[发明专利]一种毫米波MIMO-NOMA系统下的用户分组和功率分配方法

说明书

本发明公开了一种基于消息传递的毫米波MIMO‑NOMA系统下用户分组和功率分配方法，该方法包括步骤：(1)基站获取用户的下行信道信息，进行模拟预编码。(2)以最大化系统的加权和速率的目标，提出了一种基于最小求和消息传递策略的用户分组算法，得到用户与射频链的匹配结果。(3)利用迫零数字预编码来抑制组间干扰，并且采用了一种低复杂度的功率分配方法，使系统的加权和速率最大化。本发明可以有效地提升系统频谱效率，充分地利用了系统硬件资源，可用于多用户数据传输。

技术领域

本发明属于无线通信领域，尤其涉及一种毫米波MIMO-NOMA系统下的用户分组和功率分配方法。

背景技术

随着通信系统中的连接设备的爆炸式增长，可用的无线电资源变得极为稀少，这给第五代(5G)无线通信的发展带来了前所未有的挑战。为了缓解无线电资源的短缺并提高通信的传输速率，一个直接的方法就是使用更高频率的频带资源。例如从30GHz到300GHz的毫米波(mmWave)频带，由于毫米波能够提供更宽的无线频带，其已被视为具有巨大潜力的技术之一。

mmWave还推动了大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)技术的应用，实现了空间复用和分集增益，克服了严重的传播损耗。多址接入技术对于支持无线蜂窝网络中的多用户通信具有重要意义。

对于采用常规正交多址(orthogonal multiple access,OMA)方案的mmWave通信，例如，时分多址、码分多址、正交频分多址和空分多址，在同一时频码空间资源块到达数据流的用户数为1，所以服务的用户总数是有限的，不超过每个资源块中的射频链数。射频链的减少将限制连接的数量，因此，mmWave-MIMO很难支持海量用户。为了解决这个问题，可以将NOMA引入到mmWave-MIMO中，以服务于比RF链更多的用户。相比于传统的OMA技术，NOMA技术由于具有更高的频谱利用率和支持大规模连接的能力，被认为是5G无线网络中一种很有前途的多址技术。

特别地，NOMA在发射机处使用相同的时间/频率资源来叠加多用户信号，并且在接收机处通过连续干扰消除(successive interference cancellation,SIC)来解码每个用户的信号。这样，以引入可控的用户间干扰为代价，可以增加同时支持的用户的数量。因此，NOMA与mmWave-MIMO的结合有望极大地增加连接数。

经对现有技术的文献检索发现，B.Wang等人在《IEEE Journal on SelectedAreas in Communications,vol.35,no.10,pp.2370-2382,.(IEEE通信选域期刊，2017年十月，第35卷，第10期，第2370-2382页)》上发表了题为“Spectrum and Energy-EfficientBeamspace MIMO-NOMA for Millimeter-Wave Communications Using Lens AntennaArray(基于透镜天线阵的毫米波频谱和能效波束空间MIMO-NOMA)”一文，该文中提出了一种波束域多输入多输出(MIMO-NOMA)的新传输方案，突破了用户数必须小于射频链数的限制，基于等效的信道混合预编码方案，提出了一种迭代算法来实现用户的最优功率分配。遗憾的是，该文没有提出具体的用户分组方法。另检索发现，姜雪纯等人在2019年申请了一项题为“一种预编码与功率分配联合优化方法”(公开号：109617583A)的专利，该方法利用一个码本，通过计算每个码字的选择因子，构造最终的预编码矩阵，联合求解出每个用户的最优功率分配因子。但是该方法中的每个射频链只能服务于两个用户，并不适用于用户数远大于射频链的情况。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于消息传递的毫米波MIMO-NOMA系统下的用户分组方法。本发明提出了一种基于最小求和消息传递策略的用户分组算法，以最大化系统的加权和速率。利用迫零数字预编码来抑制组间干扰，并且提出了一种低复杂度的功率分配方法，使系统的加权和速率最大化，可以有效地提升系统频谱效率。