一种基于空间调制的多天线系统的下行非正交多接入方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于空间调制的多天线系统的下行非正交多接入方法。首先，用户通过信道估计获得下行链路的信道状态信息，并将部分信道状态信息通过反馈链路传递给基站。其次，基站根据所获得的信道状态信息，将N

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间调制的多天线系统的下行非正交多接入方法
本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于空间调制的多天线系统的下行非正交多接入方法。
技术介绍
非正交多接入(NOMA)技术由于其极高的频谱利用效率，获得了来自学术界和工业界的广泛关注，并且被认为是第五代移动通信系统(5G)的一项关键技术。在传统的正交多接入技术中，如时分复用多接入(TDMA)、频分复用多接入(FDMA)和码分复用接入(CDMA)，一个无线资源块只能分配给一个移动终端，导致极低的资源利用效率。而非正交多址接入技术利用功率域上的差异使得多用户可以采用同一码字同时同频地工作，这极大地提高了频谱利用效率。随着无线互联网的兴起，未来的5G网络需要支持大量无线设备的同时接入。然而，由于无线资源的稀缺性，传统的正交多接入技术很难支持大规模接入。因此，非正交多技术成为解决该难题的一个关键技术。为了满足未来5G网络的要求，进一步提高通信系统的容量，将非正交多接入技术和多天线技术相结合成为当下研究的热点。例如，在下行链路中，基于用户簇的思想，基站将多个下行信道增益差异较大的用户组成一个簇，并对同一个簇内的发射信号进行叠加编码(SC)。为了减小簇间干扰，基站采用迫零波束成形的方法，为每个簇的叠加编码信号设计一个发射波束，然后将所有波束成形后的信号一起进行发射。在接收端，用户利用叠加编码信号在功率域上的差异对同一簇内的用户进行串行干扰抵消(SIC)，然后对自身信号进行解码。然而，基于用户簇的多天线非正交多接入技术虽然能够一定程度上降低接收复杂度，但连续干扰消除的高复杂性仍需要接收设备具有良好的计算能力，而这在很多实际通信系统中很难满足。例如，随着物联网的普及，大量低成本但计算能力有限的无线设备将接入到无线网，此时要求这些设备执行复杂的SIC操作是不现实的。此外，信道最差的用户在解调时面临着严重的簇内干扰，这使得用户公平性很难得到保证。
技术实现思路
为解决上述方案中接收复杂度高以及用户公平性难以保证的问题，本专利技术提出了一种基于空间调制的多天线系统的下行非正交多接入方法。一种基于空间调制的多天线系统的下行非正交多接入方法，包括如下步骤：(1)用户通过信道估计获得下行链路的信道状态信息，并将部分信道状态信息通过反馈链路传递给基站；(2)基站根据所获得的信道状态信息，将基站中的Nt根发射天线分为K个组，其中，第i组包含Ni根天线，同时，基站将用户分为K个簇，其中，第i个用户簇包含两个用户UEi,k(k＝1,2)，并为每个用户簇分配一组发射天线，第i个天线组服务于第i个用户簇，i的取值为1～K；(3)各天线组分别对与其相对应的用户簇的信号进行空间调制，得到第i个天线组给第i个用户簇的调制信号(4)基站根据其所获得的信道状态信息，设计波束成形矩阵将第i个用户簇的信号x(i)左乘第i个发射波束得到波束成形后的信号Wix(i)，并将得到的所有的波束成形后的信号发射出去；(5)用户接收到基站发射的信号后，采用最大似然检测方法对自身信号进行解调。步骤(3)中的空间调制方法为(以第i个用户簇为例)：(a)将UEi,1的信息比特平均分组，每组包含log2(Ni)个比特，记UEi,1的一组比特流向量为bi,1；将UEi,2的信息比特平均分组，每组包含log2(Mi)个比特，其中Mi是QAM调制阶数，记UEi,2的一组比特流向量为bi,2；(b)将bi,1映射到第i个天线组中的天线标号ni，天线标号表示为其中bi,1(j)表示bi,1中的第j个比特信息；对bi,2采用Mi-QAM调制，将bi,2映射到第i个天线组中的星座图符号si；(c)第i个天线组给第i个用户簇的调制信号为其中si位于x(i)中的第ni行。步骤(4)中波束成形矩阵的设计方法为：首先，引入等效信道矩阵A＝HW，其中H表示基站获得的信道状态信息；其次，将A写成如下形式：其中，H(i,k)表示基站到UEi,k的信道状态信息，Wj表示为第j个用户簇的信号x(j)设计的发射波束；然后，当i≠j时，令当i＝j时，其中，表示第i个天线组中标号为ni的天线到UEi,k的信道向量，并且位于的第ni列；最后，基于基站获取的信道状态信息H和等效信道矩阵A＝HW，得到波束成形矩阵W＝HH(HHH)-1A。步骤(5)中最大似然检测方法为：其中，和分别表示UEi,k对天线组i中相应天线标号的估计以及所选择发射的星座图符号的估计，y(i，k)表示UEi,k所接收的信号，表示第i个天线组中标号为mi的天线到UEi,k的信道向量，qi表示第i个天线组的星座图符号集合中的任意一个符号。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术提出的基于空间调制的多天线系统的下行非正交多接入方法，一方面，完全消除了簇内干扰，因此，提高了系统容量，改善了用户公平性。另一方面，接收端只需采用简单的ML检测器，避免了传统NOMA中复杂的SIC操作，极大降低了接收复杂度。附图说明图1是基于空间调制的多天线系统的下行非正交多接入方法的框图；图2是基于空间调制的多天线非正交多接入(SMN)和传统多天线非正交多接入(CMN)的速率的比较图；图3是基于空间调制的多天线非正交多接入(SMN)和传统多天线非正交多接入(CMN)最差用户的速率的比较图。具体实施方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1所示的是本专利技术基于空间调制的多天线系统的下行非正交多接入方法的框图，具体包括如下过程：步骤1，用户通过信道估计获得下行链路的信道状态信息，并将部分信道状态信息通过反馈链路传递给基站。步骤2，基站根据所获得的信道状态信息，将基站中的Nt根发射天线分为K个组，其中，第i组包含Ni根天线，同时，基站将用户分为K个簇，其中，第i个用户簇包含两个用户UEi,k(k＝1,2)，并为每个用户簇分配一组发射天线，第i个天线组服务于第i个用户簇，i的取值为1～K；步骤3，各天线组分别对相应用户簇的信号进行空间调制，从而得到第i个天线组给第i个用户簇的调制信号此步骤中，以用户簇i为例，空间调制的方法为：首先，将UEi,1的信息比特分组，每组包含log2(Ni)个比特，记UEi,1的一组比特流向量为bi,1；将UEi,2的信息比特分组，每组包含log2(Mi)个比特，其中Mi是QAM调制阶数，记UEi,2的一组比特流向量为bi,2。然后，将bi,1映射到第i个天线组中的天线标号，天线标号表示为其中bi,1(j)表示bi,1中的第j个比特信息；对bi,2采用Mi-QAM调制，将bi,2映射到第i个天线组中的星座图符号si。最后，第i个天线组给第i个用户簇的调制信号为其中si位于x(i)中的第ni行。步骤4，基站根据其所获得的信道状态信息，设计波束成形矩阵将第i个用户簇的信号x(i)左乘第i个发射波束得到波束成形后的信号Wix(i)，并将得到的所有的波束成形后的信号发射出去；此步骤中，波束成形矩阵的设计方法为：首先，引入等效信道矩阵A＝HW，其中H表示基站获得的信道状态信息；其次，将A写成如下形式其中，H(i，k)表示基站到UEi,k的信道状态信息，Wj表示为第j个用户簇的信号x(j)设计的发射波束；然后，令其中表示第i个天线组中标号为ni的天线到UEi,k的信道向量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间调制的多天线系统的下行非正交多接入方法，包括如下步骤：(1)用户通过信道估计获得下行链路的信道状态信息，并将部分信道状态信息通过反馈链路传递给基站；(2)基站根据所获得的信道状态信息，将基站中的N

【技术特征摘要】
1.一种基于空间调制的多天线系统的下行非正交多接入方法，包括如下步骤：(1)用户通过信道估计获得下行链路的信道状态信息，并将部分信道状态信息通过反馈链路传递给基站；(2)基站根据所获得的信道状态信息，将基站中的Nt根发射天线分为K个组，其中，第i组包含Ni根天线，同时，基站将用户分为K个簇，其中，第i个用户簇包含两个用户UEi,k(k＝1,2)，并为每个用户簇分配一组发射天线，第i个天线组服务于第i个用户簇，i的取值为1～K；(3)各天线组分别对与其相对应的用户簇的信号进行空间调制，得到第i个天线组给第i个用户簇的调制信号(4)基站根据其所获得的信道状态信息，设计波束成形矩阵将第i个用户簇的信号x(i)左乘第i个发射波束得到波束成形后的信号Wix(i)，并将得到的所有的波束成形后的信号发射出去；(5)用户接收到基站发射的信号后，采用最大似然检测方法对自身信号进行解调。2.如权利要求1所述的基于空间调制的多天线系统的下行非正交多接入方法，其特征在于，所述的空间调制方法为：(a)将UEi,1的信息比特平均分组，每组包含log2(Ni)个比特，记UEi,1的一组比特流向量为bi,1；将UEi,2的信息比特平均分组，每组包含log2(Mi)个比特，其中Mi是QAM调制阶数，记UEi,2的一组比特流向量为bi,2；(b)将bi,1映射到第i个天线组中的天线标号ni，天线标号表示为其中bi,1(j)表示bi,1中的第j个比特信息；对bi,2采用Mi-QAM调制，将bi,2映射到第i个天线组中的星座图符号si；(c)第i个天线组给第i个用户簇的调制信号为其中si位于x(i...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小玲，钟财军，陈晓明，张朝阳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33