一种空域图样分割多址接入方法
【专利摘要】本发明公开了一种空域图样分割多址接入方法，包括如下步骤：(1)对用户组的待传输符号进行功率配置，形成待传输信号；(2)对用户组的待传输信号进行多域复用，映射为叠加信号；(3)对用户组的叠加信号进行波束赋形，并经空口发射。本发明在继承非正交多址接入技术与大规模天线阵列技术的优良性能的同时，可以大幅提高系统的设备接入容量，降低接收端的计算负载，并实现天线阵列的降维，便于空口的标准化设计。
【专利说明】
一种空域图样分割多址接入方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种空域图样分割多址接入方法，属于移动通信系统中的多址接入技 术。
【背景技术】
[0002] 随着移动数据流量的爆炸式增长，以及移动通信网络连接的设备总量的快速增 长，未来移动通信系统在系统速率和设备接入容量方面将面临巨大挑战。
[0003] 作为未来移动通信系统的关键无线技术，非正交多址接入和大规模天线阵列等技 术已成为业界关注的焦点。一方面，非正交多址接入技术通过资源复用，相较传统正交多址 接入技术，可以用可承载的复杂度，显著提升系统速率和设备接入容量；另一方面，大规模 天线阵列技术在系统速率提升方面具有巨大潜力，可以配合非正交多址接入技术实现系统 速率的进一步提升。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了解决未来移动通信系统在系统速率和设备接入容量方面面临的巨 大挑战，本发明以空域为结合点，提出了联合复用功率域和波束域的新型多址接入技 术一一空域图样分割多址接入技术。空域图样分割多址接入技术在继承非正交多址接入技 术与大规模天线阵列技术的优良性能的同时，可以大幅提高系统的设备接入容量，降低接 收端的计算负载，并实现天线阵列的降维，便于空口的标准化设计。
[0005] 技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] -种空域图样分割多址接入方法，包括如下步骤：
[0007] (1)对用户组的待传输符号进行功率配置，形成待传输信号；
[0008] (2)对用户组的待传输信号进行多域复用，映射为叠加信号；
[0009] (3)对用户组的叠加信号进行波束赋形，并经空口发射。
[0010] 所述步骤（1)的具体操作为:对于含K个用户的用户组的待传输符号向量seCM, 通过功率配置矩阵P e ^处理，得到待传输信号X = VFs ;功率配置矩阵P为对角矩阵，且 [P ] kk=Pk为配置给第k个用户的传输功率。
[0011 ]所述步骤(2)，具体包括如下步骤：
[0012] (21)通过"最大化分集度"和"最小化多用户的重叠度"原则，设计多域复用矩阵 ?tB] nk = bnkE i〇,l} ,bnk=l表示第η个波束被第k个用户复用,bnk = 0表示第η个波 束没有被第k个用户复用，Ν为系统为空口提供的波束资源数量；
[0013] (22)对用户组的待传输信号X进行多域复用，映射为叠加信号t = Bx，
[0014] 所述步骤(3)，具体包括如下步骤：
[0015] (31)挑选目标用户集合:从第η个波束覆盖的用户簇中挑选一个信道条件最差的 目标用户，将该目标用户标记Sn_sel;对所有N个波束依次进行此操作，构成目标用户集 合；
[0016] (32)基于目标用户集合对应的信道信息构建复合信道矩阵
为目标用户n_sel与基站端 的信道矩阵，Nr为用户端配置的天线数，Ντ为基站端配置的天线数；
[0017] (33)基站端依据迫零波束赋形准则，构造复合迫零波束赋形矩阵1^=〇!、
[0018] (34)将复合迫零波束赋形矩阵表述成分块矩阵形式…，FN];
[0019] (35)计算第η个波束对应的迫零波束赋形向量*>巧1&，空口对应的迫零波束赋形 矩阵]?=[ ;|^1，;|^2，"_，;|^，'"， ;|^];1馬为兀素全为1的咏维列向量；
[0020] (36)计算空口的发射信号向量f = Ft，并在基站端经空口向用户组发送。
[0021]有益效果:本发明提供的空域图样分割多址接入方法，具有以下优点：1、以空域为 基础，将非正交多址接入技术和大规模天线阵列技术进行深度结合，有利于充分发挥两种 技术的潜力；2、通过资源复用矩阵的映射，系统可实现过载，满足N<K<2 n-1，即过载率为λ = Κ/Ν，因此，设备接入容量最大提升可达(2ν-1)/Ν倍;3、考虑到波束的有限覆盖区域，同一 用户复用的波束之间的最大角度不能太大，即空口端的资源复用矩阵的规模较小；因此，一 方面，接收端检测接收的计算负载将大大降低，更易于实现；另一方面，大规模天线阵也将 由Ν τ维天线降维至Ν维波束。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的应用场景示意图(N=2，K = 3);
[0023] 图2为本发明的实施流程图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0025] -种空域图样分割多址接入方法，包括如下步骤：
[0026] 步骤一:对用户组的待传输符号进行功率配置，形成待传输信号
[0027] 对于含K个用户的用户组的待传输符号向量通过功率配置矩阵PeCM 处理，得到待传输信号χ = 功率配置矩阵P为对角矩阵，且[P]kk = Pk为配置给第k个用 户的传输功率。
[0028] 步骤二:对用户组的待传输信号进行多域复用，映射为叠加信号
[0029] (21)通过"最大化分集度"和"最小化多用户的重叠度"原则，设计多域复用矩阵 B ex , [B]nk=bnke {〇，1}，bnk= 1表示第η个波束被第k个用户复用，bnk=0表示第η个波 束没有被第k个用户复用，Ν为系统为空口提供的波束资源数量；
[0030] (22)对用户组的待传输信号X进行多域复用，映射为叠加信号t = Bx，
[0031] 步骤三:对用户组的叠加信号进行波束赋形，并经空口发射
[0032] (31)挑选目标用户集合:从第η个波束覆盖的用户簇中挑选一个信道条件最差的 目标用户，将该目标用户标记为11_%1;对所有Ν个波束依次进行此操作，构成目标用户集 合；
[0033] (32)基于目标用户集合对应的信道信息构建复合信道矩阵
为目标用户n_sel与基站端 的信道矩阵，Nr为用户端配置的天线数，Ντ为基站端配置的天线数；
[0034] (33)基站端依据迫零波束赋形准则，构造复合迫零波束赋形矩p ;
[0035] (34)将复合迫零波束赋形矩阵表述成分块矩阵形式…，FN];
[0036] (35)计算第η个波束对应的迫零波束赋形向量?：(=?；Ι,νΛ，空口对应的迫零波束赋形 矩阵]?=[ ;|^1，;|^2，'"，;|^，"， ;|^];1&为兀素全为1的咏维列向量；
[0037] (36)计算空口的发射信号向量/ = Ft，并在基站端经空口向用户组发送。
[0038]对应上述空域图样分割多址接入方法设计一种空域图样分割多址接入技术的接 收机设计方法，包括以下步骤：
[0039]步骤一:对接收信号进行图样检测，确定接收信号为波束域与功率域联合复用的 图样时，将接收信号输送到复合接收机。
[0040] 步骤二:对接收信号进行量化，通过空域滤波器抑制波束间干扰，得到标量信号； 具体包括如下步骤：
[0041] (21)确认第k个用户的接收信号向量将经过无线信道的接收信号向量 表示为71{=61^+概，〇(^(0~>^为第1^个用户与基站端之间的信道矩阵，^([^#为迫零波 束赋形矩阵，F = [f i，f2，…，fn，…，fn]，f" e C~xl为对应第η个波束的波束赋形向量，t e 为发射端的叠加信号，为发射端的多域复用矩阵，[B]nk = bnke{〇， 1}，bnk= 1表示第η个波束被第k个用户复用，bnk = 0表示第η个波束没有被第k个用户复用， PeCM为功率配置矩阵，[P]nk=pnk为第k个用户在第η个波束上的发射功率，seC M为用 户组的目标信号向量，[s]k = sk为第i个用户的目标信号，符号。表示Hadamard乘积，wk为第k 个用户受到的加性高斯白噪声，满足(表示 Wk服从均值为〇、方差阵为 的复高斯分布），CIA/"表示复高斯分布，为噪声方差，1?为元素全为1的NR维列向量； K为用户组内的用户总数，N为用户组复用的总波束数，Nr为用户端配置的天线数，Ντ为基站 端配置的天线数；
[0042] (22)基于最小均方误差准则计算第k个用户的空域滤波器矩阵Vk;
[0043] (23)对第k个用户进行空域滤波处理，得到第k个用户在第η个波束上的标量信号 " =4?，e:以#为Vk中第k列的列向量。
[0044] 步骤三:对标量信号进行归一化处理，使得多输入多输出信道降维至单输入单输 出信道，具体操作为:对标量信号Znk中的波束间干扰、波束内干扰和噪声的总功率进行归一 化，得到归一化的标量信号
，hnk表示第k个用户在第η个波束上的等 效归一化信道增益，qnk表不归一化后的波束间干扰、波束内干扰和噪声之和。
[0045] 步骤四：对归一化后的标量信号，通过顺序干扰消除器去除波束内干扰，得到目标 信号;具体包括如下步骤：
[0046] (41)按照大小对所有用户的等效归一化信道增益hnk进行升序排列，重新排序后， 第k个用户在序列中的位置记为k%
[0047] (42)对第η个波束，按照重新排序顺序依次对所有用户归一化后的标量信号进行 解码。
[0048]步骤五:计算目标信号的信干噪比，重新排序后，第C个用户在第η个波束上的信 干噪比表示为：
[0050] 其中为第Ρ个用户在第η个波束上的信干噪比。
[0051] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种空域图样分割多址接入方法，其特征在于:包括如下步骤： (1) 对用户组的待传输符号进行功率配置，形成待传输信号； (2) 对用户组的待传输信号进行多域复用，映射为叠加信号； (3) 对用户组的叠加信号进行波束赋形，并经空口发射。2. 根据权利要求1所述的空域图样分割多址接入方法，其特征在于:所述步骤（1)的具 体操作为:对于含K个用户的用户组的待传输符号向量SeCf xl，通过功率配置矩阵 处理，得到待传输信号Χ = 功率配置矩阵P为对角矩阵，且[P]kk = pk为配置给第k个用 户的传输功率。3. 根据权利要求2所述的空域图样分割多址接入方法，其特征在于:所述步骤(2)，具体 包括如下步骤： (21) 设计多域复用矩阵8€<^气,[8]111{ = 131^{〇，1}，1^=1表示第11个波束被第1^个用 户复用，bnk = 0表示第η个波束没有被第k个用户复用，N为系统为空口提供的波束资源数量；(22) 对用户组的待传输信号X进行多域复用，映射为叠加信4 [S ]k= Sk为第k个用户的待传输符号。4. 根据权利要求3所述的空域图样分割多址接入方法，其特征在于:所述步骤(3)，具体 包括如下步骤： (31) 挑选目标用户集合:从第η个波束覆盖的用户簇中挑选一个信道条件最差的目标 用户，将该目标用户标记为11_%1;对所有N个波束依次进行此操作，构成目标用户集合； (32) 基于目标用户集合对应的信道信息构建复合信道矩阵^目标用户11_%1与基站端的 信道矩阵，Nr为用户端配置的天线数，Nt为基站端配置的天线数； (33) 基站端依据迫零波束赋形准则，构造复合迫零波束赋形矩阵％ (34) 将复合迫零波束赋形矩阵表述成分块矩阵形式Fe = [F1，F2，…，Fn]; (35) 计算第η个波束对应的迫零波束赋形向量，空口对应的迫零波束赋形矩阵 F=[fl，f2，···，fn，…，fN] 为元素全为1的Nr维列向量； (36) 计算空口的发射信号向量f = Ft，并在基站端经空口向用户组发送。
【文档编号】H04B7/04GK106027130SQ201610290491
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】蒋雁翔, 李鹏, 郑福春, 高西奇, 尤肖虎
【申请人】东南大学