联合正交多址与非正交多址的上行多址接入方法技术

本发明专利技术提出一种联合正交多址与非正交多址的上行多址接入方法，包括：基站根据其覆盖范围内的K个用户的信道状态信息和业务需求将多址接入信道的带宽资源进行正交分割，得到多址接入信道的L个正交子信道；并将每个正交子信道进行非正交划分，得到一个或多个子层信道；基站根据其覆盖范围内的K个用户的信道状态信息、业务需求和多址接入信道的带宽和功率资源划分情况，确定每个用户的传输模式，并分别对应地发送给每个用户；每个用户根据其对应地传输模式对信息比特进行编码调制，得到携带信息比特的发送信号，并输出至多址接入信道。本发明专利技术减小了多用户联合可达速率域上界与理论界的距离，并减小了接收延时并改善了误码扩散，降低了实现复杂度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字信息传输的多址接入
，特别涉及一种联合正交多址与非 正交多址的上行多址接入方法。
技术介绍
在典型无线/移动数字通信系统中，基站需要与覆盖范围内的多个用户进行通 信，下行多址接入问题已经得到较大程度的解决。而对于上行多址接入（简称多址接入）问 题，仍然有许多问题亟待解决，例如蜂窝移动通信系统中存在大规模非对称上行多址接入 用户的情况。网络信息论指出，对于多址接入，采用叠加编码（SuperpositionCoding，SC) 技术可以最大化系统的总传输率，但是这时多个用户信号互相干扰。 在目前的典型无线/移动数字通信系统中，传统的上行多用户多址接入方案广 泛采用正交多址接入技术，典型的正交多址接入技术包括：时分多址接入（TimeDivision MultipleAccess，TDMA)、频分多址接入（FrequencyDivisionMultipleAccess，FDMA)和 正交频分多址接入（OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，OFDMA)等。尤其 值得一提的是，3G系统中采用了直接序列扩频的码分多址（DS-CDMA)技术，多个用户的信 号通过相互准正交的序列进行扩频，接收端通过解扩频来消除或抑制多用户干扰，并且每 个用户采用面向单用户的编码调制方案，因此，狭义的DS-CDMA技术是一种准正交的多址 接入技术。本质上，正交多址接入方法是对多址接入信道的带宽资源或符号资源进行正交 分割，得到多个相互正交的正交子信道，每个正交子信道占用多址接入信道的一部分带宽 资源或符号资源，传输一个用户的信息。以TDMA为例，TDMA为每个用户分配一段时间资源 (即一段传输时间对应的带宽资源或符号资源），用于传输该上行用户的信号。正交多址接 入技术实现简单、灵活，但是，网络信息论指出，采用正交多址接入技术时，其多用户的可达 速率域上界距离采用最优SC技术时的多用户的可达速率域上界差距较大，即多用户联合 可达传输速率损失较大。 采用叠加编码进行多址接入时，接收端通常采用串行干扰消除（Successive InterferenceCancellation，SIC)技术来接收并解调解码多个用户发送的信息。采用SIC 技术需要依次解调相互叠加的多个用户的信号，并依次消除已解调用户信号对后续用户信 号的干扰，因此不同用户信号的优先级是不同的。采用基于叠加编码和SIC技术的多址接 入方法，本质上是将多址接入信道的资源在功率域上进行划分，得到多个优先级不同的层 信道，每一层信道用于传输一个用户的信号。SIC使得终端算法实现、导频设计、信道估计和 系统调度复杂度随用户数增加而急剧上升；同时采用SIC会造成接收延时和误码扩散。除 此之外，采用基于叠加编码和SIC技术的多址接入方法时，多用户联合可达信噪比域受限， 例如图1所示的基于两用户叠加编码和SIC技术的联合可达信噪比域。 同时译码（SimultaneousDecoding，SD)，又称联合译码（JointDecoding，JD)， 是采用叠加编码进行多址接入的另一种解调解码方式，也可以实现最优的传输性能。相比 于采用SIC技术，采用同时译码技术不是依次解出每个用户的信息，而是采用联合多用户 检测结合迭代译码的方式，经过迭代，可以同时解调出所有用户的信息，因此不同用户信号 的优先级是相同的。采用基于叠加编码和SD的多址接入技术，本质上也是将多址接入信道 的资源在功率域上进行划分，但是得到多个优先级相同的层信道，每一层信道用于传输一 个用户的信号。所以，SD技术不存在SIC接收延时和误码扩散的缺点。采用基于叠加编码 和SD技术的多址接入方法，其多用户联合可达信噪比域可以达到理论下界，如图1中靠近 坐标轴的三段折线表示基于两用户叠加编码和SD技术的联合可达信噪比域的下界。但当 叠加用户数量较大时，SD的实现复杂度依然很高。 目前典型的基于叠加编码和SIC/SD技术有，稀疏扩频序列的多址接入（Low DensitySignature/Spreading-MultipleAccess，LDS-MA)、稀疏码多址接入（Sparse CodeMultipleAccess，SCMA)和交织多址接入（InterleaveDivisionMultipleAccess， DMA) 〇 IDMA面向低信噪比和较低速率的应用场景设计，并且通常面向对称信道设计。 IDMA可以同时接入的用户数很多，并且有逼近多址接入信道容量域的理论界的性能。虽然 IDMA可显著地增加系统同时接入的用户数，但其迭代多用户检测方法依赖于最大似然多用 户检测方法在低信噪比下的近似，不适用于中高信噪比场景，在一定意义上限制了单个用 户的最高速率，系统总体传输率不高。更为重要的是，IDMA不适用于非对称信道，尤其是不 同用户信噪比差别很大的信道。 LDS-MA和SCMA的接收端均采用消息传递算法（MessagePassingAlgorithm， MPA)算法实现近似最大似然的多用户检测。LDS-MA和SCMA均是多址接入信道的联合编码 技术（即基于叠加编码和SD技术的多址接入技术），但是在已有文献提供的具体方案中， 通常每个用户均采用独立的单用户编码调制方案，如采用第三代移动通信合作伙伴计划 (3GPP)的长期演进（LTE和LTE-A)标准规范的规则QAM星座映射结合Turbo码的编码调制 方案，因此整个方案的性能距离多址接入信道容量域的理论界有一定距离。需要指出的是： 一些用户的稀疏扩频序列之间是相互正交的，因此在低负载时，SCMA和LDS-MA的方案和性 能接近正交多址接入。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。 为此，本专利技术的目的在于提出一种联合正交多址与非正交多址的上行多址接入方 法，该方法相比于传统基于正交的多址接入方法，减小了多用户联合可达速率域上界与理 论界的距离；相比基于叠加编码和SIC技术的多址接入技术，减少了接收延时并改善了误 码扩散；相比于基于叠加编码和SD技术的多址接入方法，显著降低了实现复杂度。 为了实现上述目的，本专利技术的实施例提出了一种联合正交多址与非正交多址的上 行多址接入方法，包括以下步骤：基站根据其覆盖范围内的K个用户的信道状态信息和业 务需求，将多址接入信道的带宽资源进行正交分割，得到所述多址接入信道的L个正交子 信道；所述基站根据其覆盖范围的K个用户的信道状态信息和业务需求，将得到的每个所 述正交子信道进行非正交划分，得到一个或者多个子层信道；所述基站根据其覆盖范围内 的K个用户的信道状态信息、业务需求和所述多址接入信道的带宽和功率资源划分情况， 确定每个用户的传输模式，并将所述传输模式分别对应地发送给每个用户；每个用户根据 其对应地传输模式对信息比特进行编码调制，得到携带信息比特的发送信号，并将所述发 送信号输出至所述多址接入信道。 另外，根据本专利技术上述实施例的 还可以具有如下附加的技术特征： 在一些示例中，其中，所述业务需求包括用户传输率；所述信道状态信息包括用户 发送功率，信道增益和接收端噪声，或信道增益和用户在接收端的信噪比；每个所述正交子 信道的带宽资源为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种联合正交多址与非正交多址的上行多址接入方法，其特征在于，包括以下步骤：基站根据其覆盖范围内的K个用户的信道状态信息和业务需求，将多址接入信道的带宽资源进行正交分割，得到所述多址接入信道的L个正交子信道；所述基站根据其覆盖范围的K个用户的信道状态信息和业务需求，将得到的每个所述正交子信道进行非正交划分，得到一个或者多个子层信道；所述基站根据其覆盖范围内的K个用户的信道状态信息、业务需求和所述多址接入信道的带宽和功率资源划分情况，确定每个用户的传输模式，并将所述传输模式分别对应地发送给每个用户；每个用户根据其对应地传输模式对信息比特进行编码调制，得到携带信息比特的发送信号，并将所述发送信号输出至所述多址接入信道。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭克武，金黄平，陈霜，宋健，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11