基于干扰合成的迫零及串行干扰消除的多用户接收方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于移动通信技术领域中的信号接收方法，尤其涉及一种基于干扰合成的 迫零及串行干扰消除（Successive Interference Cancellation，SIC)的多用户接收方法， 用于接收机恢复存在共道干扰的多路信号的场景，如多址接入信道。
【背景技术】
[0002] 随着移动通信技术的发展，传统的时频信号设计已经很难满足人们对无线链路传 输速率越来越高的要求，人们开始尝试从多个维度发掘通信机会，空域资源便是其中的一 个重要方面。多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，ΜΙΜΟ)技术是近年来无线 通信领域的一项突破性技术，它能够实现空域资源的利用。
[0003] 随着MMO技术研究的进展，点对点的单用户MMO系统的研究已经接近饱和，单 用户MMO技术已无法满足日益增长的用户数需求，多用户Mnro(Multiple-User M頂0， MU-Mnro)受到越来越多的关注。在目前MU-Mnro的研究中，当待解信号数大于接收端 天线数时，接收端没有足够的自由度无干扰地接收所有的信号，如迫零接收方法（Zero Forcing，ZF)。接收天线数成为制约接收机接收能力的重要因素，也是限制系统容量的主要 方面。
[0004] 干扰对齐与消除（Interference alignment cancellation，IAC)可被用于 MU-MIM0 系统中多用户数据的接收。Li Z, Shen B, Li J D. Interference alignment and cancellation based concurrent transmission and scheduling scheme for multiuser CR-MIMO system. China Communications. 2013, 10 (8) : 36-43 (多用户 MIMO 系统中结合干 扰对齐和消除实现并发传输与调度方案）在认知MIM0(Cognitive Radio Multiple-Input Multiple-Output，CR-MHTO)系统中设计了一种基于IAC的传输调度方案，通过使用IA降 低接收信号的维度，并采用IC消除已恢复信号的影响。该方法能够实现多路并发信号的接 收，但要求接收端的相互协作。
[0005] 使用自适应滤波也可以实现多路数据的接收，匹配滤波（Matched filter，MF)以 输出信噪比最大化为设计目标，不受接收天线数的限制，能恢复所有发射符号，但该方法无 法消除干扰，当干扰较强时，其信干噪比恶化，数据传输性能变差。
[0006] 由于接收机可处理的信号数受接收天线的限制，还可采用调度算法对并发信号 个数进行约束。李钊，刘瑞雪，王琳，等.MU-Mnro下行链路基于关联干扰的先验式用户调 度.电子与信息学报，2014, 36 (1) : 67-73从多个用户中选择一组与基站进行通信，实现通 信资源的充分利用。但调度算法会阻碍未调度用户的信息传输，且不支持突发通信。
[0007] 综上所述，如何使用有限的接收天线恢复可能多的信号，提升多用户通信系统的 传输性能成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0008] 本发明目的在于提供一种基于干扰合成的迫零及串行干扰消除多用户接收方法， 旨在突破传统迫零接收要求接收天线数不少于待解信号分量数的约束，实现使用有限的接 收天线恢复可能多的信号，提高系统可容纳的用户数。
[0009] 实现本发明目的方法包括以下步骤：
[0010] 第一步，每个发射机配置Nt根发射天线，N 2,均采用波束成形的发射方式发送 一路数据，发射机根据各自的信道信息计算预编码向量Pk，获取每路发送数据的调制方式 信息，并取L为所用调制方式中调制阶数最大的调制方式信息，K个发射机发送信号数K大 于接收机天线数Nr，每个发射机的发射功率均为Ρτ;
[0011] 第二步，发射机估计信道状态信息hk，k = 0, 1，"·，Κ-1，连同调制方式信息L 一同 上报给接收机；
[0012] 第三步，接收机接收到混合信号y，
[0014] 其中，乂1<表不发射机k发送的符号，η表不加性高斯白噪声，噪声分量的方差为.of .， 发射机k发送的信号在接收端表现出的空间特征为ek= h kpk，将接收端所有信号构成集合 A，则初始状态集合A包含的信号个数为K，即card (A) = K，其中card (·)表示集合中元素 的个数；
[0015] 第四步，比较card⑷与Nr的大小，若card⑷彡N R，接收机设计迫零接收滤波矩 阵
对y进行滤波，其中，（.f表示求矩阵的伪逆， 输出card㈧个已解码符号；若card㈧> Nr，接收机随机选取集合A中的Nr-I个信号组 成待解信号集合(：，则(^"(〇=队-1，集合(：中所有信号的空间特征61=111? 1，1￡(：，将 集合A中其余信号组成干扰集合I，将集合I中的信号进行合成，合成干扰的空间特征为
'发送符号经过调制后存在多种情况，所以合成干扰共有L^d(I)种合成情况，
假设调制星座图具有中心对称性，则只需考虑
种干扰合成情况，即0￡有 个可能值；
[0016] 第五步，接收机首先将待解信号的空间特征ei= h lPl，i e C与合成干扰的空间特 征e E进行施密特正交化，得到一组标准正交基&/ e C与&，然后根据标准正交基计算迫 零接收滤波矩阵G中各滤波向量匕，i e C，
[0018] 将此Nr-I个列向量进行共辄转置得到GH，基于e E的多样性，G共有种， 其中只有一种与实际发射的符号情况相符；
[0019] 第六步，接收机首先将混合信号y分为
路，然后采用第五步设计的
个滤波矩阵Gh分别对每路混合信号进行滤波，并比较接收信号的信噪比/信干噪 比SNR/SINR，择优判决输出Nr-I个接收符号，λχ/ ;
[0020] 第七步，接收机利用解出的符号和信道信息重构信号，再采用串行干扰消除将混 合信号y中已解码的Nr-I个符号/ e C所对应的信号
消除，降低接收机处理的 信号个数，得到：
[0022] 第八步，接收机将已解码信号从集合A中删除，通过将集合A-C赋给A更新集合A， 返回至第四步操作。
[0023] 本发明进一步技术方案是：当每个发射机配置的天线数不同时，各发射机发送数 据的方式不同，当发射天线数Nt= 1时，发射机采用全向发射方式发送一路数据，此时，发 射天线数等于1的发射机对应的hkpk应替换Shk，该发射机对应的发送信号在接收端的空 间特征成为ek= h k;当发射天线数N 2时，发射机采用波束成形发射方式发送一路数据。
[0024] 本发明与现有技术对比，具有如下特点：
[0025] 1、传统的迫零接收方法要求接收天线数不少于待解的信号个数，所以当信号个数 大于接收天线数时，无法通过传统的迫零接收方法进行接收。本发明能够实现在接收天线 数受限的情况下接收所有的发送数据，提高了系统可容纳的用户数，并获得好的数据速率 性能；
[0026] 2、本发明设计了干扰合成方法，在发送符号个数K大于接收天线数Nr的情况下， 选取Nr-I个信号当做干扰信号，并进行合成，将接收端的信号个数降为Nr，根据不同的信 号合成情况计算迫零接收滤波矩阵，并用所得的迫零接收滤波矩阵分别对混合信号进行滤 波，通过对滤波性能进行比较，判决得到正确的接收符号；
[0027] 3、本发明采用了串行干扰消除技术，通过将已恢复的信号从接收到的混合信号中 减去，从而降低了已解码信号对接收机造成的负担，然后结合迫零接收使所有发射机发送 的符号得到恢复。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明提供的多用户上行通信系统模型；
[0029] 图2是本发明提供的基于干扰合成的迫零及串行干扰消除的多用户接收方法流 程图；
[0030] 图3是本发明提供的基于干扰合成的迫零及串行干扰消除的多用户接收方法滤 波向量的设计示意图；
[0031] 图4是本发明提供的基于干扰合成的迫零及串行干扰消除的多用户接收方法的 接收机结构图；
[0032] 图5是本发明实施例1基于Nt= 2、N R= 2和K = 3得到的系统数据速率性能仿 真图，同时提供了固定接收天线，改变发射机个数（或并发信号数）的系统数据速率仿真 图；
[0033] 图6是本发明实施例2基于Nt= 1、N R= 2和K = 3得到的系统数据速率性能仿 真图。
【具体实施方式】
[0034] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，结合附图和实施例对本发 明进行作进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用 于限定本发明。
[0035] 本发明实施例主要基于多址接入信道（Multiple Access Channel，MAC)进行研究 说明，旨在提供一种基于干扰合成的迫零及串行干扰消除的多用户接收方法。
[0036] 实施例1
[0037] 图1为实施例1的系统模型。为了实施简便，仅研究由三个发射机和一个接收机 组成的通信系统，接收机配置Nr= 2根接收天线，每个发射机均配置Nτ= 2根天线，每个发 射机仅发送一路数据，则发送数据的个数K = 3,本发明实施例仅研究所有发射机均采用二 进制相移键控调制（Binary Phase-Shift Keying，BPSK)，调制方式信息L = 2,需要说明的 是，本发明不局限于所有发射机均采用相同调制方式的情况，当不同发射机采用的调制方 式不同时，取L为所用调制方式中调制阶数最大的调制方式信息。
[0038] 如图2所示，本发明实施例1的接收方法具体包括如下步骤：
[0039] 第一步，每个发射机均配置Nt= 2根发射天线，均采用波束成形的发射方式发送 一路数据，发射机根据各自的信道信息计算预编码向量Pk，假设所有发射机均按照主特征 模式进行传输，则预编码向量选取为信道矩阵的主右奇异向量，与信道矩阵的最大奇异值 对应，每路传输均采用BPSK方式进行调制，调制方式信息为L = 2,每个发射机的发射功率 相等均为Pt;
[0040] 第二步，发射机估计信道状态信息hk，k = 0, 1，2,连同调制方式信息L = 2 -同上 报给接收机；
[0041] 第三步，接收机接收到混合信号y ;
[0043] 其中，乂1<表不发射机k发送的符号，η表不加性高斯白噪声，噪声分量的方差为Crf， 发射机k发送的信号在接收端的表现出的空间特征为ek= h kpk，将接收端所有信号构成集 合A，则初始状态集合A包含的信号个数为3,即card (A) =3,其中card (·)表示集