多址通信系统中对子带的功率分配的方法和装置

技术领域

本发明涉及在诸如正交多址(OMA)和非正交多址(NOMA)之类的多址通信系统中的功率分配。

背景技术

随着互联网应用的激增，预期到2023年通信网络支持的移动业务量将比现在支持的移动业务量大10倍。为了对这些约束做出积极响应，同时保持高水平的用户体验质量，应该针对未来的第五代(5G)移动通信系统大大改进系统容量和用户公平性。为此，非正交多址(NOMA)近期已经成为未来无线电访问的有希望的候选。通过利用附加的复用域、功率域，NOMA允许在正交频分复用(OFDM)层之上的发射机侧的每个子带上使多个用户共存，并且NOMA依赖于接收机侧的连续干扰消除(SIC)。NOMA的吸引人的特征是其目标为改进系统容量，同时实现用户公平性。因此，涉及NOMA的现有技术中的大部分都将比例公平性(PF)调度程序视为多用户调度方案，以在总用户吞吐量与其提供的用户公平性之间进行权衡。在近期的研究文献中已经提出了与基于NOMA的PF调度程序共同实现的几种功率分配算法。

在Y.Endo、Y.Kishiyama和K.Higuchi的“Uplink non-orthogonal access withMMSE-SIC in the presence of inter-cell interference”(proc.2012IEEEInt.Symp.on.Wireless Commun.Syst，2012)中，提出了一种小区间干扰感知传输和功率控制机制，并且以两步进行，然后基于PF度量进行用户选择。在第一步骤中，每个子带的用户传输功率由LTE(Long Term Evolution(长期演进)的缩写，由第3代合作伙伴计划(3GPP)的开发的第4代无线宽带技术)中使用的部分发射功率控制(FTPC)确定。然后，在第二步骤中，通过考虑调度的用户的候选集合来更新功率。仿真结果表明，与正交访问相比，NOMA与所提出的功率分配相结合大大地增强了系统级吞吐量。

在Y.Saito、A.Benjebbour、Y.Kishiyama和T.Nakamura的“System-LevelPerformance of Downlink Non-orthogonal Multiple Access(NOMA)Under VariousEnvironments”(proc.IEEE 81st VTC，2015)中，研究了在小型小区中的下行链路NOMA的系统级性能，其中在A.Benjebbour、A.Li、Y.Kishiyama、H.Jiang和T.Nakamura的“System-Level Performance of Downlink NOMA Combined with SUMIMO for Future LTEEnhancements”(proc.IEEE Globecom，2014年12月)中的完整搜索功率分配方案是在PT调度程序内进行的，以便选择用户对和功率分配的最佳组合。近期针对NOMA提出的功率分配算法中的一些没有考虑相等的子带间功率分配，而其他算法提出了在子带间的相等功率分配的不同的多用户功率分配方案。

在Y.Saito、A.Benjebbour、Y.Kishiyama和T.Nakamura的“System-levelperformance evaluation of downlink non-orthogonal multipleaccess(NOMA)”(proc.IEEE PIMRC，2013年9月)和A.Benjebbour、Y.Saito、Y.Kishiyama、A.Li、A.Harada和T.Nakamura的“A Concept and practical considerations of non-orthogonalmultiple access(NOMA)for future radio access”(proc.Int.Symp.on IntelligentSignal Process.and Commun.Syst.(ISPACS)，2013)中，引入了部分发射功率分配(FTPA)，以便在复用的用户之间分配功率，而认为每个子带的功率在所有频率块上为恒定的。在N.Otao、Y.Kishiyama和K.Higuchi的“Performance of non-orthogonal access with SICin cellular downlink using proportional fair-based resource allocation”(proc.Int.Symp.on Wireless Commun.Syst.，2012，第476-480页)中，对于所有子带，功率也维持恒定，但是基于迭代注水(waterfilling)的最佳功率分配方法用于在每个子带上的调度的用户之间分配功率。

考虑具有单个发射机和接收机天线的下行链路系统，该系统由每个小区K个用户组成，其中总系统带宽B被划分为S个子带，并且基站可允许的最大发射功率为Pmax。在K个用户中，选择要在每个频率子带s(1≤s≤S)上调度的用户的集合Us＝{k1,k2,…,k

其中

K是每个小区的用户的数量，

B是总系统带宽，

k

N是在子带上非正交调度的用户的数量，

U

k

S是系统中子带的数量，

s是所考虑的子带(1≤s≤S)，

P

发射功率分配约束由下式表示：

其中P

由于NOMA中的调度程序可以同时为多于一个用户分配一个子带，因此用户调度策略和功率分配算法会在很大程度上影响系统效率和用户公平性。已知“比例公平性”(PF)调度程序可以在这两个度量之间实现良好的权衡。

PF调度程序的目的是使用户吞吐量的对数和最大化，或者等效地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。在所提出的NOMA实现方式中的大多数中已经采用了该调度策略。调度算法跟踪在长度为t

其中R

对于每个子带s，考虑所有可能的候选用户集合，并且以以下方式选择调度的用户的集合Us来使PF调度度量最大化：

这种方法的困难在于基于例如比例公平性计算的功率分配取决于对指定子带上的用户吞吐量的了解，这暗示着用户已经被分配到特定子带。同时，在NOMA系统中，通常可以在给定子带上的用户的传输功率存在最大可能差异的情况下实现最大吞吐量，因此用户到子带的最佳分配要求了解每个用户可用的功率。因此，考虑因素是相互依存的。期望标识一种用于解决这种矛盾的机制，并且提供一种功率到子带的更优的分配的方法，从而带来改进的总体数据吞吐量和/或公平性。

发明内容

根据第一方面，提供了一种用于在多址通信系统中在时隙t中向每个子带指派功率的系统。该系统包括协调器，该协调器适于在针对一个或多个用户的指派的序列中选择子带以进行考虑，关于针对所考虑的子带的相应的临时子带功率分配将用户指派给相应的子带。该系统还包括功率计算器，该功率计算器适于针对子带的子集确定临时部分功率预算，该子带的子集包括在当前时隙中已经向其指派了用户的子带以及该序列中所考虑的子带，其中，总的可用功率的被确定为临时部分功率预算的部分对应于子集中的子带的数量相对于要被指派的子带的总数的部分；并且基于在当前时隙中已经被指派给子带的用户的信道增益，通过在子带的子集之间执行临时部分功率预算的注水分配来针对所考虑的子带确定临时子带功率分配。

根据本发明，在第二方面，提供了一种在多址通信系统中在时隙t中向每个子带指派功率的方法，其中，在针对一个或多个用户的指派的序列中考虑子带，关于针对所考虑的子带的相应的临时子带功率分配将用户指派给相应的子带。对于序列中所考虑的每个新的子带，方法包括针对子带的子集确定临时部分功率预算的步骤，该子带的子集包括在当前时隙中已经向其指派了用户的子带以及该序列中所考虑的子带。总的可用功率的被确定为临时部分功率预算的部分对应于子集中的子带的数量相对于要被指派的子带的总数的部分。基于在当前时隙中已经被指派给子带的用户的信道增益，通过在子带的子集之间执行临时部分功率预算的注水分配来针对所考虑的子带确定临时子带功率分配。

根据第二方面的发展，关于相应的临时子带功率分配将用户指派给相应的子带的步骤包括：计算使反映已知吞吐量和/或跨用户的公平性的性能度量最大化的集合。

根据第二方面的发展，方法包括以下另外的步骤：根据与针对每个子带选择的用户的组合相对应的注水算法的最后迭代，针对每个子带计算最终功率分配。

根据第二方面的发展，注水算法包括：确定子带衰减值，该子带衰减值与被指派给该子带的具有最高信道增益的用户的信道增益值的平方的倒数成正比；使用由相应的子带衰减值定义的针对每个子带的下限(floor)来分配临时部分功率预算。

根据第二方面的发展，方法包括以下另外的步骤：确定可指派给所考虑的子带的用户的每种可能的组合；评估可指派给所考虑的子带的用户的每种可能的组合；以及将优化性能度量的用户的无论哪个组合分配给所选择的子带。

根据第二方面的发展，方法包括以下另外的步骤：将除了已经被指派给初始子带的任何用户之外的用户指派给所考虑的子带作为初始子带指派，该用户作为该相应的子带的第一用户。确定可能指派给所考虑的子带的用户的多个候选对，其中用户的每个候选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。将多个候选对限制为候选对的集合，该候选对的集合包括候选第二用户，该候选第二用户的信道增益与第一用户的信道增益互补，并且指派相应的第二子带用户作为除了已经被指派给初始子带的任何用户之外的用户，并且使反映已知吞吐量和/或跨用户的公平性的性能度量最大化。

根据第三方面，提供了一种适于实现第二方面的步骤的装置。

根据第四方面，提供了一种适于实现第二方面的步骤的计算机程序。

根据第五方面，提供了一种计算机可读介质，其结合了第四方面的计算机程序。

附图说明

现在将参考仅出于说明的目的提供的附图描述本发明的上述和其他优点，其中：

图1示出了根据实施例的在多址通信系统中在时隙t中将功率分配给多个子带中的每一个的方法；

图2说明了根据图1的方法的注水方法的应用；

图3示出了关于相应的临时子带功率分配的将用户指派给相应的子带的示例性方法的步骤；

图4示出了子带衰减值的确定；

图5示出了根据实施例的在多址通信系统中将用户分配给多个子带中的一个或多个子带的方法；

图6示出了根据实施例的系统。

具体实施方式

为了进一步改进在诸如正交多址(OMA)和非正交多址(NOMA)之类的多址通信系统中实现的系统吞吐量，应该解决在子带之间最佳地分配总功率的问题。尽管以下说明和非限制性示例通过非限制性示例的方式集中于NOMA实现方式，但是将认识到的是，可以设想其中可应用相同方法的其他多址通信系统。

本发明提供了一种自适应注水方法，该方法在许多这种功率分配场景中很有用。

可以认为基于注水的方法类似于给具有不平坦下限的容器注水，其中每个子带的下限水平由子带的信道增益指示。浇在该下限上的“水”是要被分配的功率，根据此类比，在具有较低下限的区域中会聚集更多的功率。具有高信道增益的良好信道将具有较低的下限，并且基于此将接收可用功率中的更大比例。

通常假定在现有技术方法中要被分配的功率是总的可用传输功率，然而，在许多可能的实现方式中，这种方法可能不是最佳的。例如，在子带被顺序地处理的一些情况下，功率分配可以仅针对已经向其指派了用户和功率的子带加上当前所考虑的子带来执行。这将具有夸大针对要考虑的第一信道的指派可用的功率的作用，并且仅在已经针对所有子带对用户进行分配之后才给出适当的代表值。

根据本发明，与在每次迭代中分配所有可用功率相反，按比例分配可用功率。

图1示出了根据实施例的在多址通信系统中在时隙t中将功率分配给多个子带中的每一个的新公开的方法。

如所示的，方法开始于步骤100，然后进行到步骤110，在步骤110处，将子带添加到组中以进行考虑。然后，方法进行到步骤120，在步骤120处，针对要考虑的子带的组确定临时部分功率预算，该子带的组包括在当前时隙中已经向其指派了用户的子带(如果有的话，则这些子带在先前的迭代中)以及在步骤110处考虑添加的子带，其中总的可用功率的被确定为临时部分功率预算的部分对应于子集中的子带的数量相对于要被指派的子带的总数的部分。然后，方法进行到步骤130，在步骤130处，基于当前时隙中已经指派给子带的用户的信道增益，通过在子带的子集之间执行临时部分功率预算的注水分配来针对所考虑的子带确定临时子带功率分配。然后，方法进行到步骤140，在步骤140处，考虑是否已经针对所有子带执行了功率分配。在已经考虑了所有子带的情况下，方法在步骤150处终止，否则返回步骤110。

因此，提供了一种在多址通信系统中在时隙t中将用户指派给每个子带的方法，其中在针对一个或多个用户的指派的序列中考虑子带，关于针对所考虑的子带的相应的临时子带功率分配将用户指派给相应的子带。对于序列中所考虑的每个新的子带，方法包括针对子带的子集确定临时部分功率预算的步骤，该子带的子集包括在当前时隙中已经向其指派了用户的子带以及该序列中所考虑的子带，其中，总的可用功率的被确定为临时部分功率预算的部分对应于子集中的子带的数量相对于要被指派的子带的总数的部分，并且基于在当前时隙中已经被指派给子带的用户的信道增益，通过在子带的子集之间执行临时部分功率预算的注水分配来针对所考虑的子带确定临时子带功率分配。

将认识到的是，尽管提供了一种向子带指派功率的方法，但是前述内容没有提及将用户指派给那些子带的方式，或者如何在每个子带内的用户之间分配功率。下面通过非限制性示例的方式提出解决这些问题的许多可能的方法。

注水方法类似于给具有不平坦下限(如由不同的子带衰减值所指示的)的容器注水。给定特定的水量(其对应于总的传输功率预算)，它自然会找到其自己的水位，从而在任何点处的深度都将指示针对下层子带的功率分配。

这表示功率分配的合理机制，因为将最大功率投资在具有最高信道增益并且因此具有最低子带衰减值的子带中是有意义的，因为基于此进行分配有利地确保最高可能的总吞吐量速率。

根据某些实施例的改进的注水算法可以被视为隐含地确保跨所考虑的载波和已经向其指派了用户的所有其他子带指派的总功率等于总功率预算的一定比例，并且假设针对每个子带的功率的相等份额相对于总功率预算等于如上面所讨论的(s×Pmax/S)，并且使得针对到目前为止所考虑的每个子带，临时指派给该子带的功率与该子带的子带衰减值的总和是常数。

具体地，基于(如到目前为止针对所分配的子带所确定的)先前的水平和在当前子带s上调度的所考虑的用户的信道增益来预测水线(waterline)水平。

如果满足下式，则可以通过在s个子带之间最佳地共享总发射功率的一定比例(s×Pmax/S)来使所实现的吞吐量最大化：

其中P

在分配过程期间，在每个分配阶段s基于(5)在所分配的子带之间分配总发射功率的一定比例(s×Pmax/S)，结果是：

其可以被重写为：

当将功率分配给下一个子带(由s+1表示)时，由于调度程序会重新分配总功率的一定比例的量，因此仅在

因此，使用等式(7)和等式(8)，以下等式成立：

然后，阶段s+1的水线可以由以下公式表示：

因此，在调度过程的每个第s个步骤中，对于每个候选用户集合U，水线级别从下式得出：

其中

可选地，当在步骤140处确定已经针对所有子带确定了功率分配时，可以执行以下另外的步骤：根据与针对每个子带选择的用户的组合相对应的注水算法的最后迭代，针对每个子带计算最终功率分配，从而实现以最佳水平进行传输。

图2说明了根据图1的方法的注水方法的应用。

在某些实现方式中，子带衰减值可以用作所获得的用户的候选集合的信道增益的指示符，该子带衰减值与所选择的信道的增益的平方的倒数成正比，并且对于每个组合对应于与该候选集合中的用户相关联的信道增益值的最高值。

因此，在某些变型中，步骤130的注水算法可以包括确定与被指派给该子带的具有最高信道增益的用户的信道增益值的平方的倒数成正比的子带衰减值，并且使用由相应的子带衰减值定义的针对每个子带的下限分配临时部分功率预算。

如图2中示出的，在先前的迭代中已经将用户指派给子带1和子带2，并且在步骤110处被选择以进行考虑的新的子带是子带3。

示出了子带中的每一个(当前子带(子带3)以及之前的两个子带(子带1和子带2))的子带衰减值，其按大小的次序彼此相邻地布置，其中具有最低的子带衰减值的子带在左侧，并且具有最高的子带衰减值的子带在右侧。

因此，在图2中，具有子带衰减值231的当前子带(子带3)位于其他两个子带的左侧。根据上面的等式10和11，总功率预算可以被临时分配在所考虑的三个子带之间，使得被指派给所考虑的载波和已经向其指派了用户的所有其他子带的功率等于在阶段3分配的总发射功率的一定比例3Pmax/S(s＝3)，并且使得针对每个子带，被临时指派给该子带的功率与该子带的子带衰减值的总和是常数。

因此，如所示的，针对子带1隐含第一临时功率分配212，针对子带2隐含第二临时功率分配222，并且针对所考虑的子带(子带3)隐含第三临时功率分配232，使得在每种情况下，每个临时功率分配与对应的子带衰减值的总和将等于常数值201，并且三个值212、222、232的总和等于总发射功率的一定比例3Pmax/S。

如上面所提到的，尽管提供了一种向子带指派功率的方法，但是前述内容没有提及将用户指派给那些子带的方式，或者如何在每个子带内的用户之间分配功率。现在通过示例的方式提出解决这些问题的许多可能的方法。

关于相应的临时子带功率分配将用户指派给相应的子带的步骤可以包括计算使反映所实现的吞吐量和/或跨用户的公平性的性能度量最大化的集合。

图3示出了关于相应的临时子带功率分配将用户指派给相应的子带的示例性方法的步骤。

如图3中示出的，方法开始于步骤300，然后进行到步骤310，在步骤310处，选择子带以进行考虑。所选择的子带可以是系统中定义的子带中的任一个，因为根据本实施例，可以以任何次序考虑子带。

方法从步骤310进行到步骤311，在步骤311处，针对所考虑的子带确定用户的每种可能的组合。

如图4中示出的，仅出于说明的目的定义了4个用户。在该阶段，的确可以有要考虑的任何数量的候选用户。

在一些实现方式中，可以被指派给任何一个子带的用户的数量可以是固定的或有上限的或者可以是自由确定的，以便优化性能度量。特别地，可以被指派给任何子带的用户的数量可以扩展到两个以上。基于可能的候选用户集合的调度的用户之间最高的信道增益，水线计算将保持不变。然而，随着每个子带的可能的用户数量的增加，针对任何子带的可能的组合的数量将显著增加。如Y.Saito、A.Benjebbour、Y.Kishiyama和T.Nakamura在“System-level performance evaluation of downlink non-orthogonal multipleaccess(NOMA)”(IEEE PIMRC，2013年9月)中说明的，与每个子带2个用户相比，当每个子带调度3个用户时获得的增益约为1％。

在任何情况下，典型地可以向每个子带指派两个用户，并且出于下面通过示例方式讨论的实现方式的目的，出于简化描述和说明目的，假定情况就是如此。

如图4中示出的，用户1、2、3和4中的每个用户具有相应的信道增益值401、402、403、404。如所示的，用户1具有最高的信道增益或“h”值，用户2具有接下来的最高值，用户3具有接下来的最高值，并且用户4具有最低的信道增益值。在3G和4G系统中，通常将参数与关于信道的质量的信息从接收机反馈回发射机。根据本发明的一些实施例，这可以被视为信道增益值的指示符，并且假定根据本发明的NOMA的实现方式将提供某种类似的机制。因此，在任何实施例中，尽管注水是基于用户的信道增益被执行的，但是这不需要依赖于每个用户的信道增益的明确测量，而是还可以使用可以在系统中获得或得出的任何值，可以取该值作为对相应的用户的信道增益的指示。

如图4中示出的，如果有四个用户1、2、3和4，其中任何两个用户可以被指派给所考虑的信道，则存在六种可能的组合：包括用户1和用户2的组合410、包括用户1和用户3的组合420、包括用户1和用户4的组合430、包括用户2和用户3的组合440、包括用户2和用户4的组合450以及包括用户3和用户4的组合460。

根据图3的方法，方法从步骤311进行到步骤312，在步骤312处，在每个该组合中选择具有最高信道增益的用户的信道增益值。因此，如图4中示出的，对于组合410，选择与用户1的信道增益相对应的最高信道增益值401；对于组合420，选择与用户1的信道增益相对应的最高信道增益值401；对于组合430，选择与用户1的信道增益相对应的最高信道增益值401；对于组合440，选择与用户2的信道增益相对应的最高信道增益值441；对于组合450，选择与用户2的信道增益相对应的最高信道增益值402；并且对于组合460，选择与用户3的信道增益相对应的最高信道增益值403。

基于此，在如下面所讨论的其中基于子带衰减值来执行注水的某些实施例中，可以针对每个组合计算对应的子带衰减值，从而反映该组合中的用户的最高信道增益。因此，如图4中示出的，对于组合1，获得子带衰减值411；对于组合2，获得子带衰减值421；对于组合3，获得子带衰减值431；对于组合4，获得子带衰减值441；对于组合5，获得子带衰减值451；并且对于组合6，获得子带衰减值461。

出于说明的目的，图4的示例是简化的场景。特别地，将认识到的是，在某些情况下，可以将用户1、2、3和4中的任一个单独指派给所考虑的信道，这将带来四个附加的候选用户集合。这等效于退回到每个子带只有一个用户的纯正交分配。这保证了所获得的系统不会表现出比正交情况更差的性能。

接下来，图3的方法从步骤312进行到步骤313，在步骤313处，针对可以被指派给所考虑的信道的用户的每个组合确定子带衰减值。

图4示出了子带衰减值的确定。

如所示的，示出了用户的每个组合410、420、430、440、450、460，并且在每种情况下示出了相应的子带衰减值411、421、431、441、451、461。在每种情况下，该子带衰减值与在步骤312处选择的所选择的信道增益值的平方的倒数成正比，并且对于每个组合对应于与该组合中的用户相关联的信道增益值的最高值。

可选地，子带衰减值可以等于总传输带宽乘以噪声功率再除以所选择的信道增益值的平方乘以子带的总数，或者等于

接下来，方法从步骤313进行到步骤320，在步骤320处，对于可指派给所考虑的子带的用户的每种可能的组合，针对所考虑的子带和已经向其指派了用户的所有其他子带计算临时功率指派。使用如在步骤313处确定的由相应的子带衰减值定义的针对每个子带的下限，跨所选择的子带和先前选择的每个子带使用注水算法进行这些计算。因此，该步骤对应于如上面所描述的针对多个候选对组合执行的步骤120。

方法现在从步骤320进行到步骤321，在步骤321处，从在步骤320处考虑的那些用户中选择用户的组合。

由于临时功率分配值的可用性，因此在该步骤处确定吞吐量值是可能的。

具体地，基于针对所考虑的子带以及可指派给所考虑的子带的用户的每种可能的组合确定的相应的临时功率分配(如在步骤320处确定的)，可以针对所考虑的子带以及可指派给所考虑的子带的用户的每种可能的组合确定性能度量值。

取决于用户和系统优先级，例如关于公平性、吞吐量等表述的各种性能度量可以是适当的。合适的性能度量可以基于以传输功率分配为基础的吞吐量预测。基于公平性的性能度量也可以是合适的。此外，基于公平性和吞吐量两者的度量(例如，上面提出的比例公平性计算或其变型)也可以是适当的。在其中不要求公平性最大化的应用中，可以从PF度量中消除历史速率。然后，决策度量可以仅基于吞吐量最大化。

另一种可能性是使用容量限制，以使用公式1预测吞吐量并且估计公式4中的比例公平性度量。

因此，基于部分发射功率分配(FTPA)，在集合U中的调度的用户之间共享P

可以针对用户的每个组合执行该计算，并且选择提供最佳吞吐量的无论哪个组合以及针对该组合确定的临时功率分配，以将其确定性地指派给所考虑的子带。

为了选择最佳候选用户集合，可能仅要求在所选择以进行考虑的子带处使用等式11进行功率估计。无需在每个阶段重新估计在先前分配的子带上的功率。可以在调度过程结束时(在已经分配了所有子带之后)使用最终水线水平执行功率分配，以产生在所有子带上的最终用户的功率水平。

由此，在步骤321处，将提供最佳性能度量值的用户的无论哪个组合指派给所考虑的子带。

最后，在步骤340处，根据上面的步骤310至321，确定是否已经针对用户的指派和功率的分配考虑了系统中的所有子带。并且在至少一个子带尚未被考虑的情况下，方法返回到步骤310，在步骤310处，从尚未被考虑的那些子带中选择新的子带。否则，方法在步骤350处终止。

将认识到的是，尽管图3的方法建议在步骤310至321中对不同的用户组合场景进行并行处理，但是对于选择信道增益值、确定子带衰减值、计算临时功率指派、确定性能度量的步骤中的任一个或者全部，一次针对一个用户组合场景依次执行这些步骤以及循环返回以针对每个用户组合场景重复相同的步骤直到已经考虑了所有用户组合场景为止将完全等效。

还将认识到的是，虽然跨临时或确定性的用户分配对其可用的子带应用注水算法意味着针对每个子带进行功率分配，但是不一定将其转换为针对每个子带的实际功率值。图1或图3的步骤的实现方式仅要求实际功率值可用于所考虑的子带。一旦已经基于针对要被考虑的最后一个子带的用户组合执行的注水算法做出确定性的用户分配，则可以针对所有子带获得确定性的功率值。然而，也可以在每次执行注水算法时或者在每次基于注水算法的一系列迭代将用户的组合确定性地指派给子带时都获得功率值。

因此，在根据针对所选择的子带的注水算法计算临时功率分配的步骤处，可以进一步针对先前根据注水算法选择的每个子带计算临时功率分配。

可替代地，在将优化性能度量的用户的无论哪个组合分配给所选择的子带的步骤之后，方法可以包括以下另外的步骤：针对先前根据注水算法选择的每个子带计算临时功率分配，该临时功率分配对应于针对每个子带选择的用户的组合。

因此，图1或图3的方法可以包括以下另外的步骤：确定可指派给所考虑的子带的用户的每种可能的组合；评估可指派给所考虑的子带的用户的每种可能的组合；以及将优化性能度量的用户的无论哪个组合分配给所选择的子带。

通过进一步的示例的方式，下面讨论图1的方法的某些其他可选的实现方式。

图5示出了根据实施例的在多址通信系统中将用户分配给多个子带中的一个或多个子带的方法。具体地，提供了一种在多址通信系统中在时隙t中从候选用户的池U中选择用户以将其分配给多个子带的方法。

在时间和频率上分配资源之后，访问被授权。分配被划分到多个时隙中。时隙是通信系统中的基本时间分配单位。例如，在4G系统中，时隙等于1ms。对于每个时隙，顺序地分配子带，直到达到每个时隙的子带的总数为止。

该实施例涉及针对每个用户的初始子带指派。根据本实施例，一旦所有用户已经接收到初始指派，就可以发生随后的子带指派，如下面参考某些其他实施例所描述的。该方法的示例性细节在下面更详细地呈现。

如图5中示出的，方法开始于步骤500，然后进行到步骤510，在步骤510处，将新的子带添加到组中以进行考虑，如上面参考图1的步骤110所讨论的。接下来，方法进行到步骤511，在步骤511处，在当前时隙t中将用户指派给相应的所选择的子带作为初始子带指派，该用户作为该相应的所选择的子带的第一用户。在该步骤511处被指派的用户可以是除了已经被指派给初始子带的用户之外的任何用户。

可以根据各种基础来选择要在该步骤511处指派的用户。在某些实施例中，方法可以包括以下另外的步骤：在指派步骤之前根据标准以优先级的次序对所有用户进行排序。基于此，在步骤511处，指派的用户可以是除了在时隙t中已经被指派给初始子带至所选择的子带的任何用户之外的具有最高优先级的用户。

因此，可以在分配过程开始时使用优先级列表以在每个子带上选择第一用户。该优先级列表背后的想法是，使得所有用户在分配过程开始时至少一次被授予一个子带(和某些吞吐量)。在第一时隙中，可以创建优先级列表：在基站(BS)中对所有K个用户进行排序。一旦在步骤511中选择了用户，就将这些用户从该优先级列表中移除。在随后的时隙中，如果列表不为空，则仅对其余的用户再次进行排序(更新优先级列表)。在至少一个用户在指派过程期间尚未被指派任何子带时，使用所得到的优先级列表。

在某些其他实施例中，以优先级的次序对用户进行的这种排序可以包括：针对跨所有子带的每个用户，以针对当前时隙测量的最佳信道增益的次序对用户进行排序，其中，具有最高优先级的用户是具有最低的最佳信道增益的用户。

最低的最佳信道增益(“最低的最佳h”)排序提供了(关于小区边缘用户吞吐量和总小区吞吐量的)良好的性能。可以基于可用子带上的用户的信道增益体验在基站处对用户进行排序，h

在某些其他实施例中，可以随机选择用户。这可以包括根据随机排序以优先级的次序对所有用户进行排序的另外的步骤，该步骤可以以比其他排序方法更低的处理开销来执行。

子带指派

将用户1(k

在从优先级列表指派用户的实施例中，在该阶段中，如果优先级列表不为空，则可以从列表中移除指派的用户k

出于本说明的目的，对于当前时隙，预计吞吐量是在已经向其分配了用户的每个子带上的用户可实现的吞吐量的总和，并且已知吞吐量代表用户在预定的历史时段内实现的平均吞吐量，并且已知吞吐量可以包括或不包括预计吞吐量。

基于使用优先级列表的这些实施例，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，则如上面所讨论的在初始子带指派阶段中选择第一用户可以关于优先级列表不为空(即，尚未针对所有用户指派子带，或者等效地不具有任何吞吐量)来描述，在这种情况下，可以根据优先级列表给出的次序来执行选择要被指派给子带的下一个用户作为用户1。类似地，当优先级列表为空时(即，现在已经针对所有用户指派了子带，或者等效地具有非零吞吐量)，可以设想如下面描述的替代选择机制。

接下来，方法从步骤511进行到步骤512，在步骤512处，确定用户的多个候选对以将其可能指派给所选择的子带，其中用户的每个候选对包括两个不同的用户，这两个不同的用户包括第一用户(如在步骤511处指派给子带的)和候选第二用户。

在步骤520处，基于如上面关于图1的步骤120所讨论的针对该组确定的部分功率预算，将临时功率分配指派给用户的每个候选对的所选择的子带。

可以在用户之间相等地分配功率，或者可以将其他策略应用于在子带内的被分配给该子带的用户之间的功率分配(例如，FPA-固定功率分配、FTPA-部分发射功率分配或完全搜索功率分配)，所有这些方法都与本公开兼容并且包含在本公开中。

为了进一步改进在NOMA中实现的系统性能，应该解决在子带之间最佳地分配用户的问题。这可以带来改进的用户公平性和/或增加实现的系统吞吐量。

针对用户k

类似地，可以通过各种机制在子带之间分配总的可用发射功率。一个示例是基于相等的功率分配。可替代地，根据某些替代实施例，可以在配对过程期间执行临时PA。这提供了尝试标识用户之间最佳功率分配的机会。

因此，在步骤530处，基于部分功率预算的注水分配在子带之间分配功率，如上面关于图1的步骤130所描述的。

基于此，将Pmax/S指派给第一子带，并且针对该子带不要求进一步的子带间计算。在连续的迭代中，在时隙中针对第s个子带被指派的子带间功率分配s×Pmax/S(s＞1)被跨前s个子带临时指派。在这些稍后的迭代中，在考虑多于一个子带的情况下，使用如下面更详细描述的迭代注水程序在所有s个子带之间重新分配该功率。

最初，获得针对用户的每个候选集合的子带衰减值，该子带衰减值与所选择的信道的增益的平方的倒数成正比，并且对于每个组合对应于与该候选集合中的用户相关联的信道增益值的最高值。

可选地，子带衰减值可以等于总传输带宽乘以噪声功率再除以所选择的信道增益值的平方乘以子带的总数，或者等于

然后可以针对所考虑的子带计算临时功率指派。这是使用注水算法跨所选择的子带和先前选择的每个子带并且使用由相应的子带衰减值定义的针对每个子带的下限计算出的。

在步骤531处，将多个候选限制为候选对的集合，该候选对的集合包括候选第二用户，该候选第二用户的信道增益与第一用户的信道增益互补。

互补信道增益是一种信道增益，使得将具有该信道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：总子带吞吐量大于可以通过针对相应的子带将所有可用功率指派给第一用户而实现的子带吞吐量，如由针对用户的对应的候选对的临时功率分配所指示的。

在某些实施例中，互补的第二用户可以是其信道增益与第一用户k

可以设想用于标识这种互补用户的不同机制。在第一种“蛮力”实现方式中，可以针对要为其指派第二相应的用户的子带s的所有用户k

将认识到的是，针对k

基于此，仅需要保留用户k

接下来，图5的方法从步骤531进行到步骤532，在步骤532处，将相应的第二子带用户指派给除了已经被指派给初始子带的任何用户之外的用户(作为初始子带指派)，该用户属于使反映已知吞吐量和/或跨用户的公平性的性能度量最大化的集合。

既然候选用户的互补对的集合是可用的，图5的方法可以继续选择这些用户的候选对中的一个，以将所选择的第二候选用户确定性地分配给所选择的子带。

在步骤532处，第二子带用户可以被选择作为候选第二用户，该候选第二用户受反映跨用户的公平性的因素的影响而使反映系统吞吐量的度量最大化。

存在多种适于选择受反映跨用户的公平性的因素的影响的第二用户的度量，其示例将在说明书的以下部分中呈现。

适用于步骤532的度量的第一示例被称为“灵活吞吐量对公平性最大化度量”(FTFMM)。

根据FTFMM度量，选择第二用户k

其中

·当与k

·R

其中T

·R

该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用户对的子带s上的NOMA吞吐量，并且分母表示那些相同用户的加权累积的已知吞吐量。

参数a和b是可选的，并且可以取0到1之间的值，以便提供一种改变一方面的公平性以及另一方面的吞吐量的相对重要性的机制。值a和b可以具有0和1之间的任何期望值，其总体加权效果由两个值之间的比率定义。

如果a＝0，则第二候选用户的已知吞吐量未计入度量中，并且对用户k

如果b＝0，则通过考虑NOMA吞吐量以及用户k

在其他情况下(0

与仅具有用户k

基于前述度量的用户选择通常包括标识使度量最小化或最大化的用户。将认识到的是，由于度量被表示为一个因子除以另一个因子，因此期望的用户是使度量最大化还是最小化将取决于采用哪个因子作为分子以及哪个因子作为分母。通常，这可以被称为标识导致两个因素之间的比率达到极值的用户。

因此，这是在针对特定子带选择第二用户中适用的度量的一个示例，其中第二子带用户被选择作为候选第二用户，该候选第二用户导致度量达到极值，该度量反映包括被指派给所考虑的子带的第一用户和相应的候选第二用户的每个用户对可实现的总吞吐量与在预定的先前时段内相同用户对实现的已知吞吐量之间的比率。

适用于步骤532的度量的第二示例被称为“公平性最大化度量”(FMM)。根据此度量，选择使以下度量最小化的用户k

·R

如果在当前分配时隙t中尚未为用户k’指派任何子带，则

·

该度量的最小化倾向于有利于用户k

在等式(13)中，所考虑的候选第二用户k没有明确出现在分子或分母的表述中，但是其实际上通过预计吞吐量R

举例说明：

ο在相等功率分配的情况下：取决于对用户k的选择，仅影响所考虑候选第二用户k和所选择的第一用户k

ο在迭代注水的情况下(如上面所描述的)：对用户k的选择会影响R

因此，这是在针对特定子带选择第二用户中适用的度量的一个示例，其中第二子带用户被选择作为候选第二用户，该候选第二用户导致在预定的先前时段内每个用户的平均吞吐量与所有用户的平均吞吐量之间的匹配达到极值。

适用于步骤532的度量的第三示例是灵活吞吐量对公平性最大化度量的变型，其中选择使以下度量最小化的用户k

最小化度量倾向于有利于用户k

该度量计算要求临时或最终的功率分配(PA)，这取决于PA策略。

因此，这是在针对特定子带选择第二用户中适用的度量的一个示例，其中第二子带用户被选择作为候选第二用户，该候选第二用户导致度量达到极值，该度量反映以下两者之间的比率：包括被指派给所考虑的子带的第一用户和相应的候选第二用户的每个用户对可实现的总吞吐量；以及在预定的先前时段内每个用户的已知吞吐量相对于在预定的先前时段内所有用户的平均吞吐量的偏差的总和。

与NOMA中的常规的比例的公平性相比，本发明的所有实现方式有利地提供了显著的改进(在不到10ms或更短的时间内达到0.1的Gini公平性)，除了其中a加权因子被设置为0且b加权因子被设置为1的FTFMM度量，其示出了相对较小的改进。

随着时间的推移，其中“a”加权因子被设置为1且“b”加权因子被设置为0的FTFMM度量和FMM度量示出更为平滑、更少突发性的用户吞吐量水平。

发明人已经通过实验证实，采用其中“a”加权因子被设置为0且“b”加权因子被设置为1的FTFMM度量的图1的方法的实现方式为所有数量的子带提供了吞吐量的显著改进(大约40％)，而采用其中“a”加权因子被设置为0.5且“b”加权因子被设置为0.5或“a”加权因子被设置为1且“b”加权因子被设置为0的FTFMM度量提供了一些改进(大约10％)，而FMM度量与常规的比例公平性相比提供不那么重要的改进。考虑不同数量的用户的吞吐量时，相同的一般分配是相同的，尽管在较少数量的用户(实验中为10个)的情况下，性能差异受到限制，但是当采用其中“a”加权因子被设置为0且“b”加权因子被设置为1的FTFMM度量时，性能差异的增长非常快以进行较大的用户计数。

自然地，在不同配置中获得的值可以基于系统配置和其他实验条件而变化。

尽管如上面所讨论的，已经提出了一定数量的示例性度量，但是将认识到的是，可以设想这些通用方法的许多变型，可以基于特定实现方式中不同操作参数的相关重要性来选择其任何一种。

如图5中示出的，方法接下来在步骤540处确定是否已经考虑了所有子带，并且在仍然有子带要被考虑的情况下，返回步骤510，否则方法在步骤550处终止。基于此，方法可以被可选地认为包括另外的步骤，然后重复以下步骤：将第一用户指派给所选择的子带；将功率分配临时指派给所选择的子带；以及将第二用户指派给所选择的子带，直到在当前时隙中的所有子带都已经被分配。

图5的在多址通信系统中将用户分配给多个子带中的一个或多个子带的方法实现了在任何感兴趣的时间范围内的用户之间的公平性，并且减少了达到所要求的公平性的收敛时间，从而实现了短期公平性，这在要求准恒定用户速率时特别有益，该方法不要求深度缓冲并且与低延迟约束兼容。此外，与传统的PF调度程序相比，该方法提供了更高的总小区吞吐量。该方法可以与不相等功率分配技术(例如，注水)相关联。对于NOMA方案，该解决方案有利地提供了针对每个子带分配的测试的用户对的数量减少，从而与PF相比，导致复杂度降低。

如上面所提到的，图5的实施例涉及针对每个用户的初始子带指派。根据另一种机制，一旦所有用户已经接收到初始指派，则随后发生的子带指派就可以发生。这可以在这样的上下文中发生：在需要通信的用户的集合之间选择用户1作为体验最低的总的实现的吞吐量的用户；或者可替代地，在需要通信的用户的集合之间选择用户1作为体验其预计吞吐量与其目标吞吐量之间的最大距离的用户。

在任一情况下，基于此，在步骤532处，可指派用户的集合为空，没有被指派给对应于该空集合的子带的第二用户，并且仅基于第一用户的指派，认为针对所选择的子带的用户指派完成。

基于此，一旦认为在当前时隙中针对所有子带的用户指派完成，则在一些用户尚未被指派给任何子带作为初始时隙指派的情况下，方法可以包括以下另外的步骤：继续重复以下步骤：将第一用户指派给所选择的子带作为初始子带指派；将功率分配临时指派给所选择的子带；以及将第二用户指派给所选择的子带作为初始子带指派；以及针对连续的时隙选择新的子带，直到所有用户都被指派了子带为止。

如上面所提到的，图5的实施例涉及针对每个用户的初始子带指派。根据另一种机制，一旦所有用户已经接收到初始指派，则随后发生的子带指派就可以发生。特别地，一旦已经将所有用户指派给子带作为初始子带指派，就可以将当前时隙中的任何其余子带以及随后时隙中的每个子带指派为第一用户，即具有最低的总的已知吞吐量的用户，其中每个用户被指派给当前没有向其分配第一用户的、为该用户提供最高信道增益其余子带。这种方法可能尤其适用于没有为用户指派吞吐量目标的情况。

可替代地，一旦已经将所有用户指派给初始子带，则对于当前时隙中的任何其余子带以及随后时隙中的每个子带，可以将用户指派为第一用户，其已知总吞吐量与针对该用户定义的相应的目标吞吐量相差最远，其中每个用户被指派给当前没有向其分配第一用户的、为该用户提供最高信道增益的其余子带。这种方法可能尤其适用于为用户指派吞吐量目标的情况。

初始子带分配的单独处理有利地有助于确保快速地服务所有用户，从而以准最佳方式减少服务等待时间。在该初始阶段之后，可以根据系统/用户要求(例如在最大努力或目标吞吐量的基础上)服务用户。如上面所描述的初始阶段允许改进短期公平性，并且随后的阶段则有助于保证高吞吐量和良好的长期公平性。

方法可以包括向每个子带的每个用户指派最终功率分配的另外的步骤。例如，一旦在当前时隙中针对每个子带完成所有用户分配，就可以针对该子带执行该步骤。可以通过如上面所描述的注水方法的最终迭代来执行最终功率分配。

可以提供以下另外的步骤：基于指派给每个子带的相应的第一用户和第二用户以及针对该子带的最终功率分配来计算针对这些子带的最终实际吞吐量值；以及将该最终实际吞吐量与每个相应的用户在每个相应的子带上可以单独实现的吞吐量进行比较，并且在相应的最终实际吞吐量小于相应的用户在任何相应的子带上可以单独实现的吞吐量的情况下，撤销指派给该相应的子带的第二用户并且将所有可用于该子带的功率分配给相应的第一用户。

因此，提供了一种方法，该方法包括以下另外的步骤：

·将除了已经被指派给初始子带的任何用户之外的用户指派给所考虑的子带作为初始子带指派，该用户作为该相应的子带的第一用户，

·针对所考虑的子带，确定可能指派给所考虑的子带的用户的多个候选对，用户的每个候选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，

·将多个候选对限制为候选对的集合，该候选对的集合包括候选第二用户，该候选第二用户信道增益与第一用户的信道增益互补，并且

·指派相应的第二子带用户作为除了已经被指派给初始子带的任何用户之外的用户，并且使反映已知吞吐量和/或跨用户的公平性的性能度量最大化。

因此，根据某些实施例，提供了一种用于在多址通信系统中向子带指派功率的方法和系统，其中，将用户迭代地指派给子带，并且在每次迭代时，针对子带的子集确定临时部分功率预算，该子带的子集包括在当前时隙中已经向其指派了用户的子带以及序列中所考虑的子带，其中，总的可用功率的被确定为临时部分功率预算的部分对应于子集中的子带的数量相对于要被指派的子带的总数的部分，并且基于在当前时隙中已经被指派给子带的用户的信道增益，通过在子带的子集之间执行临时部分功率预算的注水分配来获得针对所考虑的子带的临时功率分配。基于此将功率分配给子带倾向于改进总体数据吞吐量和/或公平性。

尽管上面已经关于图3和图5呈现了基于图1的自适应注水算法的某些示例性实施例，但是将认识到的是，下面的步骤将适用于本领域技术人员容易想到的许多其他上下文，包括用户指派要求对分配的功率进行估计的任何上下文。尽管前述示例主要涉及NOMA上下文，但是将认识到的是，本发明同样适用于OMA实现方式。

图6示出了根据实施例的系统。如所示的，提供了一种用于在多址通信系统中在时隙t中向每个子带指派功率的系统600。该系统包括协调器601，该协调器601适于在针对一个或多个用户(如所示的，这些用户在用户列表611中被列举)的指派的序列中选择子带(如所示的，这些子带在子带列表621中被列举)以进行考虑。关于针对所考虑的子带的相应的临时子带功率分配将用户指派给相应的子带。系统600还包括功率计算器602，该功率计算器602适于针对子带的子集确定临时部分功率预算，该子带的子集包括在当前时隙中已经向其指派了用户的子带以及该序列中如由协调器601指定的所考虑的子带，其中，总的可用功率的被确定为临时部分功率预算的部分对应于子集中的子带的数量相对于要被指派的子带的总数的部分。功率计算器602还适于基于在当前时隙中已经被指派给子带的用户的信道增益，通过在子带的子集之间执行临时部分功率预算的注水分配来针对所考虑的子带确定临时子带功率分配。

将认识到的是，可以设想替代功能分组，从而实现等效操作。

通过示例的方式，图6的系统被表示为与蜂窝电话塔(例如，基地收发站)相关联。本领域技术人员将认识到的是，等效功能可以在诸如电话听筒之类的通信设备中或在诸如基站控制器、移动交换中心等之类的通信网络的其他部分中等同地实现。

将认识到的是，图6的系统或任何等效功能分组还可以适于实现与上面参考图1至图5中的任何一个所描述的方法步骤的任何组合相对应的功能。

所公开的方法可以采取完全硬件实施例(例如，FPGA)、完全软件实施例(例如，用于控制根据本发明的系统)或包含硬件元件和软件元素两者的实施例的形式。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，该计算机可用或计算机可读介质提供程序代码以供计算机或指令执行系统使用或与其结合使用。计算机可用或计算机可读可以是可以包含、存储、通信、传播或传输供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序的任何装置。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。

因此，提出了这样一种机制：基于迭代地应用注水算法以跨子带的渐进式子集分配功率以跨该子带的子集临时分配功率预算，其中在每次迭代中，针对可指派给新考虑的子带的用户的每种可能的组合，使用与该组合中的任何用户的最高信道增益值的平方的倒数成正比的针对该子带的下限执行注水算法，并且针对该组合计算吞吐量以及对应的功率分配，由此针对下一次迭代保留的组合(带有一个附加子带)是优化性能度量的无论哪个组合。因此重复该过程，直到将用户指派给所有子带为止，随后根据注水算法的最后迭代计算确定性功率分配。

这些方法和过程可以借助于计算机应用程序或服务、应用程序编程接口(API)、库和/或其他计算机程序产品或这些实体的任何组合来实现。

将理解的是，本文描述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些特定的实施例或示例不应被视为具有限制意义，因为多种变型是可能的。本文描述的特定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，可以以所示和/或描述的序列、以其他序列、并行地执行所示和/或描述的各种动作或省略这些动作。同样地，可以改变上面描述的过程的次序。

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