本发明涉及本发明涉及到无线通信物联网技术领域，具体涉及nb-iot系统中mtc用户成簇的非正交接入方法。
背景技术：
第五代(5g)移动网络服务有三种典型的使用场景，包括增强型移动宽带(embb)、大型机器型通信(mmtcs)和超可靠低延迟通信(urllcs)。与embb不同，mmtc和urllc主要针对物联网服务，被认为是国际电信联盟(itu)所特有的两种机器式通信(mtcs)。mmtc和urllc设备作为物联网的两个重要推动者，具有不同的特点。mmtc要求一个小区中共存的大量活动低功耗设备的连接性，这些设备以秒或小时的数量级传输延迟要求宽松的小数据包。与mmtc不同，超可靠的数据传输对于urllc设备至关重要，同时它们用于关键应用时具有低延迟要求。
为了支持下一代移动网络的mtc，第三代合作伙伴计划(3gpp)对窄带物联网(nb-iot)技术进行了标准化。特别是，nb-iot在下行链路和上行链路180khz的窄带宽上为低功率mtc设备提供广域的节能通信。
公开号cn111669836a公开一种nb-iot系统中上行链路资源调度方法，对nb-iot业务进行分类并采取不同的资源调度策略。公开号cn111683410a公开一种基于nbiot协议的应急性无线网络资源分配方法，应用于多监控终端节点构成的上行物联网网络。非正交多址接入(noma)技术能够通过功率域的叠加编码，使得多个的用户同时接入相同的频域或时域资源块，并使用串行干扰消除(sic)技术对不同的用户进行依次解码，可以有效地提高资源利用率。因此，noma可以帮助nb-iot系统满足其大规模连接和高频谱效率的需求。
但是，在nb-iot系统中，很少有研究工作利用noma技术提升接入用户的数目，尤其是以成簇的方式保证不同服务质量需求(qos)的mtc用户接入网络。
技术实现要素：
本发明提出了一种新的基于noma的物联网模型，移动终端设备被分组到不同的noma簇中，并且在簇成员之间共享相同的频率资源。考虑到小区内干扰、传输功率和服务质量要求，mtc设备在每个noma簇中进行排序。目标是通过优化mtc设备的noma分簇和功率分配来最大化mtc设备的总下行链路传输速率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明所采用的技术方案有：nb-iot系统中mtc用户成簇的非正交接入方法。具体而言，mtc设备被划分为不同的noma簇，并且在簇成员之间共享相同的频率资源。考虑到小区内的干扰、传输功率和qos要求，对每个noma簇中的mtc设备进行排序。因此，根据noma簇成员的需求，将频谱资源分配给noma簇。其特征在于：包含一下步骤：
步骤s1：建立基于mtc设备的noma下行nb-iot通信系统，该系统装配一个配有n个天线的基站，服务于k个用户，其中用户为两种不同类型的机器式通信(mtc)设备，包括u个大规模机器类型通信(mmtc)设备和m个超可靠低速度通信(urllc)设备。mmtc和urllc设备作为iot的两个重要促成因素具有不同的特点。mmtc要求在一个小区中同时存在大量活跃的低功耗设备，这些设备以秒或小时的顺序传输延迟要求宽松的小数据包。与mmtc不同，超可靠的数据传输对于urllc设备来说是必不可少的，因为它们用于关键应用，延迟严格限制在10毫秒或以内。注意，与mmtc设备相比，urllc设备具有更高的数据速率要求。因此，在每个簇中，与mmtc设备相比，要求urllc设备具有更低的等级。
步骤s2：基站分别获取到urllc和mmtc设备的下行信道信息，在满足qos要求的前提下，根据其获得的平均信道增益，首先对urllc设备进行排序分组成簇，然后再对mmtc设备进行排序分组成簇。
步骤s3：分组成簇完成后，首先对每一簇组进行功率分配，使得不同的簇组之间的功率相等，进而分别对簇内urllc和mmtc设备进行功率分配。
进一步地，步骤s2包含以下子步骤：
步骤s21：第一个阶段是urllc成簇，根据其平均信道增益对urllc设备进行降序排列，即，
步骤s22：在urllc簇过程中，如果urllc设备的数量u小于noma簇的用户数量c，urllc设备{1,...,u}被分配到noma簇的最低级别(k＝1)。基于mmtc设备的平均信道增益，同样对mmtc设备进行降序排列，即，
步骤s23：如果urllc设备的数量u大于noma簇的用户数量c，那么urllc设备{1,...,c}被分配到noma簇的最低级别(k＝1)，则剩余的设备{c 1,...,u}将被分配到更高的簇级别。将
进一步地，步骤s3包含以下子步骤：计算功率分配
其中，功率分配系数α>1，ln代表第n个簇中的用户数量，那么每个簇中的第一个用户的功率为：
通过固定功率分配系数α，每个用户的功率可以得出。
本发明相较于现有技术，具有以下的有益效果：
本发明的nb-iot系统中mtc用户成簇的非正交接入方法，考虑到了小区内干扰、传输功率和服务质量要求，mtc设备在每个noma簇中进行排名；优化mtc设备的noma成簇和资源分配使得mtc设备的总下行链路传输速率最大化。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明所提出的分组成簇方案的具体实施步骤。
图2为本发明与不进行分组成簇的系统频谱效率性能对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
nb-iot系统中mtc用户成簇的非正交接入方法，如图1所示，具体步骤如下：
建立基于mtc设备的noma下行nb-iot通信系统，该系统装配一个配有n个天线的基站，服务于k个单天线用户，其中用户为两种类型的机器通信(mtc)设备，包括大规模机器类型通信(mmtc)设备和超可靠低速度通信(urllcs)设备。mmtc设备要先于urllc设备解码。
s1、基站获取用户的下行信道信息。
s2、在满足qos要求的前提下，根据用户的平均信道增益进行分组成簇。
s3、分组之后，对用户进行功率分配。
具体地，在s2中，第一个阶段是urllc成簇，根据其平均信道增益对urllc设备进行降序排列，即，
在urllc簇过程中，如果urllc设备的数量u小于noma簇的用户数量c，urllc设备{1,...,u}被分配到noma簇的最低级别(k＝1)。与urllc成簇方法类似，基于mmtc设备的平均信道增益，同样对mmtc设备进行降序排列，即，
如果urllc设备的数量u大于noma簇的用户数量c，那么urllc设备{1,...,c}被分配到noma簇的最低级别(k＝1)，则剩余的设备{c 1,...,u}将被分配到更高的成簇级别。将
进一步地，步骤s3包含以下子步骤：计算功率分配
其中，功率分配系数α>1，ln代表第n个簇中的用户数量，那么每个簇中的第一个用户的功率为：
通过固定功率分配系数α，每个用户的功率可以得出。
在上述实施例步骤下，进行仿真，从而说明本发明的有益效果。如仿真结果图2，在不同信噪比情况下，本发明提出的分组成簇方案要明显优于未分组方案的频谱效率。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.nb-iot系统中mtc用户成簇的非正交接入方法，mtc设备被划分为不同的noma簇，并且每一簇的成员之间共享相同的频率资源；对每个noma簇中的mtc设备进行排序，根据noma簇成员的需求，将频谱资源分配给noma簇，其特征在于，包括以下步骤：
s1、基站获取用户的下行信道信息。
s2、在满足qos要求的前提下，根据用户的平均信道增益进行分组成簇。
s3、分组之后，对用户进行功率分配。
2.如权利要求1所述的nb-iot系统中mtc用户成簇的非正交接入方法，其特征在于，s1中建立基于mtc设备的noma下行nb-iot通信系统，该系统装配一个配有n个天线的基站，服务于k个用户，其中用户包括u个mmtc设备和m个urllc设备。
3.如权利要求1所述的nb-iot系统中mtc用户成簇的非正交接入方法，其特征在于，s2中基站分别获取到urllc设备和mmtc设备的下行信道信息，在满足qos要求的前提下，根据其获得的平均信道增益，首先对urllc设备进行排序分组成簇，然后再对mmtc设备进行排序分组成簇。
4.如权利要求1所述的nb-iot系统中mtc用户成簇的非正交接入方法，其特征在于，
s3中分组成簇完成后，首先对每一簇组进行功率分配，使得不同的簇组之间的功率相等，进而分别对簇内urllc和mmtc设备进行功率分配。
5.如权利要求1所述的nb-iot系统中mtc用户成簇的非正交接入方法，其特征在于：s2包含以下子步骤：
s21、根据其平均信道增益对urllc设备进行降序排列，即，
s22、在urllc成簇过程中，如果urllc设备的数量u小于noma簇的用户数量c，urllc设备{1,...,u}被分配到noma簇的最低级别(k＝1)；基于mmtc设备的平均信道增益，同样对对mmtc设备进行降序排列，即，
s23、如果urllc设备的数量u大于noma簇的用户数量c，那么urllc设备{1,...,c}被分配到noma簇的最低级别(k＝1)，则剩余的设备{c 1,...,u}将被分配到更高的级别；将
6.如权利要4所述的nb-iot系统中mtc用户成簇的非正交接入方法，其特征在于：s3中功率分配子问题如下：
其中，功率分配系数α>1，ln代表第n个簇中的用户数量，每个簇中的第一个用户的功率为：
通过固定功率分配系数α，每个用户的功率可以得出。
技术总结