本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于空間調(diào)制的多天線系統(tǒng)的下行非正交多接入方法。

背景技術(shù)：

非正交多接入(noma)技術(shù)由于其極高的頻譜利用效率，獲得了來自學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，并且被認(rèn)為是第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)(5g)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在傳統(tǒng)的正交多接入技術(shù)中，如時(shí)分復(fù)用多接入(tdma)、頻分復(fù)用多接入(fdma)和碼分復(fù)用接入(cdma)，一個(gè)無線資源塊只能分配給一個(gè)移動(dòng)終端，導(dǎo)致極低的資源利用效率。而非正交多址接入技術(shù)利用功率域上的差異使得多用戶可以采用同一碼字同時(shí)同頻地工作，這極大地提高了頻譜利用效率。隨著無線互聯(lián)網(wǎng)的興起，未來的5g網(wǎng)絡(luò)需要支持大量無線設(shè)備的同時(shí)接入。然而，由于無線資源的稀缺性，傳統(tǒng)的正交多接入技術(shù)很難支持大規(guī)模接入。因此，非正交多技術(shù)成為解決該難題的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

為了滿足未來5g網(wǎng)絡(luò)的要求，進(jìn)一步提高通信系統(tǒng)的容量，將非正交多接入技術(shù)和多天線技術(shù)相結(jié)合成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。例如，在下行鏈路中，基于用戶簇的思想，基站將多個(gè)下行信道增益差異較大的用戶組成一個(gè)簇，并對(duì)同一個(gè)簇內(nèi)的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行疊加編碼(sc)。為了減小簇間干擾，基站采用迫零波束成形的方法，為每個(gè)簇的疊加編碼信號(hào)設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)射波束，然后將所有波束成形后的信號(hào)一起進(jìn)行發(fā)射。在接收端，用戶利用疊加編碼信號(hào)在功率域上的差異對(duì)同一簇內(nèi)的用戶進(jìn)行串行干擾抵消(sic)，然后對(duì)自身信號(hào)進(jìn)行解碼。然而，基于用戶簇的多天線非正交多接入技術(shù)雖然能夠一定程度上降低接收復(fù)雜度，但連續(xù)干擾消除的高復(fù)雜性仍需要接收設(shè)備具有良好的計(jì)算能力，而這在很多實(shí)際通信系統(tǒng)中很難滿足。例如，隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及，大量低成本但計(jì)算能力有限的無線設(shè)備將接入到無線網(wǎng)，此時(shí)要求這些設(shè)備執(zhí)行復(fù)雜的sic操作是不現(xiàn)實(shí)的。此外，信道最差的用戶在解調(diào)時(shí)面臨著嚴(yán)重的簇內(nèi)干擾，這使得用戶公平性很難得到保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述方案中接收復(fù)雜度高以及用戶公平性難以保證的問題，本發(fā)明提出了一種基于空間調(diào)制的多天線系統(tǒng)的下行非正交多接入方法。

一種基于空間調(diào)制的多天線系統(tǒng)的下行非正交多接入方法，包括如下步驟：

(1)用戶通過信道估計(jì)獲得下行鏈路的信道狀態(tài)信息，并將部分信道狀態(tài)信息通過反饋鏈路傳遞給基站；

(2)基站根據(jù)所獲得的信道狀態(tài)信息，將基站中的nt根發(fā)射天線分為k個(gè)組，其中，第i組包含ni根天線，同時(shí)，基站將用戶分為k個(gè)簇，其中，第i個(gè)用戶簇包含兩個(gè)用戶uei,k(k＝1,2)，并為每個(gè)用戶簇分配一組發(fā)射天線，第i個(gè)天線組服務(wù)于第i個(gè)用戶簇，i的取值為1～k；

(3)各天線組分別對(duì)與其相對(duì)應(yīng)的用戶簇的信號(hào)進(jìn)行空間調(diào)制，得到第i個(gè)天線組給第i個(gè)用戶簇的調(diào)制信號(hào)

(4)基站根據(jù)其所獲得的信道狀態(tài)信息，設(shè)計(jì)波束成形矩陣將第i個(gè)用戶簇的信號(hào)x⁽ⁱ⁾左乘第i個(gè)發(fā)射波束得到波束成形后的信號(hào)wix⁽ⁱ⁾，并將得到的所有的波束成形后的信號(hào)發(fā)射出去；

(5)用戶接收到基站發(fā)射的信號(hào)后，采用最大似然檢測(cè)方法對(duì)自身信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。

步驟(3)中的空間調(diào)制方法為(以第i個(gè)用戶簇為例)：

(a)將uei,1的信息比特平均分組，每組包含log2(ni)個(gè)比特，記uei,1的一組比特流向量為bi,1；將uei,2的信息比特平均分組，每組包含log2(mi)個(gè)比特，其中mi是qam調(diào)制階數(shù)，記uei,2的一組比特流向量為bi,2；

(b)將bi,1映射到第i個(gè)天線組中的天線標(biāo)號(hào)ni，天線標(biāo)號(hào)表示為其中bi,1(j)表示bi,1中的第j個(gè)比特信息；對(duì)bi,2采用mi-qam調(diào)制，將bi,2映射到第i個(gè)天線組中的星座圖符號(hào)si；

(c)第i個(gè)天線組給第i個(gè)用戶簇的調(diào)制信號(hào)為其中si位于x⁽ⁱ⁾中的第ni行。

步驟(4)中波束成形矩陣的設(shè)計(jì)方法為：

首先，引入等效信道矩陣a＝hw，其中h表示基站獲得的信道狀態(tài)信息；

其次，將a寫成如下形式：

其中，h^(i,k)表示基站到uei,k的信道狀態(tài)信息，wj表示為第j個(gè)用戶簇的信號(hào)x^(j)設(shè)計(jì)的發(fā)射波束；

然后，當(dāng)i≠j時(shí)，令當(dāng)i＝j(luò)時(shí)，其中，表示第i個(gè)天線組中標(biāo)號(hào)為ni的天線到uei,k的信道向量，并且位于的第ni列；

最后，基于基站獲取的信道狀態(tài)信息h和等效信道矩陣a＝hw，得到波束成形矩陣w＝h^h(hh^h)^-1a。

步驟(5)中最大似然檢測(cè)方法為：

其中，和分別表示uei,k對(duì)天線組i中相應(yīng)天線標(biāo)號(hào)的估計(jì)以及所選擇發(fā)射的星座圖符號(hào)的估計(jì)，y^(i，k)表示uei,k所接收的信號(hào)，表示第i個(gè)天線組中標(biāo)號(hào)為mi的天線到uei,k的信道向量，qi表示第i個(gè)天線組的星座圖符號(hào)集合中的任意一個(gè)符號(hào)。

本發(fā)明具有的有益效果是：本發(fā)明提出的基于空間調(diào)制的多天線系統(tǒng)的下行非正交多接入方法，一方面，完全消除了簇內(nèi)干擾，因此，提高了系統(tǒng)容量，改善了用戶公平性。另一方面，接收端只需采用簡(jiǎn)單的ml檢測(cè)器，避免了傳統(tǒng)noma中復(fù)雜的sic操作，極大降低了接收復(fù)雜度。

附圖說明

圖1是基于空間調(diào)制的多天線系統(tǒng)的下行非正交多接入方法的框圖；

圖2是基于空間調(diào)制的多天線非正交多接入(smn)和傳統(tǒng)多天線非正交多接入(cmn)的速率的比較圖；

圖3是基于空間調(diào)制的多天線非正交多接入(smn)和傳統(tǒng)多天線非正交多接入(cmn)最差用戶的速率的比較圖。

具體實(shí)施方式

為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示的是本發(fā)明基于空間調(diào)制的多天線系統(tǒng)的下行非正交多接入方法的框圖，具體包括如下過程：

步驟1，用戶通過信道估計(jì)獲得下行鏈路的信道狀態(tài)信息，并將部分信道狀態(tài)信息通過反饋鏈路傳遞給基站。

步驟2，基站根據(jù)所獲得的信道狀態(tài)信息，將基站中的nt根發(fā)射天線分為k個(gè)組，其中，第i組包含ni根天線，同時(shí)，基站將用戶分為k個(gè)簇，其中，第i個(gè)用戶簇包含兩個(gè)用戶uei,k(k＝1,2)，并為每個(gè)用戶簇分配一組發(fā)射天線，第i個(gè)天線組服務(wù)于第i個(gè)用戶簇，i的取值為1～k；

步驟3，各天線組分別對(duì)相應(yīng)用戶簇的信號(hào)進(jìn)行空間調(diào)制，從而得到第i個(gè)天線組給第i個(gè)用戶簇的調(diào)制信號(hào)

此步驟中，以用戶簇i為例，空間調(diào)制的方法為：

首先，將uei,1的信息比特分組，每組包含log2(ni)個(gè)比特，記uei,1的一組比特流向量為bi,1；將uei,2的信息比特分組，每組包含log2(mi)個(gè)比特，其中mi是qam調(diào)制階數(shù)，記uei,2的一組比特流向量為bi,2。

然后，將bi,1映射到第i個(gè)天線組中的天線標(biāo)號(hào)，天線標(biāo)號(hào)表示為其中bi,1(j)表示bi,1中的第j個(gè)比特信息；對(duì)bi,2采用mi-qam調(diào)制，將bi,2映射到第i個(gè)天線組中的星座圖符號(hào)si。

最后，第i個(gè)天線組給第i個(gè)用戶簇的調(diào)制信號(hào)為其中si位于x⁽ⁱ⁾中的第ni行。

步驟4，基站根據(jù)其所獲得的信道狀態(tài)信息，設(shè)計(jì)波束成形矩陣將第i個(gè)用戶簇的信號(hào)x⁽ⁱ⁾左乘第i個(gè)發(fā)射波束得到波束成形后的信號(hào)wix⁽ⁱ⁾，并將得到的所有的波束成形后的信號(hào)發(fā)射出去；

此步驟中，波束成形矩陣的設(shè)計(jì)方法為：

首先，引入等效信道矩陣a＝hw，其中h表示基站獲得的信道狀態(tài)信息；

其次，將a寫成如下形式

其中，h^(i，k)表示基站到uei,k的信道狀態(tài)信息，wj表示為第j個(gè)用戶簇的信號(hào)x^(j)設(shè)計(jì)的發(fā)射波束；

然后，令其中表示第i個(gè)天線組中標(biāo)號(hào)為ni的天線到uei,k的信道向量，并且位于的第ni列；

最后，基于基站獲取的信道狀態(tài)信息h和上述設(shè)計(jì)的等效信道矩陣a＝hw，得到波束成形矩陣w＝h^h(hh^h)^-1a。

步驟5，用戶接收到基站發(fā)射的信號(hào)后，采用最大似然檢測(cè)方法對(duì)自身信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。

此步驟中，最大似然檢測(cè)方法為：

其中，和分別表示uei,k對(duì)天線組i中相應(yīng)天線標(biāo)號(hào)的估計(jì)以及所選擇發(fā)射的星座圖符號(hào)的估計(jì)，y^(i,k)表示uei,k所接收的信號(hào)，表示第i個(gè)天線組中標(biāo)號(hào)為mi的天線到uei,k的信道向量，qi表示第i個(gè)天線組的星座圖符號(hào)集合中的任意一個(gè)符號(hào)。

圖2和圖3是計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)果，其中nu表示用戶數(shù)，nt表示基站的天線數(shù)，ns表示qam調(diào)制階數(shù)。通過計(jì)算機(jī)仿真表明，如圖2所示，相比于傳統(tǒng)的多天線非正交多接入方法，本發(fā)明提出的基于空間調(diào)制的多天線系統(tǒng)的下行非正交多接入方法，對(duì)于具有大規(guī)模用戶群的通信系統(tǒng)有更高的和速率。而且，增加基站的發(fā)射天線數(shù)還能進(jìn)一步提高系統(tǒng)容量。另外，圖3表明本發(fā)明提出的基于空間調(diào)制的多天線系統(tǒng)的下行非正交多接入方法相比于傳統(tǒng)的多天線非正交多接入方法，在信噪比比較高時(shí)，有更好的用戶公平性。因此，本發(fā)明提出的基于空間調(diào)制的多天線系統(tǒng)的下行非正交多接入方法可以為第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供一種有效的多接入方法。

以上所述的具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。