一种基于NOMA聚类的多信道ALOHA随机接入方法技术

本申请公开了一种基于NOMA聚类的多信道ALOHA随机接入方法，包括：应用于基站，包括：接收由任一激活用户端在预设导频序列集合中随机选出、通过随机选择的一个信道所发送的导频序列；判断导频序列是否仅被一个用户端选择，并确定导频无碰撞用户端；对多个导频无碰撞用户端进行NOMA分簇，为每个簇分配专属传输信道，将分簇结果和每个簇对应的专属传输信道在小区内进行广播；根据所述分簇结果和每个簇对应的专属传输信道对接收到的数据信息进行解调；数据信息由任一激活用户端基于自身传输功率和自身传输信道发送。本发明专利技术对于接入用户端数多的情况下更加显著，分簇更容易成功，非常适合于物联网中海量设备接入网络的随机请求。适合于物联网中海量设备接入网络的随机请求。适合于物联网中海量设备接入网络的随机请求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于NOMA聚类的多信道ALOHA随机接入方法


[0001]本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种基于NOMA聚类的多信道ALOHA随机接入方法及物联网通信系统。

技术介绍

[0002]随着物联网技术的不断发展，请求接入网络的用户端数量也爆炸式增长。机器类通信(Machine Type Communications，MTC)是物联网技术中的关键领域之一，而如何接入更多的MTC设备面临着严峻的挑战。与传统的随机接入的方式相比，ALOHA协议具有信令开销低、响应快速等优点，被广泛应用于数据突发量大但节点通信量低的MTC设备接入中。
[0003]现有技术中，J.Choi在ALOHA协议的基础上，提出了一种基于探索阶段(Exploration Phase，EP)的随机接入方案(以下简称为EP
‑
RA方案)。但EP
‑
RA方案仅允许信道中存在一个用户端进行数据传输，无法满足信道中接入多用户端的情况，一旦信道中存在多个用户端使用相同的导频，会出现用户端接入成功率低的问题。
[0004]因此，本专利技术提出了一种基于NOMA聚类的多信道ALOHA随机接入方法及物联网通信系统，解决现有物联网通信系统的随机接入方案中仅允许信道中存在一个用户端进行数据传输，当请求接入的用户端数量增多时，存在接入成功率低的问题，能够在尽可能减小复杂度的情况下提高了用户端的成功接入率。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种基于NOMA聚类的多信道ALOHA随机接入方法及物联网通信系统，用以解决现有物联网通信系统的随机接入方案仅允许信道中存在一个用户端进行数据传输，当请求接入的用户端数量增多时，存在接入成功率低的技术问题。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于NOMA聚类的多信道ALOHA随机接入方法，应用于基站，包括：
[0007]接收导频序列，所述导频序列由任一激活用户端在预设导频序列集合中随机选出、通过随机选择的一个信道所发送；
[0008]判断所述导频序列是否仅被一个用户端选择；当所述导频序列仅被一个用户端选择时，确定所述用户端为导频无碰撞用户端；
[0009]对多个所述导频无碰撞用户端进行NOMA分簇，为每个NOMA簇分配专属传输信道，并将分簇结果和每个NOMA簇对应的专属传输信道在小区内进行广播；
[0010]根据所述分簇结果和每个NOMA簇对应的专属传输信道对接收到的数据信息进行解调；所述数据信息由任一激活用户端基于自身传输功率和自身传输信道所发送；其中，所述用户端自身传输功率和自身传输信道根据分簇结果得到的自身用户端类型和每个NOMA簇对应的专属传输信道确定。
[0011]进一步地，对多个所述导频无碰撞用户端进行NOMA分簇，包括：
[0012]计算多个所述导频无碰撞用户端的瑞丽衰落增益，将所述用户端按照所述瑞丽衰
落增益进行排序，得到用户端的增益排序；
[0013]将所述瑞丽衰落增益最大的导频无碰撞用户端作为第一个NOMA簇的中心用户端，并根据所述增益排序依次对预设数量个满足预设分簇条件的导频无碰撞用户端进行聚类，得到第一个NOMA簇；
[0014]将所述增益排序中剩下的导频无碰撞用户端中瑞利衰落系数最大的用户端会作为下一个NOMA簇的中心用户端，继续根据所述分簇条件进行聚类，直到所述增益排序中剩下的导频无碰撞用户端无法达到预设数量为止。
[0015]进一步地，所述预设分簇条件包括传输功率约束条件和信噪比约束条件；
[0016]所述传输功率约束条件为：
[0017][0018]其中，β
k,i
表示第k个NOMA簇里第i个用户端的瑞丽衰落系数；β
k,1
表示第k个NOMA簇里第1个用户端的瑞丽衰落系数；p
k,i
表示第k个NOMA簇里第i个用户端；p
k,1
表示第k个NOMA簇里第1个用户端；ρ表示功率回退大小；
[0019]所述信噪比约束条件为：
[0020][0021]其中，h
k,i
表示第k个NOMA簇里第i个用户端的信道系数；h
k,j
表示第k个NOMA簇里第j个用户端的信道系数；σ2表示信道的噪声功率。
[0022]进一步地，根据所述增益排序依次对满足预设分簇条件的预设数量个导频无碰撞用户端进行聚类，包括：
[0023]将满足所述传输功率约束条件的预设数量个用户端聚类至NOMA簇中；
[0024]判断所述NOMA簇中的用户端是否满足所述预设信噪比约束条件；
[0025]当所述NOMA簇中的用户端不满足预设信噪比约束条件时，比较所述NOMA簇中用户端两两之间的信道增益之差，将所述信道增益之差最小的两个用户端随机删去一个；
[0026]继续判断所述NOMA簇中剩余用户端是否满足预设信噪比约束条件，直到所述NOMA簇内所有用户端均满足预设信噪比约束条件为止。
[0027]进一步地，所述导频序列表示为：
[0028][0029]其中，N
m,i
表示第m个信道中选择第i个导频的用户端合集；ρ
n
表示用户端n的上行发射功率；h
n
表示用户端n和基站之间的信道系数，g
n
表示小尺度衰落矢量，且服从均值为0、方差为1的循环对称复高斯分布，β
n
表示基站与用户端n之间的慢衰落系数；S
i
表示第i个用户端所选择的导频；Z
m
表示高斯白噪声矩阵，服从均值为0、方差为σ2的循环对称复高斯分布。
[0030]进一步地，判断所述导频序列是否仅被一个用户端选择，包括：
[0031]基于最小二乘法估计任一信道中的任一导频序列是否仅被唯一用户端所选择；当
所述导频序列仅被唯一用户端选择时，确定所述唯一用户端的ID信息。
[0032]进一步地，所述分簇结果包括：分簇成功的用户端和每个NOMA簇的中心用户端；
[0033]根据所述分簇结果确定用户端的自身用户端类型包括：判断自身是否是分簇成功的用户端，且是否为NOMA簇的中心用户端；
[0034]若自身用户端类型为NOMA簇中心用户端，则所述自身传输功率为基站分配的传输功率；若自身用户端类型为分簇成功的用户端但不是中心用户端，则根据瑞丽衰落信道系数排序计算出自身传输功率；若自身用户端类型为未分簇成功的用户端，则所述自身传输功率为预设标准传输功率在剩下的信道中随机选择一个信道进行数据传输。
[0035]进一步地，根据所述分簇结果和每个NOMA簇对应的专属传输信道对接收到的数据信息进行解调，包括：
[0036]对所述分簇成功的用户端所传输的数据信息，采用SIC算法进行解调；判断所述未分簇成功的用户端选择的信道是否仅被唯一用户端选择；若所述信道中只有一个用户端的数据信息，则解调该用户端的数据信息，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NOMA聚类的多信道ALOHA随机接入方法，应用于基站，其特征在于，包括：接收导频序列，所述导频序列由任一激活用户端在预设导频序列集合中随机选出、通过随机选择的一个信道所发送；判断所述导频序列是否仅被一个用户端选择；当所述导频序列仅被一个用户端选择时，确定所述用户端为导频无碰撞用户端；对多个所述导频无碰撞用户端进行NOMA分簇，为每个NOMA簇分配专属传输信道，并将分簇结果和每个NOMA簇对应的专属传输信道在小区内进行广播；根据所述分簇结果和每个NOMA簇对应的专属传输信道对接收到的数据信息进行解调；所述数据信息由任一激活用户端基于自身传输功率和自身传输信道所发送；其中，所述用户端自身传输功率和自身传输信道根据分簇结果得到的自身用户端类型和每个NOMA簇对应的专属传输信道确定。2.根据权利要求1所述的一种基于NOMA聚类的多信道ALOHA随机接入方法，其特征在于，对多个所述导频无碰撞用户端进行NOMA分簇，包括：计算多个所述导频无碰撞用户端的瑞丽衰落增益，将所述用户端按照所述瑞丽衰落增益进行排序，得到用户端的增益排序；将所述瑞丽衰落增益最大的导频无碰撞用户端作为第一个NOMA簇的中心用户端，并根据所述增益排序依次对预设数量个满足预设分簇条件的导频无碰撞用户端进行聚类，得到第一个NOMA簇；将所述增益排序中剩下的导频无碰撞用户端中瑞利衰落系数最大的用户端会作为下一个NOMA簇的中心用户端，继续根据所述分簇条件进行聚类，直到所述增益排序中剩下的导频无碰撞用户端无法达到预设数量为止。3.根据权利要求2所述的一种基于NOMA聚类的多信道ALOHA随机接入方法，其特征在于，所述预设分簇条件包括传输功率约束条件和信噪比约束条件；所述传输功率约束条件为：其中，β
k,i
表示第k个NOMA簇里第i个用户端的瑞丽衰落系数；β
k,1
表示第k个NOMA簇里第1个用户端的瑞丽衰落系数；p
k,i
表示第k个NOMA簇里第i个用户端；p
k,1
表示第k个NOMA簇里第1个用户端；ρ表示功率回退大小；所述信噪比约束条件为：其中，h
k,i
表示第k个NOMA簇里第i个用户端的信道系数；h
k,j
表示第k个NOMA簇里第j个用户端的信道系数；σ2表示信道的噪声功率。4.根据权利要求3所述的一种基于NOMA聚类的多信道ALOHA随机接入方法，其特征在于，根据所述增益排序依次对满足预设分簇条件的预设数量个导频无碰撞用户端进行聚类，包括：
将满足所述传输功率约束条件的预设数量个用户端聚类至NOMA簇中；判断所述NOMA簇中的用户端是否满足所述预设信噪比约束条件；当所述NOMA簇中的用户端不满足预设信噪比约束条件时，比较所述NOMA簇中用户端两两之间的信道增益之差，将所述信道增益之差最小的两个用户端随机删去一个；继续判断所述NOMA簇中剩余用户端是否满足预设信噪比约束条件，直到所述NOMA簇内所有用户端均满足预设信噪比约束条件为止。5.根据权利要求1所述的一种基于NOMA聚类的多信道ALOHA随...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚明，李远南，
申请(专利权)人：武汉天波博创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：