多路访问通信系统中对子带的用户分发

技术领域

本发明涉及在诸如正交多路访问(OMA)和非正交多路访问(NOMA)之类的多路访问通信系统中对子带的用户分发。

背景技术

随着互联网应用的普及，预期在2016年底和2022年之间，由通信网络支持的移动业务量将增长8倍。为了在保持高水平的用户体验质量的同时有利地响应于这样的约束，针对未来第5代(5G)移动通信系统的系统容量和用户公平性应该得到很大的提高。为此，非正交多路访问(NOMA)最近已经成为针对未来无线电接入的有希望的候选方案。

通过利用附加的复用域(功率域)，NOMA允许在发送器侧的每个子带的多个用户在调制层之上的共栖(cohabitation)，调制层可以是正交频分复用(OFDM)、滤波器组多载波(FBMC)、通用滤波多载波(UFMC)或其他多载波方案，并且依赖于接收器侧的干扰消除技术(例如，连续干扰消除(SIC))。

NOMA的吸引人的特征是它在提高用户的公平性的同时以系统容量的增加为目标。因此，处理NOMA的大多数现有技术将比例公平(PF)调度器视为多用户调度方案，以用于在总用户吞吐量或数据速率与其提供的用户公平性之间进行折衷。与用于选择要被指派给每个子带的用户的基于NOMA的PF调度器共同实现的功率分配算法的示例在例如以下文献中被提出：“Uplink non-orthogonal access with MMSE-SIC in the presence of inter-cell interference”by Y.Endo,Y.Kishiyama,and K.Higuchi.in proc.2012IEEEInt.Symp.on.Wireless Commun.Syst,2012，或者“System-Level Performance ofDownlink Non-orthogonal Multiple Access(NOMA)Under Various Environments”byY.Saito,A.Benjebbour,Y.Kishiyama,and T.Nakamura in proc.IEEE 81st VTC,2015。

PF调度器的操作如下：在每个调度时隙t的开始处，每个用户向基站(BS)提供其信道状态。BS然后可以计算针对每个用户的可实现的吞吐量(取决于所采用的功率分配策略)。PF调度器(在BS侧操作)跟踪由每个用户在t

在Umehara,J.、Kishiyama,Y.、Higuchi,K.所著的题为“Enhancing userfairness in non-orthogonal access with successive interference cancellationfor cellular downlink”(in Proc.International Conference on CommunicationSystems(ICCS 2012))的文章中，作者提出了一种在非正交访问下行链路系统中的基于加权PF的多用户调度方案。提出了一种针对部分频率复用(FFR)中小区内部和小区边缘用户群的频率块访问策略，在用户公平性和系统频率效率的方面有显著的提高。

在由Mehrjoo,M.、Awad,M.K.、Dianati,M.、Xuemin,S.所著的题为“Design ofFair Weights for Heterogeneous Traffic Scheduling in Multichannel WirelessNetworks”，IEEE Trans.Commun.,58(10)(2010)的文章中，公平的权重已经被实现用于OFDMA网络的异构业务类型的机会调度。为了设计公平的权重，所提出的调度器在业务类型方面考虑了平均信道状态和资源需求。仿真分析说明了所提出的方案在资源利用方面的效率，以及由于用户移动性而引起网络特性变化的灵活性。

在来自Gueguen,C.、Baey,S.的题为“Compensated Proportional FairScheduling in Multiuser OFDM Wireless Networks”(in Proc.IEEE Internationalconference on Wireless Mobile Computing,Networking Communication(2008))的文章中，研究了当移动通讯经历不均等的路径损失时，由PF调度器遇到的公平性不足的问题。为了减轻这个问题，已经提出了引入距离补偿因子的PF调度器的经修改的版本。结果表明，该解决方案实现了高容量和高公平性二者。在由Yang,C.、Wang,W.、Qian,Y.、Zhang X.所著的题为“A Weighted Proportional Fair Scheduling to Maximize Best-Effort ServiceUtility in Multicell Network”(in Proc.IEEE International Symposium onPersonal,Indoor and Mobile Radio Communications(2008))的文章中，提出了加权比例公平算法，以便使尽力服务效用(best-effort service utility)最大化。向PF度量引入加权因子背后的原因是利用由路径损失给出的固有的近远多样性。所提出的算法在保持类似的复杂度(在与PF度量相比时)的同时，提高了尽力服务效用和吞吐量性能二者。

由于NOMA中的调度器可以同时地将子带分配给多于一个用户，因此用户调度策略影响系统效率和用户公平性。由上述现有技术参考文献介绍的“比例公平(ProportionalFairness)”(PF)调度器被认为实现了这两个度量之间的折衷。PF调度器的目标是使长期平均用户速率最大化，以便确保小区吞吐量和用户公平性之间的平衡。PF算法被用在LTE(长期演进)中，以用于用户调度(将用户指派给时频资源块)。

PF调度算法最初是针对正交多路访问方案(LTE中的OFDMA)设计的，但是后来适于非正交多路访问(NOMA)方案。已经在大多数所提议的NOMA实施方式中采用这种调度策略。

如果考虑到具有单个发送器和接收器天线的下行链路系统，则该系统由以下内容组成：每个小区K个用户，其中总系统带宽B被划分为S个子带；以及基站的最大可允许发射功率P

其中

K是每个小区的用户的数量，

B是总系统带宽，

k

N是在子带上非正交地调度的用户的数量，

U

k

S是系统中的子带的数量，

s是正在考虑的子带(1≤s≤S)。

P

发射功率分配约束由以下等式表示：

其中P

当仅一个用户被指派给每个频率子带时(正交多路访问情况)，PF调度器的操作如下：在每个调度时隙t的开始处，每个用户k向基站提供其在每个子带s(s＝1…S)上的信道增益。时隙是通信系统中的基本的时间分配单元。例如，在LTE(长期演进的缩写，由第三代合作项目3GPP开发的第四代无线宽带技术)系统中，它等于1ms。

基站计算在子带s上用户k的对应的可实现的吞吐量R

在时隙t处，基于以下等式选择用户k*以在子带s上被服务：

调度算法在t

其中R

应用该方法的调度器给每个用户与其历史速率T

在NOMA的情况下，其中N>1，枚举可能的候选用户集合：K个用户中的N个的

在每个调度时隙t的开始处，每个用户k向基站提供其在每个子带s(s＝1…S)上的信道增益。针对子带s上的每个候选用户集合U(U∈

{U

其中R

PF调度器以长期公平性为目标。由于PF调度器给每个用户与其平均吞吐量成反比的优先级，因此每当用户的历史速率较高时，会发生一些用户没有获得对可用资源的访问。在这种情况下，在多个调度时隙内用户将不会被指派任何传输速率。在对用户吞吐量有约束的应用(例如，准恒定数据速率应用)中，或者在深度缓冲可能被需要，并且可能与需要低延时传输的应用不兼容情况下，这种行为可能是非常有问题的。此外，针对NOMA方案，PF调度器没有考虑NOMA的特殊性：NOMA系统中实现的总吞吐量随着成对用户的信道增益的差异而增加。

US2015282185旨在描述具有多个复用层和多个移动设备的多路访问通信系统，其中移动设备在时间频率和空间资源上被配对。传输功率被分配使得在多个复用层之间共享总功率。根据移动设备的功率和信道质量来调整多个移动设备中的每一个的速率以及多个复用层。调整功率和速率，直到使诸如加权和速率之类的调度标准最大化。

在“2015IEEE 81s Vehicular Technology Conference(VTC Spring),IEEE,11May 2015”中发布的由Yuya Saito等人所著的题为“System-Level Performance ofDownlink Non-orthogonal Multiple Access(Noma)Under Various Environments”的文章的1至5页，描述了使用基于比例公平性的选择机制的NOMA系统中的特性行为。

一般而言，当将PF调度用于NOMA方案中的用户分配时，与正交多路访问(OMA)方案相比，位于基站附近的用户可以观察到较大的用户吞吐量增益，但是针对小区边缘用户几乎没有实现任何增益。

因此，期望识别一种用于解决这些问题的机制，并且提供一种用于更好地归属用户的方法。

发明内容

在实现总用户吞吐量或数据速率以及长期用户公平性之间的折衷的同时，需要将用户归属于NOMA系统中的子带。

为此，本发明在第一方面公开了一种系统，该系统用于在基于非正交多路访问(NOMA)的多路访问通信系统中，将用户归属于多个子带中的一个或多个。该系统包括：指派处理器，其适于针对相应的所选择的子带确定多个候选用户对，以用于可能指派给所选择的子带，每个候选用户对包括两个不同的用户，这两个不同的用户包括第一用户和候选第二用户；以及吞吐量计算器，其适于确定使度量最大化的候选用户对，该度量反映由被指派给正在考虑的子带(s)的任何用户对可实现的总吞吐量，作为由该相同的用户对在预定的前一时段内实现的已知吞吐量的一部分。指派处理器进一步适于将用于使度量最大化的、由吞吐量计算器确定的候选用户对指派给正在考虑的子带(s)。

根据本发明的第二方面，提供了一种确定性能度量以用于在基于非正交多路访问(NOMA)的多路访问通信系统中在候选用户的集合之中选择第一用户(k

在第二方面的发展中，该方法包括以下进一步的步骤：基于至少一个标准选择第一用户(k

根据第二方面的进一步的发展，重复选择第一用户(k

根据第二方面的进一步的发展，该方法包括以下进一步的步骤：将子带(s)归属于与所选择的第二用户(k

根据第二方面的进一步的发展，第二项表示候选第二用户(k)和所选择的第一用户(k

根据第二方面的进一步的发展，第一加权参数(a)的值被设置为0，从而使子带(s)上的NOMA吞吐量最大化。

根据第二方面的进一步的发展，第二加权参数(b)的值被设置为0，从而实现针对所选择的第二子带用户(k

根据第二方面的进一步的发展，第一加权参数(a)的值和第二加权参数(b)的值二者都不为空，从而减少第二用户(k

根据第二方面的进一步的发展，用户(k)的已知吞吐量考虑到在评估时间窗口期间的平均吞吐量和用户(k)的预计的吞吐量，其中，预计的吞吐量是针对在当前的时隙中用户(k)已经归属于的每个子带上用户(k)可实现的吞吐量的总和。

根据第二方面的进一步的发展，在针对排除所选择的第一子带用户(k

-在计算相应的第二项的步骤之时，考虑到针对用户(k′)的预计的吞吐量，在评估时间窗口期间针对每个用户(k′)计算用户(k′)的已知吞吐量，

-计算在所有候选子带用户上计算出的已知吞吐量的平均值，

-相应的第二项是在所有候选子带用户之中的每个用户(k′)上的以下两项之间的差异的绝对值的总和：考虑到用户(k′)的预计吞吐量的用户的已知吞吐量(k′)，以及在所有候选子带用户上计算出的已知吞吐量的平均值。

根据本发明的第三方面，提供了一种适于实现第二方面的步骤的装置。

根据本发明的第四方面，提供了一种包括指令的计算机程序，当该程序由计算机执行时，这些指令使计算机执行第二方面的步骤。

根据本发明的第五方面，提供了一种包含第四方面的计算机程序的计算机可读介质。

附图说明

仅出于说明的目的，现在将参考附图描述本发明的上述和其他优点，在附图中：

图1示出了第一示例性选择机制的操作过程；

图2示出了考虑用于与预选择的第一用户相关联的候选第二用户的实施例；

图3示出了第三示例性的选择机制的操作过程；

图4示出了FTFMM度量的参数a和b以及每个子带的用户数量对一组示例性试验数据中的总小区吞吐量的影响；

图5示出了FTFMM度量的参数a和b以及子带数量对总小区吞吐量的影响；

图6示出了FTFMM度量的参数a和b以及每个子带的用户数量对公平性的影响；

图7示出了FTFMM度量的参数a和b随着时间推移对公平性的影响。所呈现的曲线对应于实施例：其中，子带的数量S＝128并且每个子带的用户的数量K＝15。针对具有a和b之间的不同的平衡呈现了三条曲线711、712和713。出于比较的目的，还呈现了针对FMM714、与NOMA715使用的经典PF以及与OMA度量716使用的经典PF的实验结果；

图8示出了根据实施例的系统。

具体实施方式

为了进一步提高在NOMA中的所实现的系统性能，本发明旨是在子带之中最佳地分发用户。这可以引起提高用户公平性和/或可以增加所实现的系统吞吐量。

本发明的实施例提供了一种改进的度量以用于在NOMA系统中对子带的用户分发。出于说明的目的，在下文中将参考本发明的实施例来描述本发明。

本发明公开了一种确定性能度量以用于在基于非正交多路访问(NOMA)多路访问通信系统中在候选子带用户的集合之中选择第一用户k

可以以各种各样的算法实现这种方法。在一些情况下，可以预选择第一用户，并且然后将第二用户指派为与第一用户一起形成使度量最大化的候选用户对的用户，并且在其他情况下，可以与相应的第二用户一起考虑多个第一候选用户。在以下示例中阐述了这两种方法的示例。

在一些实施例中，可以根据至少一个标准来预选择第一用户k

本发明可以适于许多用户选择机制，下面通过示例呈现其中的三种机制。然而，技术人员将理解的是，所要求保护的方法可以适于许多其他这样的选择机制。

图1示出了第一示例性选择机制的操作过程。在时间和频率上分配资源之后授予访问权限。分配被划分为多个时隙。针对每个时隙，顺序地分配子带，直到达到每个时隙的子带总数。针对每个子带分配，考虑用户的所有组合。

该方法在步骤100处开始，之后进行到新时隙开始的步骤110。方法接着进行到步骤120，在该步骤处，在可用子带的集合之中选择子带s。根据本实施例，该选择仅仅是通过增加或减少频率的顺序的顺序选择。也可以在可用子带的集合中随机选择子带，但在这种情况下，可以在下一次随机选择之前从子带的集合中移除所选择的子带。一旦选择了子带，该方法就进行到步骤130，在该步骤处，愿意通信的K个用户之中的每个用户k向基站提供其在子带s上的信道增益。该方法接着进行到步骤140，在该步骤处，功率被分配给子带并且在子带内的用户之中分配。功率分配对吞吐量值有影响。在本示例中，可以假设在子带之间均等分发子带，然而存在许多将功率分配给子带的替代方法(例如，注水)。还存在若干方法以用于在子带s的用户之中分发功率(子带内功率分配，例如固定功率分配(FPA)、部分发射功率分配(FTPA))，所有这些都与本公开兼容并包含在本公开中。

在本实施例中，在吞吐量计算之前执行功率分配的计算，这是因为用户的吞吐量值取决于分配给该用户的功率。

该方法接着进行到步骤150，在该步骤处，基站针对所选择的子带s上的N个用户(N＝2的用户对)的所有候选集合计算对应的可实现的吞吐量。

该方法接着进行到步骤160，在该步骤处，基站基于至少一个标准来选择N个用户的集合。

N＝2(用户对)的情况：使度量最大化的用户对(k

其中

·S

·R

·R

R

R

其中

·T

由等式(6)呈现的度量在下文中称为“灵活吞吐量vs公平性最大化度量”，并由其缩写(FTFMM)表示。

在步骤170处，所选择的用户k

将理解的是，图1示出了一种直接的方法，其用于共同选择要指派给所选择的子带s的用户对或用户元组(如果N>2)。该方法可以排除除了根据总用户吞吐量和用户公平性之间的折衷之外的另一标准(例如，给予已订阅高级服务或需要高服务质量或其他任何事物的一些用户优先权)的用户选择。

因此，如所描述的，提供了一种确定性能度量以用于在基于非正交多路访问(NOMA)的多路访问通信系统中在候选用户的集合之中选择第一用户(k

等式(6)的度量的最大化倾向于有利于具有高NOMA吞吐量和/或具有低已知吞吐量的用户对。因此，分子部分表示具有给定的用户对的子带s上的NOMA吞吐量，并且分母表示那些相同的用户的加权的累积的已知吞吐量。

在可选的变体中，用户k的已知吞吐量R

该项可以被视为考虑到在当前的时隙t处已经分配给用户k的吞吐量的T

预计的吞吐量R

在此基础上，反映由该相同的候选用户对在预定的前一时段内实现的已知吞吐量的第二项可以包括以下两项的总和：考虑到在当前的时隙中指派给该用户的预计的吞吐量的、候选子带第一用户k的已知吞吐量，以及考虑到在当前的时隙中指派给该用户的预计的吞吐量的、候选子带第二用户k′的已知吞吐量。

实验结果示出，当用户k的已知吞吐量R

在另一个可选的变体中，在上面描述的关于NOMA系统中的K个用户之中的N个(其中，N>2)的现有技术的基本选择机制的情况下，在可能的候选用户集合之中要选择的用户集合U

其中

·S

·

·

或者可选地，在预计的吞吐量被考虑到的情况下，

因此，作为步骤170处的图1的方法的变体，所选择的用户k

图2示出了考虑了针对用于与预选择的第一用户相关联的候选第二用户的实施例。

该方法在步骤200处开始，然后进行到新时隙开始的步骤210。该方法接着进行到步骤230，在该步骤处，在愿意通信的K个用户之中的每个用户k为基站提供了其在子带s上的信道增益。该方法接着进行到步骤231，在该步骤处选择第一用户。可以在任何合适的标准的基础上来选择第一用户，例如但不限于，优先考虑具有诸如高体验质量之类的应用需求的高要求用户，优先考虑距离基站最远的用户，优先考虑具有弱信道状态信息(CSI)的用户，和/或优先考虑自较长时间以来尚未被分配给子带的用户。可以使用“最差最佳h”标准，从而计算所有子带上的所有用户的信道增益h，并且针对每个用户仅保留最佳h值，并且具有最低最佳h的用户被选择。所选择的用户具有低信道增益，并且可能远离基站。可以优先考虑与其他用户相比使用需要更高的数据速率的应用的用户(独立于针对这些用户的所需的QoE)，如订阅了高级服务的用户，或者对于用户具有目标数据速率的情况，则优先考虑其已知吞吐量或数据速率远离目标的用户。这些因素的任何组合都可以被组合以作为选择第一用户的基础。一旦已经选择了第一用户(k

其中

·S

N>2的情况：选择使度量最大化的用户的集合(k

其中

·S

在步骤270处，所选择的用户k

将理解的是，在特定情况下，例如如果子带被顺序选择(以频率的递增/递减顺序)或随机地选择，则步骤231和232可以被反转。如果针对所选择的用户1该子带被选择为具有最高信道增益的子带，则这种反转可能没有意义。

将理解的是，可以在不改变基本原理的情况下实质上修改图1和图2的方法(可以针对不同的用户并行地而不是串行地计算FTFMM度量)。用户的特定冗余组合可以被忽略(可能没有必要将已经被认为是具有相同候选伙伴的第二用户的用户认为是第一用户)。用户可以被并行地指派给相应的子带。用户的指派不需要构成分立的步骤，并且可以通过确定最大化FTFMM度量的用户的选择来暗示。当在FTFMM度量下考虑用户时，可以可替代地获得增益值。

在一些实施例中，可以称为“加权FTFMM”的FTFMM度量的变体(由等式(6)表示)可以被使用如下：

其中，可选的参数a和b可以取0(包含0)和1(包含1)之间的值，其中a和b不同时为空。参数a和b的引入提供了一种用于一方面改变公平性的相对重要性并且另一方面改变吞吐量的机制。

换言之，在这样的实施例中，第二项(分母)表示候选子带第一用户k和候选子带第二用户k'的加权的累积的已知吞吐量，其中，在评估时间窗口t

因此，如参考图2所描述的，提供了一种在基于非正交多路访问(NOMA)的多路访问通信系统中在候选子带用户的集合之中选择第一子带用户k

·基于至少一个标准来选择第一用户(k

·针对包括所选择的第一用户(k

·针对所有候选子带第一用户之中的每个候选子带第一用户k并且针对所有候选子带第二用户之中的每个候选子带第二用户k'，计算相应的第二项，该第二项表示候选子带第一用户k和候选子带第二用户k'的累积的已知吞吐量，其由以下值的总和来计算：在评估时间窗口期间针对候选子带第一用户k的已知吞吐量值，以及在评估时间窗口期间针对候选第二用户k'的已知吞吐量值；以及

·选择第一子带用户(k

在一些实施例中，其中a＝0，通过考虑NOMA吞吐量以及用户k

在一些实施例中，其中根据先前标准来选择第一用户k

在一些实施例中，其中b＝0，通过考虑NOMA吞吐量和用户k

在其他实施例中，其中(0

由等式(12)呈现的该度量的最大化倾向于有利于这样的用户对：与具有仅用户k

在前述度量的基础上的用户选择通常包括识别使度量最小化或最大化的用户。将理解的是，由于度量被呈现为一个因子除以另一个因子，因此所期望的用户使度量最大化还是最小化将取决于哪个因子被采用为分子，以及哪个被采用为分母。一般来说，这可以被称为识别在两个因素之间的比率中产生极值的用户。

在一些实施例中，可以重复选择第一子带用户k

将功率分配给子带以及分配在子带内的用户之中对于吞吐量值具有重要影响。在本示例中，假设功率在子带之中均等分发，尽管存在许多将功率分配给子带的替代方法(例如，注水)以及将功率分配在用户之中的方法(子带内功率分配，例如固定功率分配(FPA)、子带内的部分发射功率分配(FTPA))，所有这些都与本公开兼容并包含在本公开中。

图3示出了第三示例性选择机制的操作过程。在这种机制中，本发明被应用在根据特定的实施例的基于在多路访问通信系统中将用户归属于多个S子带中的一个或多个的方法的新颖的选择机制的上下文中。具体地，提供了一种在多路访问通信系统中从候选用户U的池中选择用户以用于分配给时隙t中的多个子带的方法。

如图3所示，该方法在步骤300处开始，然后进行到新的时隙开始的步骤310处。与第一示例性选择机制相同，在时间和频率上分配资源之后授予访问权限。分配被划分为多个时隙。针对每个时隙，子带是按顺序分配的，直到达到每个时隙的子带总数。本实施例涉及针对每个用户的初始子带指派。下面将更详细地呈现这种方法的示例性细节。

如图所示，方法接着进入到步骤320，在该步骤处，作为初始子带指派用户被指派给当前的时隙t中的相应的所选择的子带s，作为该相应的所选择的子带s的第一用户k

在该步骤处要被指派的用户可以根据各种基础来选择。在特定实施例中，该方法可以包括根据在指派的步骤之前的标准来对所有用户按优先级的顺序进行排序的进一步的步骤。在此基础上，在步骤320处，已指派的用户可以是排除已经被指派给时隙t中的初始子带至所选择的子带的任何用户的、具有最高优先级的用户。

因此，可以在分配过程的开始处使用优先级列表，以用于每个子带上的第一用户的选择。该优先级列表背后的想法是，在分配过程的开始处，至少一次为所有用户授予子带(和一些吞吐量)。在第一时隙处，可以创建优先级列表：所有K个用户在基站中被排序。在步骤320(或以下所描述的步骤360)中一旦选择用户，就将他们从该优先级列表中移除。在随后的时隙处，如果列表不为空，则只对剩余的用户再次排序(更新优先级列表)。在至少一个用户尚未在指派过程期间被指派任何子带的同时，使用所得的优先级列表。

在特定进一步的实施例中，按优先级顺序对用户的这种排序可以包括：针对跨所有子带的每个用户，按照针对当前的时隙测量的最佳子带增益的顺序对用户进行排序，其中，被给予最高优先级的用户是具有最低最佳子带增益的用户。最低最佳子带增益排序尤其在小区边缘用户吞吐量和总小区吞吐量方面提供了良好的性能。基于用户在可用子带上的子带增益体验来在基站处对用户进行排序，h

在特定进一步的实施例中，可以随机地选择第一用户。这可以包括以下进一步的步骤：按照根据随机排序的优先级的顺序对所有用户进行排序，这可以以相对于其他排序方法较低的处理开销执行。

在由图3呈现的实施例中，在步骤320处，第一所选择的用户k

在根据优先级列表指派用户的实施例中，在该阶段处，如果优先级列表不为空，则可以从该列表中移除已指派的用户k

如上面所讨论的，对于当前的时隙，已知吞吐量R

在使用优先级列表的这些实施例的基础上，并且考虑到当用户被指派给子带(作为第一用户或第二用户)时，从列表中移除该用户，如上面所讨论的，在初始子带指派阶段中的第一用户的选择可以依据优先级列表不为空来描述(所有用户尚未被指派子带，或者等效地，被指派任何吞吐量)。在这种情况下，可以根据优先级列表给出的顺序来执行要指派给子带作为用户的下一个用户的选择。类似地，当优先级列表为空时(所有用户现在已经被指派了子带，或者等效地，被指派了非零吞吐量)，如下面所描述的，可以设想替代选择机制。

该方法接着从步骤320进行到步骤330，在该步骤处，确定多个候选用户对，用于可能指派给所选择的子带，其中，每个候选用户对包括两个不同的用户，这两个不同的用户包括第一用户k

在步骤340处，针对每个候选用户对向所选择的子带指派临时功率分配。功率可以在子带之中均等分发。然而，如上面提到的，存在将功率分配给子带的许多替代方法(例如，注水)和分配在子带内的用户之中(子带内功率分配，例如FPA或FTPA)的许多替代方法，所有这些都与本公开兼容并包含在本公开中。

类似地，总可用传输功率可以通过各种机制在子带之间分发。一个示例基于功率的均等分发。可替代地，根据特定替代的实施例，可以在配对过程期间执行临时功率分配。这提供了用于尝试识别用户之间最佳功率分发的机会。针对用户k

在子带之中均等分发功率的基础上，Pmax/S被指派给第一子带，并且针对该子带不需要进一步的子带间计算。在连续的迭代中，跨前n个子带临时地指派在时隙(n>1)中指派的针对第n个子带的子带间功率分配n×Pmax/S。在这些之后的迭代中，其中存在要考虑的多于一个子带，如下面更详细地描述的，使用迭代注水过程来在所有n个子带之中重新分发该功率。

在步骤350处，多个候选人被限制于候选对集合，该候选对集合包括其子带增益与第一用户的子带增益互补的候选第二用户。互补的子带增益是一种子带增益，使得将具有该子带增益的用户与对应的第一用户一起指派给所选择的子带将指示：总子带吞吐量大于将所有可用功率(如由针对相应子带的对应的候选用户对(k

在特定实施例中，利用NOMA系统中的总吞吐量随着成对用户的子带增益的差异而增加的事实，互补的第二用户可以是关于第一用户k

可以设想用于识别这样的互补用户的不同的机制。在第一“蛮力”实施方式中，可以针对要为其指派第二相应的用户的子带s为所有候选用户k∈S

在特定实施例中，k

图3的方法接着从步骤350进行到步骤360，在该步骤360处，相应的第二子带用户k

既然互补的候选用户对集合是可用的，图3的方法可以进行到选择这些候选用户对中的一个，以用于将所选择的第二候选用户k

根据FTFMM度量，选择使由等式(6)呈现的度量最大化的第二用户k

因此，图3中所示的第三示例性选择机制是FTFMM度量的一个示例，该FTFMM度量适合于在针对特定的子带s选择第二用户k

如图3所示，该方法接着在步骤370处确定是否已经考虑了所有S个子带，并且在仍有要考虑的子带的情况下，返回到步骤320，或者以其他方式返回到步骤310。在此基础上，该方法可以被认为包括并且然后重复以下进一步的步骤：将第一用户k

在一些实施例中，可以应用FTFMM的变体，其中，所选择的第二用户k

其中

·候选第二用户的集合被表示为S

·K是用户的总数。

·R

·如等式7所表示的，R

·当应用由图2呈现的示例性实施例的步骤260处的该FTFMM变体(等式(13))时，如果用户k′尚未在当前的分配时隙t中被指派任何子带，则比率R

·

可以在由图3呈现的示例性实施例的步骤360处使用由等式(13)表示的FTFMM变体度量。

由等式(13)表示的最小化度量倾向于有利于这样的用户k

在一些实施例中，可以重复选择第一子带用户k

因此，由等式(13)表示的FTFMM变体度量可以表示等式(6)中所呈现的FTFMM度量以及可以被称为“公平性最大化度量(FMM)”的另一个度量的组合。在这种FMM度量中，选择使以下度量最小化的用户k

由等式(14)表示的FMM度量的最小化倾向于有利于这样的用户k

FMM度量可以适合于在针对特定的子带的第二用户的选择中使用，其中，第二子带用户被选择为这样的候选第二用户：其在预定的前一时段内的所有用户的平均吞吐量和每个用户的已知吞吐量之间的匹配中产生极值。

在等式(14)中，正在考虑的候选第二用户k不显式地出现在分子或分母的表达式中，但是它实际上经由预计的吞吐量R

在FMM度量(等式(11))的一些实施例中，并且因此在FTFMM变体度量(等式(10))的一些实施例中，在均等功率分配的情况下：仅正在考虑的候选第二用户k和所选择的第一用户k

在FMM度量(等式(11))的一些实施例中，并且因此在FTFMM变体度量(等式(10))的一些实施例中，在迭代注水的情况下：用户k的选择对R

FTFMM变体度量的计算需要临时或最终的功率分配，这取决于功率分配策略。

因此，由等式(10)表示的FTFMM变体度量是适合于在针对特定的子带s的第二用户k

实验结果

已经实验上示出，采用FTFMM度量(其中，a加权因子设置为0且b加权因子设置为1)的图3的方法的实施方式为所有数量的子带提供了显著的改进(大约40％)，而在采用FTFMM度量(其中，a加权因子设置为0.5且b加权因子设置为0.5，或者a加权因子设置为1且b加权因子设置为0)的同时，提供了一些改进(大约10％)，而与常规的成比例的公平性相比，FMM度量提供了最小的改进。当考虑到针对不同数量的用户的吞吐量时，一般的分发是相同的，尽管少量用户(实验中为10)限制了性能差异，但是当采用FTFMM度量(其中，针对更大的用户计数，a加权因子设置为0且b加权因子设置为1)时，它们增长很快。

图4示出了FTFMM度量的参数a和b以及每个子带的用户数量对在一组示例性实验数据中总小区吞吐量的影响。图4在根据每个子带K的用户数量的总小区吞吐量的演进方面(其中，子带数量S等于128)，将FTFMM度量(411)、(412)、(413)的性能与FMM度量(414)、与NOMA一起使用的经典PF(415)和与正交多路访问(OMA)一起使用的经典PF(416)的性能进行比较。

如图4所示，采用FTFMM度量(其中，a加权因子设置为0，b加权因子设置为1(411))的图3方法的实施方式可以为所有数量的用户提供显著的吞吐量改进(大约40％)，而采用FTFMM度量(其中，a加权因子设置为0.5且b加权因子设置为0.5(413)或a加权因子设置为1且b加权因子设置为0(412))提供了一些改进(大约10％)，而FMM度量(414)提供了与常规的比例公平相比的最小的改进。当考虑针对不同数量的用户的吞吐量时，相同的一般分发是相同的，尽管少量用户(实验中为10)限制了性能差异，但是当采用FTFMM度量(其中，针对更大的用户数量，a加权因子设置为0且b加权因子设置为1)时，它们增长非常快。

图5示出了FTFMM度量的参数a和b以及子带数量对总小区吞吐量的影响。图5在根据子带数量S的总小区吞吐量的演进方面(其中，每个子带的用户数量K等于15)，将FTFMM(513)、(514)、(515)度量与FMM(516)、与NOMA一起使用的经典PF(512)和与OMA一起使用的经典PF(511)进行比较。

如图5所示，采用FTFMM度量(其中，a加权因子设置为0且b加权因子设置为1(513))的图3的方法的实施方式可以在所有数量的子带的吞吐量方面提供显著的改进(大约40％)，而采用FTFMM度量(其中，a加权因子设置为0.5且b加权因子设置为0.5(515)或a加权因子设置为1且b加权因子设置为0(514))提供了一些改进(约10％)，而FMM量度(516)提供了与常规的比例公平相比最小的改进。当考虑到针对不同数量的子带的吞吐量时，相同的一般分发是相同的。

图6示出了FTFMM度量的参数a和b以及每个子带的用户数量对公平性的影响。所呈现的曲线对应于子带数量S＝128的实施例。针对具有a和b之间的不同的平衡的FTFMM呈现了三条曲线611、612和613。出于比较的目的，还呈现了FMM614、与NOMA一起使用的经典PF615和与OMA一起使用的经典PF 616度量的实验结果。已经实验上示出，与采用FTFMM度量(其中，a加权因子设置为0.5且b加权因子设置为0.5(曲线613))相比，采用FTFMM度量(其中，a加权因子设置为0且b加权因子设置为1(曲线611))的图3的方法的实施方式提供了较差的公平性性能，采用FTFMM度量(其中，a加权因子设置为0.5且b加权因子设置为0.5(曲线613))转而提供了与采用FTFMM度量(其中，a加权因子设置为1且b加权因子设置为0(曲线612))相比较差的性能，而FMM度量提供了改进的性能。与常规的比例公平性相比，所有实施方式都提供了显著的改进。所有方法都示出了从每个单元的附加的用户的相似的劣化比率。

图7示出了FTFMM度量的参数a和b随时间的推移对公平性的影响。所呈现的曲线对应于子带数量S＝128和每个子带的用户数量K＝15的实施例。针对具有a和b之间的不同的平衡的FTFMM呈现了三条曲线711、712和713。出于比较的目的，还呈现了FMM 714、与NOMA一起使用的经典PF715和与OMA一起使用的经典PF度量716的实验结果。

已经实验上示出，与采用FTFMM度量(其中，a加权因子设置为0.5且b加权因子设置为0.5(曲线713))相比，采用FTFMM度量(其中，a加权因子设置为1且b加权因子设置为0(曲线712))的图3的方法的实施方式更快地收敛到最佳公平性上，采用FTFMM度量(其中，a加权因子设置为0.5且b加权因子设置为0.5(曲线713))与采用FTFMM度量(其中，a加权因子设置为0且b加权因子设置为1(曲线711))相比转而更快地收敛到最佳公平性上，而FMM度量在最佳公平性上提供了最快的收敛(曲线714)。与NOMA中的常规的比例公平相比，除了a加权因子设置为0且b加权因子设置为1的FTFMM度量(其示出了相对较小的改进)以外，所有实施方式都提供了显著的改进(以10ms或更短时间达到0.1的基尼公平性)。随着时间的推移，FTFMM度量(其中，a加权因子设置为1且b权重因子设置为0(曲线712))和FMM度量(曲线714)示出了显著更平滑、较不突发性的用户吞吐量水平。

自然地，在不同的配置中获得的值将在系统配置和其他实验条件的基础上变化，但是检测到的趋势证实了不同的实施方式的预期行为。

因此，提供了一种确定性能度量以在基于非正交多路访问(NOMA)的多路访问通信系统中在候选用户的集合之中选择第一用户和第二用户以归属于子带的方法，其中，第一用户(k

图8示出了根据实施例的系统。如图所示，提供了一种用于在多路访问通信系统中将用户归属于多个子带中的一个或多个的系统800。

如图所示，系统包括呈现用户列表811的第一数据结构810。

系统800进一步包括指派处理器801，其适于编译用户对以供功率计算器处理，例如参考图1、2或3中的任一个的实施例所讨论的。

因此，指派处理器801可以访问用户列表811以获得用于选择第一用户的优先级信息，并且还可以访问呈现子带列表821的第二数据结构820，以在相关联的子带指派空间822中登记指派。

系统800进一步包括吞吐量计算器802，其适于针对相应的所选择的子带确定多个候选用户对，以用于可能指派给所选择的子带，每个候选用户对包括两个不同的用户，这两个不同的用户包括第一用户和候选第二用户，

并且适于确定使度量最大化的候选用户对，该度量反映由指派给正在考虑的子带(s)的任何用户对可实现的总吞吐量，作为由该相同的用户对在预定的前一时段内实现的已知吞吐量的一部分。

指派处理器801可以然后将使度量最大化的候选用户对指派给正在考虑的子带(s)。

因此，吞吐量计算器802访问第二数据结构820，以登记给每个候选用户对的功率指派，如存储在所选择的子带指派空间822中的。在一些实施例中，取决于用于确定子带内功率指派的方法，功率计算器还可以访问用户列表811以获得与相关联的用户信道增益空间812中的相应的用户相关联的信道增益值。

指派处理器801可以进一步适于：将多个候选对限制于包括候选第二用户的候选对的集合，所述候选第二用户的信道增益与第一用户的信道增益互补；以及作为初始子带指派将相应的第二子带指派给排除已经被指派给初始子带的任何用户的、属于使性能度量最大化的集合的用户，该性能度量反映所实现的吞吐量和/或用户之间的公平性。因此，指派处理器801可以访问第二数据结构820以取消与用户的非互补组合有关的候选对指定。图8通过线830表示候选对分组。如图所示，第一用户用粗体线链接。候选第二用户通过其他线表示，使得每个候选对包括粗体线和任何其他线。虚线表示与第一用户不互补的候选第二用户，并且因此被指派处理器的操作排除在外。

系统800适于迭代地处理针对每个子带的用户，直到当前的时隙中的所有子带已经被归属。出于同样的原因，系统800可以顺序地处理随后的时隙。

举例来说，图8的系统被表示为与蜂窝电话塔(例如，基站收发站)相关联。技术人员将理解的是，等效的功能可以同样地在诸如电话手持机之类的通信设备中或者在诸如基站控制器、移动交换中心等的通信网络的其他部分中实现。

将理解的是，可以设想替代的功能分组，以实现等效的操作。

尽管本发明已经在诸如蜂窝无线电通信之类的无线电通信的上下文中被一般地描述，但是将理解的是，实施例适用于许多其他上下文，其中可以设想NOMA类型通信。例如，可以在可见光通信领域中的光保真度(Li-Fi)发射器中采用实施例。Li-Fi发射器可以控制或包括一组发光二极管(LED)或光学传感器或光检测器，它们在诸如计算机、电话、时钟、家用或办公设备等的连接的对象中被连接或包括。在这样的实施例中，本发明被应用于用于成为局域网(LAN)的一部分的室内接入网络的多路访问通信系统中。

类似地，实施例可以用在自由空间光通信系统中的无线电中，例如通过对激光输出的调制来控制数据的传输。

上面给出了FTFMM度量的实施例，以用于在多路访问通信系统中将用户分配给子带。然而，技术人员将理解的是，本发明方法可以适于基于上述FTFMM度量中的一个的相反极值来将用户从多用户子带中移除，以例如使子带干扰最小化或停止通信的方式。

将理解的是，图8的系统或任何等效的功能分组可以进一步适于实现与上面参考图1至3中的任一项所描述的方法步骤的任何组合相对应的功能。

所公开的方法和/或功能分组可以采取完全硬件实施例(例如，FPGA)、完全软件实施例(例如，以根据本发明控制系统)或包含硬件和软件元素二者的实施例的形式。软件实施例包括但不限于固件、驻留软件、微码等。本发明可以采取可从计算机可用或计算机可读介质访问的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品提供程序代码以供计算机或指令执行系统使用或结合计算机或指令执行系统使用。计算机可用或计算机可读介质可以是任何装置，这些装置可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或结合指令执行系统、装置或设备使用。介质可以是电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或装置或设备)或传播介质。

这些方法和过程可以通过以下各项来实现：计算机应用程序或服务、应用编程接口(API)、库和/或其他计算机程序产品或这样的实体的任何组合。

将理解的是，本文描述的配置和/或方法在本质上是示例性的，并且这些具体实施例或示例不应被认为是限制性的，这是因为许多变型是可能的。本文描述的具体例程或方法可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个。因此，可以以所示出和/或描述的序列、以其他序列、并行地执行或省略所示出和/或描述的各种动作。同样，可以改变上面描述的过程的顺序。

本公开的主题包括本文所公开的各种过程、系统和配置以及其他特征、功能、动作和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合，以及它们的任何和所有等同物。