一种利用无线信道互易性对多用户传输信号的方法技术

本发明专利技术提出了一种利用无线信道互易性由基站向多用户传输信号的方法，该方法利用信道反馈将基站到每个用户间的向量信道转化为带较强视距分量(LOS)的等效单入单出(SISO)信道，从而在几乎不需要信道训练开销的情况下，达到可靠的多用户信号传输。本发明专利技术具有容易实现、处理复杂度低、信道训练开销极低等突出优势，特别适用于大规模天线系统中的低速广播信令传输以及基站寻呼非活跃用户等应用场景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信中的多用户多天线系统领域，特别涉及多天线系统中利用无线信道互易性对多用户传输信号的方法。
技术介绍
据《国际电子电气工程师协会无线通信会刊》(IEEETrans.WirelessCommun.，vol.9，no.11，pp.3590-3600，2010.)介绍，通过在基站配置数百根天线，并在相同的时频资源块上同时服务数十个用户，大规模天线系统(massiveMIMO)可极大地提升蜂窝网的频谱效率和辐射能量效率。一般而言，大规模天线系统工作于时分双工(TDD)模式，从而可利用上下行信道的互易性，通过正交的上行训练来获取信道状态信息(CSI)，显著降低由信道训练所带来的导频开销(最优的基于导频的信道训练要求不同天线发送的导频序列相互正交，因此导频长度要大于或等于发送天线总数)。基站利用估计到的CSI进行多用户检测(上行)或预编码(下行)，获取复用增益和阵列增益，提升信息传输的有效性和可靠性。然而，当基站要广播控制信令或要寻呼非活跃用户时，由于基站没有这些用户的CSI，复用增益和阵列增益均无法获得；另一方面，在这种情况下正交的上行信道训练不再适用(用户自主选择导频序列无法保证不同用户的导频序列相互正交)，正交的下行信道训练带来的导频和反馈开销非常高昂以至于难以承受，因此广播信令的传输面临巨大挑战。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术旨在解决传统的基于正交导频的下行信道训练的开销过大的问题。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提出一种传输信号的方法，应用于多用户多天线系统，所述多用户多天线系统工作于TDD模式，包括基站和多个用户，所述基站配置M根天线，用户数为K，且每个用户均只有一根接收天线或者对多根接收天线进行信号合并后只获得一个标量信道输出，各用户与所述基站间保持理想同步；将一个下行传输周期离散化为T个时隙，且互易的上下行信道在这T个时隙内保持不变，用户k到基站的上行信道记为hk，基站到用户k的下行信道记为符号表示共轭转置，其特征在于，所述方法包括：S1、在第1个时隙，用户k向基站发送一个常数信号，所述基站的接收信号为用户到基站的上行信道以及噪声的简单叠加，即其中yBS[1]表示所述基站在第1个时隙接收到的信号，zBS[1]为基站端的噪声；S2、在第2个时隙，基站将所述第1个时隙接收到的信号yBS[1]乘以一个功率调整因子a，然后将ayBS[1]以广播方式反馈给所有用户，则用户j在第2个时隙接收到的信号为其中zj[2]为用户j端的噪声，用户j根据在第2个时隙接收到的信号yj[2]对gj进行估计，得到估计量S3、在第t个时隙，t＝3，...，T，基站利用ayBS[1]对要在第t个时隙广播给用户的信号xBS[t]进行预编码，并将axBS[t]yBS[1]广播给所有用户，则用户j在第t个时隙接收到的信号为yj[t]＝gjxBS[t]+zj[t]，其中zj[t]为用户j端的噪声，用户j利用所述来解调所述xBS[t]。根据本专利技术的具体实施方式，在所述步骤S1中，所述常数信号按照用户的发送功率进行归一化。根据本专利技术的具体实施方式，在所述步骤S1中，基站端的噪声zBS[1]为独立同分布的高斯噪声，即其中，为基站端的噪声功率，IM为M维单位矩阵，表示均值为0，协方差矩阵为的M维循环对称复高斯分布。根据本专利技术的具体实施方式，在所述步骤S2中，所述功率调整因子a满足根据本专利技术的具体实施方式，在所述步骤S2中，用户j端的噪声zj[2]为高斯噪声，即其中，为用户端的噪声功率，表示均值为0，方差为的循环对称复高斯分布。根据本专利技术的具体实施方式，在所述步骤S2中，以最小二乘法估计即本专利技术还提出一种传输信号的方法，应用于多用户多天线系统，所述多用户多天线系统工作于TDD模式，包括基站和多个用户，所述基站配置M根天线，用户数为K，且每个用户均只有一根接收天线或者对多根接收天线进行信号合并后只获得一个标量信道输出，各用户与所述基站间保持理想同步；将一个下行传输周期离散化为T个时隙，且互易的上下行信道在这T个时隙内保持不变，用户k到基站的上行信道记为hk，基站到用户k的下行信道记为其特征在于，所述方法包括：S1、在第1个时隙，用户k向基站发送一个常数信号1，所述基站的接收信号为用户到基站的上行信道以及噪声的简单叠加，即其中为基站端的噪声；S2、在第t个时隙，t＝2，...，T，基站先对要在第t个时隙广播给用户的数据进行差分调制，得到调制后的信号xBS[t]，再利用对所述xBS[t]进行预编码，并将广播给所有用户，则用户j在第t个时隙接收到的信号为其中为用户j端的噪声，用户j不进行显式的信道估计，而对所述基站的广播信号进行非相干的差分解调。本专利技术还提出一种传输信号的方法，应用于多用户多天线系统，所述多用户多天线系统包括基站和多个用户，其特征在于，将所述用户分为若干组，不同组的用户占用不同的子载波，每组用户均采用前述的传输信号的方法传输信号。(三)有益效果本专利技术具有容易实现、处理复杂度低、信道训练开销极低等突出优势，特别适用于大规模天线系统中的低速广播信令传输以及基站寻呼非活跃用户等应用场景。附图说明图1是M＝100，K＝5时，基站与用户之间等效SISO信道gj的实部与虚部的经验累积密度函数，以及与渐进分布的对比。图2是M＝100，K＝50时，gj的实部与虚部的经验累积密度函数，以及与渐进分布的对比。图3是M＝100，K＝500时，gj的实部与虚部的经验累积密度函数，以及与渐进分布的对比。具体实施方式本专利技术提出一种利用无线信道互易性传输广播信号的方法，该方法是一种高效的下行广播信令传输方法，其原理是利用TDD模式下上下行信道的互易性来提升广播信令传输的可靠性，同时显著降低信道训练开销。本专利技术应用于多用户多天线系统，系统工作于TDD模式，基站配置M根天线，用户数为K，且每个用户均只有一根天线或者对多根接收天线进行信号合并后只获得一个标量信道输出，用户与基站间保持良好同步。将一个下行传输周期离散化为T个时隙，且互易的上下行信道在这T个时隙内保持不变，如果记用户k到基站的上行信道为hk，则基站到用户k的下行信道为(符号表示共轭转置)。S1、在第1个时隙，所有用户均发送一个相同的常数(由于用户没有CSI，无法进行上行功率控制；不失一般性，该常数可归一化为1，通过调整噪声功率来反映用户发送功率的变化)，则基站在第1个时隙接收到的信号为用户到基站的上行信道以及噪声的简单叠加，即其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传输信号的方法，应用于多用户多天线系统，所述多用户多天线系统工作于TDD模式，包括基站和多个用户，所述基站配置M根天线，用户数为K，且每个用户均只有一根接收天线或者对多根接收天线进行信号合并后只获得一个标量信道输出，各用户与所述基站间保持理想同步；将一个下行传输周期离散化为T个时隙，且互易的上下行信道在这T个时隙内保持不变，用户k到基站的上行信道记为hk，基站到用户k的下行信道记为符号表示共轭转置，其特征在于，所述方法包括：S1、在第1个时隙，用户k向基站发送一个常数信号，所述基站的接收信号为用户到基站的上行信道以及噪声的简单叠加，即其中yBS[1]表示所述基站在第1个时隙接收到的信号，zBS[1]为基站端的噪声；S2、在第2个时隙，基站将所述第1个时隙接收到的信号yBS[1]乘以一个功率调整因子a，然后将ayBS[1]以广播方式反馈给所有用户，则用户j在第2个时隙接收到的信号为其中zj[2]为用户j端的噪声，用户j根据在第2个时隙接收到的信号yj[2]对gj进行估计，得到估计量S3、在第t个时隙，t＝3，...，T，基站利用ayBS[1]对要在第t个时隙广播给用户的信号xBS[t]进行预编码，并将axBS[t]yBS[1]广播给所有用户，则用户j在第t个时隙接收到的信号为yj[t]＝gjxBS[t]+zj[t]，其中zj[t]为用户j端的噪声，用户j利用所述来解调所述xBS[t]。...

【技术特征摘要】
1.一种传输信号的方法，应用于多用户多天线系统，所述多用户多天线系统工作于TDD
模式，包括基站和多个用户，所述基站配置M根天线，用户数为K，且每个用户均只有一根接
收天线或者对多根接收天线进行信号合并后只获得一个标量信道输出，各用户与所述基站
间保持理想同步；
将一个下行传输周期离散化为T个时隙，且互易的上下行信道在这T个时隙内保持不
变，用户k到基站的上行信道记为hk，基站到用户k的下行信道记为符号表示共轭转置，
其特征在于，所述方法包括：
S1、在第1个时隙，用户k向基站发送一个常数信号，所述基站的接收信号为用户到基站
的上行信道以及噪声的简单叠加，即其中yBS[1]表示所述基站
在第1个时隙接收到的信号，zBS[1]为基站端的噪声；
S2、在第2个时隙，基站将所述第1个时隙接收到的信号yBS[1]乘以一个功率调整因子a，
然后将ayBS[1]以广播方式反馈给所有用户，则用户j在第2个时隙接收到的信号为
其中zj[2]为用户j端的噪声，用户j根据在第2个时隙接收到的信号yj[2]对gj进行估计，得到估计量S3、在第t个时隙，t＝3，...，T，基站利用ayBS[1]对要在第t个时隙广播给用户的信号xBS[t]进行预编码，并将axBS[t]yBS[1]广播给所有用户，则用户j在第t个时隙接收到的信号为
yj[t]＝gjxBS[t]+zj[t]，其中zj[t]为用户j端的噪声，用户j利用所述来解调所述xBS[t]。
2.根据权利要求1所述的传输信号的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述常数信
号按照用户的发送功率进行归一化。
3.根据权利要求1所述的传输信号的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，基站端的噪
声zBS[1]为独立同分布的高斯噪声，即其中，为基站端的噪声
功率，IM为M维单位矩阵，表示均值为0，协方差矩阵为的M维循环对称
复高斯分布。
4.根据权利要求1所述的传输信号的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述功率调
整因子a满足5.根据权利要求1所述的传输信号的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，用户j端的噪
声zj[2]为高斯噪声，即其中，为用户端的噪声功率，表示均值为0，方差为的循环对称复高斯分布。
6.根据权利要求1所述的传输信号的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，以最小二乘
法估计即7.一种传输信号的方法，应用于多用户多天线系统，所述多用户多天线系统包括基站
和多个用户，其特征在于，将所述用户分为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文逸，沈聪，梁宁，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34