一种针对信号个数过载的多用户接收方法及应用技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，公开了一种针对信号个数过载的多用户接收方法及应用，利用信号之间的相互作用将接收端有效信号个数降至接收天线数；根据可数的有效干扰空间特征设计多个迫零接收滤波矩阵，并分别对混合信号进行滤波以及判决重构；将判决重构模块的输出与原接收混合信号相减并通过一个保护模块；利用相同的迫零滤波矩阵第二次滤波，通过对各滤波输出进行比较，判决接收符号；使用串行干扰消除方法消除已解码符号对接收混合信号剩余分量接收的影响，直至恢复全部发送数据。本发明专利技术在接收信号个数过载但有效干扰状态空间可数的情况下恢复出全部的发送符号，提高系统支持的并发通信用户个数。

Multiuser receiving method and application for overload of signal number

The invention belongs to the technical field of wireless communication and discloses a method for receiving multi user signal number of overload and application, the number of effective signal receiver to receive antennas by interactions between signals; according to the spatial characteristics of effective interference can be counted multiple zero forcing receiver filter matrix, and filtering the decision and reconstruction of the mixed signal; the decision output module and reconstruction of original received mixed signal subtraction and through a protection module; using zero forcing filter matrix filtering second times the same, through the filter output comparison, judgment of received symbols; using serial interference cancellation method to eliminate the decoded symbols on the receiving effect of mixed signal residual the receiving component, to recover all transmitted data. The invention recovers all the transmitted symbols when the received signal number is overloaded, but the effective interference state space can be counted, so as to improve the number of concurrent communication users supported by the system.

【技术实现步骤摘要】
一种针对信号个数过载的多用户接收方法及应用
本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种针对信号个数过载的多用户接收方法及应用。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展以及通信链路链接密度的增加，需要提升通信系统的容量以满足日益增长的用户数据传输需求。在频谱资源有限的情况下，为了提高通信服务质量以及系统容纳的用户数，多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)技术成为了近年来无线通信领域的一项突破，MIMO对空域资源进行利用，对提高系统频谱效率有显著的作用。在MIMO的研究中，单用户MIMO无法满足快速增长的用户的需求，多用户MIMO(Multiple-UserMIMO，MU-MIMO)具有更好的实际意义。而在已有的MU-MIMO研究中，接收机的自由度(Degreeoffreedom，DoF)是影响接收机接收信号能力的一大因素，当接收机天线数小于待解的信号个数，即接收信号数过载时，接收机没有足够的自由度区分全部的信号分量。传统的迫零(ZeroForcing，ZF)接收方法要求接收机天线数必须大于等于独立传输的数据流个数，即信号过载的时候传统的迫零不适用。接收天线数是制约接收机接能力的重要因素，也是限制系统容量的主要方面。针对多路并发信号的接收，干扰对齐与消除(InterferenceAlignmentCancellation，IAC)是一种能够对系统中的多路数据进行恢复的方法，该方法应用于认知MIMO(CognitiveRadioMultiple-InputMultiple-Output，CR-MIMO)系统，利用干扰对齐(InterferenceAlignment，IA)对信号进行降维，再利用干扰消除(InterferenceCancellation，IC)对干扰进行消除，但需要接收机之间的协作。一致滤波(MatchedFilter，MF)对信号的恢复不受接收机天线数的限制，但无法消除干扰，所以当干扰较强时，数据传输性能将受到很大影响。虽然还可以采用调度算法从多个用户中选择一组向接收机发送数据，但未得到调度的用户无法进行信息传输。当电磁波在自由空间呈现出互益的叠加效果时，与每个单独的波形相比，叠加信号的强度增加；若两个电磁波相互削弱，则叠加的效果是信号强度的减弱。所以多个射频(MultipleRadioFrequency，RF)信号的叠加可以等效为一个电磁波，该思想可以用于新型的多用户接收方法设计。综上所述，现有技术存在的问题是：传统迫零接收要求接收机天线数不小于于待解信号分量个数的约束。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种针对信号个数过载的多用户接收方法及应用。本专利技术是这样实现的，一种针对信号个数过载的多用户接收方法，所述针对信号个数过载的多用户接收方法包括：(1)将可解的一部分信号视为期望信号，并利用信号之间的相互作用，将其余信号的整体效果视为一个等效干扰，使接收端需要处理的信号个数降至接收天线数；(2)根据可数的等效干扰空间特征设计多个迫零接收滤波矩阵，将接收混合信号分为多个支路，并采用迫零接收滤波矩阵对每个支路的混合信号进行滤波和判决重构；迫零接收滤波矩阵G中各滤波向量fn,n∈S：G包含NR-1个列向量，对G进行共轭转置得到GH，G共有种可能的组合，其中只有一种与实际的等效干扰空间特征一致；(3)将原始接收信号与重构信号相减，再与预设的噪声门限进行比较，若小于该门限则加一个偏置信号，否则不做处理，接下来每个支路进行第二次滤波，通过对各支路滤波输出强度大小进行比较确定正确的支路，并对该支路第一次滤波后的接收符号进行判决；(4)使用串行干扰消除方法消除已解码符号对接收混合信号剩余分量接收的影响，采用串行干扰消除将携带已解码的NR-1个符号的信号从混合信号y中消除，接收机将已恢复的信号从集合N中删除，更新集合N；通过对剩余混合信号重复上述过程，直至恢复全部发送数据。进一步，所述针对信号个数过载的多用户接收方法包括以下步骤：第一步，每个发射机配置NT根发射天线，NT≥2，采用波束成形的发射方式发送一路数据，发射机k估计其与接收机之间的信道状态信息hk，其中k＝0,1,···,K-1，发射机k根据hk计算预编码向量pk，发射机k将hk和调制方式信息一同上报给接收机，接收机获取每路发送数据的调制方式信息，并取L为所用调制方式中最大的调制阶数，K个发射机发送的信号数K大于接收机天线数NR，每个发射机的发射功率均为PT；第二步，接收机接收到混合信号y：其中，xk表示发射机k发送的数据，n表示加性高斯白噪声；发射机k发送的信号在接收端表现出的空间特征为rk＝hkpk；将接收机所有待接收的信号构成集合N，则集合N包含的信号个数为K，M表示集合N中元素的个数，此时M＝K。比较M与NR的大小，若M≤NR，接收机设计迫零接收滤波矩阵WZF直接对混合信号y进行滤波，输出M个判决符号；第三步，若M＞NR，接收机随机选取集合N中的NR-1个信号组成待解信号集合S，集合N中其余信号组成干扰集合I；利用干扰间的相互作用，将M-(NR-1)个干扰的整体效果作为一路等效干扰，等效干扰的空间特征为所有可能的rε构成等效干扰的空间特征集C，由于发送符号经过调制后存在多种组合情况，在给定hj和pj的前提下，集合C共包含个元素，若调制星座图具有原点对称性，集合C中共包含种干扰空间特征；第四步，接收机首先将待解信号的空间特征rn＝hnpn,n∈S与等效干扰的空间特征rε进行施密特正交化，并设计迫零接收滤波矩阵G中各滤波向量fn,n∈S：G包含NR-1个列向量，对G进行共轭转置得到GH，G共有种可能的组合，其中只有一种与实际的等效干扰空间特征一致；第五步，接收机将混合信号y分为路，然后采用第四步的个滤波矩阵G分别对每路混合信号进行滤波，再对滤波后的信号判决并结合信道状态信息进行信号重构，与实际的等效干扰空间特征一致的支路得到重构信号其中为NR-1个待解信号对应的发射机到接收机的信道矩阵，表示发射机对待解数据的预编码矩阵，为判决得到的正确数据符号向量，与实际的等效干扰空间特征不一致的支路的重构信号为其中是受到干扰影响的错误判决得到的数据符号向量；第六步，每个支路将重构后的信号或分别与接收混合信号y相减，将相减后的输出与预设的门限Th进行比较，若相减后的输出小于Th，则给输出增加偏置信号ε，否则不做处理，直接输出到后级处理；第七步，每个支路采用与第一次滤波相同的G对第六步所述输出的信号进行第二次滤波，对每个支路的输出进行比较，信号强度最小的支路为等效干扰空间特征一致支路，采用第五步中第一次的滤波结果判决输出NR-1个接收符号第八步，接收机利用已恢复的数据符号和信道状态信息重构信号，再采用串行干扰消除将携带已解码的NR-1个符号的信号从混合信号y中消除，接收机将已恢复的信号从集合N中删除，更新集合N，返回至第三步操作。进一步，所述第三步当发送信号个数大于接收天线数NR时，先利用信号之间的相互作用得到多个干扰的整体效果，实现对待处理信号的空间降维，使接收机待处理的信号个数降为NR，再采用迫零及串行干扰消除进行多用户信号的接收。进一步，当调制后的符号存在多种情况导致信号之间相互作用产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对信号个数过载的多用户接收方法，其特征在于，所述针对信号个数过载的多用户接收方法包括：(1)将可解的一部分信号视为期望信号，并利用信号之间的相互作用，将其余信号的整体效果视为一个等效干扰，使接收端需要处理的信号个数降至接收天线数；(2)根据可数的等效干扰空间特征设计多个迫零接收滤波矩阵，将接收混合信号分为多个支路，并采用迫零接收滤波矩阵对每个支路的混合信号进行滤波和判决重构；迫零接收滤波矩阵G中各滤波向量fn,n∈S：A

【技术特征摘要】
1.一种针对信号个数过载的多用户接收方法，其特征在于，所述针对信号个数过载的多用户接收方法包括：(1)将可解的一部分信号视为期望信号，并利用信号之间的相互作用，将其余信号的整体效果视为一个等效干扰，使接收端需要处理的信号个数降至接收天线数；(2)根据可数的等效干扰空间特征设计多个迫零接收滤波矩阵，将接收混合信号分为多个支路，并采用迫零接收滤波矩阵对每个支路的混合信号进行滤波和判决重构；迫零接收滤波矩阵G中各滤波向量fn,n∈S：AG包含NR-1个列向量，对G进行共轭转置得到GH，G共有种可能的组合，其中只有一种与实际的等效干扰空间特征一致；(3)将原始接收信号与重构信号相减，再与预设的噪声门限进行比较，若小于该门限则加一个偏置信号，否则不做处理，接下来每个支路进行第二次滤波，通过对各支路滤波输出强度大小进行比较确定正确的支路，并对该支路第一次滤波后的接收符号进行判决；(4)使用串行干扰消除方法消除已解码符号对接收混合信号剩余分量接收的影响，采用串行干扰消除将携带已解码的NR-1个符号的信号从混合信号y中消除，接收机将已恢复的信号从集合N中删除，更新集合N；通过对剩余混合信号重复上述过程，直至恢复全部发送数据。2.如权利要求1所述的针对信号个数过载的多用户接收方法，其特征在于，所述针对信号个数过载的多用户接收方法包括以下步骤：第一步，每个发射机配置NT根发射天线，NT≥2，采用波束成形的发射方式发送一路数据，发射机k估计其与接收机之间的信道状态信息hk，其中k＝0,1,…,K-1，发射机k根据hk计算预编码向量pk，发射机k将hk和调制方式信息一同上报给接收机，接收机获取每路发送数据的调制方式信息，并取L为所用调制方式中最大的调制阶数，K个发射机发送的信号数K大于接收机天线数NR，每个发射机的发射功率均为PT；第二步，接收机接收到混合信号y：其中，xk表示发射机k发送的数据，n表示加性高斯白噪声；发射机k发送的信号在接收端表现出的空间特征为rk＝hkpk；将接收机所有待接收的信号构成集合N，则集合N包含的信号个数为K，M表示集合N中元素的个数，此时M＝K；比较M与NR的大小，若M≤NR，接收机设计迫零接收滤波矩阵WZF直接对混合信号y进行滤波，输出M个判决符号；第三步，若M＞NR，接收机随机选取集合N中的NR-1个信号组成待解信号集合S，集合N中其余信号组成干扰集合I；利用干扰间的相互作用，将M-(NR-1)个干扰的整体效果作为一路等效干扰，等效干扰的空间特征为所有可能的rε构成等效干扰的空间特征集C，由于发送符号经过调制后存在多种组合情况，在给定hj和pj的前提下，集合C共包含个元素，若调制星座图具有原点对称性，集合C中共包含种干扰空间特征；第四步，接收机首先将待解信号的空间特征rn＝hnpn,n∈S与等效干扰的空间特征rε进行施密特正交化，并设计迫零接收滤波矩阵G中各滤波向量fn,n∈S：G包含NR-1个列向量，对G进行共轭转置得到GH，G共有种可能的组合，其中只有一种与实际的等效干扰...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钊，丁嘉敏，赵林靖，肖丽媛，丁汉清，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61