子和最小公共块长使得信息在物理层总的传输时间最小化。