一种多用户无线通信系统的抗干扰方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多用户无线通信系统的抗干扰方法和装置，将UA阵列建模形成圆形阵列，圆形阵列中的天线单元通过回程网络相互连接，以处理接收和传输的信号；UA阵列为每个移动设备形成一个波束,且所述波束的主瓣指向用户的位置，通过傅立叶变换获得由加权谐波组成的在传输信息之前应用于天线元件的激励函数；对信号进行干扰消除处理，引入贝塞尔函数将接收到的干扰分解为具有不同空间频率的分量；通过迫零传输强制执行相关约束控制干扰项无效，对满足条件的分量进行截断抑制干扰。本发明专利技术通过将干扰分解为具有不同空间频率的分量，每个分量的值取决于移动台之间距离与波长之比，使分量与系数的乘积为零，从而抑制多用户之间的干扰。

An Anti-jamming Method and Device for Multiuser Wireless Communication System

【技术实现步骤摘要】
一种多用户无线通信系统的抗干扰方法和装置
本专利技术涉及通信网络
，尤其涉及一种多用户无线通信系统的抗干扰方法和装置。
技术介绍
云无线接入网络(C-RAN)是为下一代无线网络设计的新架构，在这种架构中，硬件设备简化为低复杂度的远端射频单元(RadioRemoteUnit,RRU)，每个RRU都集成了天线和射频(RadioFrequency,RF)组件。RRU通过光纤连接到数据中心进行高速数据传输，此外，RRU的低成本和低复杂性使其密集部署能够提高网络覆盖和容量。在C-RAN中，把基站处理单元(BaseBandUnit,BBU)集中在一起，这种集中式信号处理功能可实现云计算，降低网络运营成本和能源消耗，促进网络升级和减轻多用户干扰。随着它的演进，传统蜂窝网络中的小区消失，移动设备与具有无处不在的巨大天线阵列(UbiquitousAntennaArray,UA)进行通信。其中UA定义为：近年来无线接入网络中的集中式信号处理趋势表明，未来网络可能包含无所不在的天线，这些无线天线形成一个大范围的巨大天线阵列。UA通信网络可以被认为是网络MIMO(Multiple-Input-Multiple-Output)的极限扩展形式，因为它具有很多的天线单元，为无线网络提供无处不在的接入。与传统的点对点或多点到单点系统不同，在UA系统中，移动设备由密集的天线包围，信号将从全方向到达移动台，在传输数据时，各移动台之间不可避免的会彼此产生干扰。在移动通信中，若多个用户发送或接收信号时占有相同的时频资源，则存在多用户干扰的问题。对于多用户MIMO系统的上行链路，多用户干扰问题即为多用户检测问题；对于多用户MIMO系统的下行链路，多用户干扰问题可表示为基站预编码问题。其中，多用户检测提出至今，提出的各种算法层出不穷，按照算法实现的方式不同可分为线性多用户检测和非线性多用户检测两大类。在线性多用户检测中，解相关检测器和最小均方误差检测器是两个经典的检测算法。解相关多用户检测的线性变换矩阵就是所有用户扩频序列互相关矩阵的逆矩阵，其特点是完全消除了多用户干扰，可以在未知其他用户功率的情况下，获得最优的抗远近性能，但多用户干扰的完全抑制是以噪声放大为代价的。最小均方误差多用户检测器同时考虑到多用户干扰和噪声对系统性能的影响，以最小均方误差作为性能评价指标，因此可以得到多用户干扰抑制与噪声放大之间的折中。最小均方误差检测器的性能一般优于解相关检测器。由于线性多用户检测法复杂度高，收敛慢，从可实现性角度考虑的研究方向主要集中于非线性多用户检测方法。非线性多用户检测包括并行干扰消除(ParallelInterferenceCancellation,PIC)、串行干扰消除(SuccessiveInterferenceCancellation,SIC)。并行干扰抵消检测器是对每一用户的匹配滤波器输出做初始判决，用它去估计多址接入干扰，并从初始的输出中减去而得到更接近真实发送信号的输出，接着再进行判决、估计，如此循环往复，直到得到期望的性能指标。串行干扰抵消检测器是在接收信号中对多个用户逐个进行数据判决，判出一个就再生该信号并减去该用户信号造成的多址干扰。其中，基站预编码技术就是在已知信道状态信息的情况下，发送端利用信道状态信息对发送信号进行预处理操作，从而进一步提高用户和系统的吞吐量。用户终端先向基站发送上行导频信号，基站根据接收的导频信号变化对信道进行估计，基站利用得到的信道相关信息对发送信号进行预干扰抑制编码，使得预干扰抑制编码后的信号通过信道传输后到达用户终端时的信号刚好为预干扰抑制编码之前的信号。该技术中需要各个发送端相互协调，对于下行传输较为容易实现。预编码技术也可以分为基于码本的预编码方式和基于非码本的预编码方式。基于码本的预编码方法要求发送端和接收端共享同一套码本集合，然后根据具体的信道状况从一个确定的矩阵集合中选取一个使系统性能最优的矩阵，再将该矩阵在码本集合中的序号反馈给发送端。这样的预编码方案使得反馈信道所需传输的数据量较小，通常只有几个比特的大小，大大的节约了成本。非码本预编码利用了信道的互易性特性，它根据上行发送信号获得上行信道信息，并基于信道互易性，获得下行信道信息，利用所获得的信道信息进行矩阵分解，生成所需的预编码矩阵。非码本预编码方法在TDD(TimeDivisionDuplexing)系统中有突出的优势，减少了上行反馈的开销。但是现有技术中的多用户干扰抑制技术仍无法满足通信发展的需要，也就是存在无法有效抑制多用户干扰的问题。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术上述缺陷，本专利技术提供一种多用户无线通信系统的抗干扰方法和装置，通过将接收到的干扰分解为具有不同空间频率的分量，其中每个分量的值取决于移动台之间距离与波长之比，使这些分量与系数的乘积为零，从而抑制多用户之间的干扰。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种多用户无线通信系统的抗干扰方法，其中，所述多用户无线通信系统的抗干扰方法包括：将UA阵列建模形成圆形阵列，所述圆形阵列中的天线单元通过回程网络相互连接，以处理接收和传输的信号；UA阵列为每个移动设备形成一个波束,且所述波束的主瓣指向用户的位置，通过傅立叶变换获得由加权谐波组成的在传输信息之前应用于天线元件的激励函数；对信号进行干扰消除处理，引入贝塞尔函数将接收到的干扰分解为具有不同空间频率的分量；通过迫零传输强制执行相关约束控制干扰项无效，对满足条件的分量进行截断抑制干扰。本专利技术着重于研究UA通信系统的信号处理方面，考虑多个用户的数据在自由空间进行传输，其中任意两个用户之间的功率与它们之间的距离成比例；两个用户之间的干扰强度会随着用户间隔距离的增加而减小；因此，即使给定单用户传输，也可以通过增加用户的距离来抑制干扰；此外，无论圆形和球形UA通信中用户之间的距离如何，路径损失都会与距离成反比。本专利技术提出的低复杂度预编码，具体可用圆形UA的傅里叶级数和球形UA的球形谐波进行设计，它们的系数被设置为激发圆形阵列的不同相位模式，主要是将接收到的干扰分解为具有不同空间频率的分量，其中每个分量的值取决于移动台之间距离与波长之比，使这些分量与系数的乘积为零，从而抑制多用户之间的干扰。附图说明图1是本专利技术多用户无线通信系统的抗干扰方法的较佳实施例的流程图；图2是本专利技术多用户无线通信系统的抗干扰方法的较佳实施例中UA被建模为圆形阵列的示意图；图3是本专利技术多用户无线通信系统的抗干扰方法的较佳实施例中零阶贝塞尔函数图形的示意图；图4是本专利技术多用户无线通信系统的抗干扰方法的较佳实施例中UA被建模为球形UA阵列的示意图；图5为本专利技术多用户无线通信系统的抗干扰装置的较佳实施例的运行环境示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术较佳实施例所述的多用户无线通信系统的抗干扰方法，如图1所示，一种多用户无线通信系统的抗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多用户无线通信系统的抗干扰方法，其特征在于，所述多用户无线通信系统的抗干扰方法包括：将UA阵列建模形成圆形阵列，所述圆形阵列中的天线单元通过回程网络相互连接，以处理接收和传输的信号；UA阵列为每个移动设备形成一个波束,且所述波束的主瓣指向用户的位置，通过傅立叶变换获得由加权谐波组成的在传输信息之前应用于天线元件的激励函数；对信号进行干扰消除处理，引入贝塞尔函数将接收到的干扰分解为具有不同空间频率的分量；通过迫零传输强制执行相关约束控制干扰项无效，对满足条件的分量进行截断抑制干扰。

【技术特征摘要】
1.一种多用户无线通信系统的抗干扰方法，其特征在于，所述多用户无线通信系统的抗干扰方法包括：将UA阵列建模形成圆形阵列，所述圆形阵列中的天线单元通过回程网络相互连接，以处理接收和传输的信号；UA阵列为每个移动设备形成一个波束,且所述波束的主瓣指向用户的位置，通过傅立叶变换获得由加权谐波组成的在传输信息之前应用于天线元件的激励函数；对信号进行干扰消除处理，引入贝塞尔函数将接收到的干扰分解为具有不同空间频率的分量；通过迫零传输强制执行相关约束控制干扰项无效，对满足条件的分量进行截断抑制干扰。2.根据权利要求1所述的多用户无线通信系统的抗干扰方法，其特征在于，不同空间频率的每个分量的值取决于移动台之间距离与波长之比。3.根据权利要求1所述的多用户无线通信系统的抗干扰方法，其特征在于，所述将UA阵列建模形成圆形阵列，所述圆形阵列中的天线单元通过回程网络相互连接，以处理接收和传输的信号具体包括：UA阵列被建模为圆形阵列，其中圆心为o,半径为r0；所述圆形阵列包括以原点为中心的UA和由UA包围的单天线用户，则每个用户X的极坐标为其中rX＞0是距离原点的距离，是相对于x轴正轴的角度；当r0＞＞rX时，用户X到任意天线A＝(r0,θ)的距离表示为：阵列中的天线单元通过回程网络相互连接，以合作处理接收和传输的信号；所有天线都是全向的，假设网络中有U个用户，可以用X1,Λ,Xu,Λ,XU表示，用户Xu与天线A之间的信道响应可用hu(θ)表示如下：其中，g和q是移动台用户和阵列元件的天线增益，被设置为常数，λ表示波长；在已知信道信息的情况下，利用得到的信道相关信息对发送信号进行预编码fu(θ)的设计，令xu表示由UA发送给用户u的数据符号，因此由天线A(θ)发送的信号可以表示为在用户处接受到的信号如下式：其中，zu为均值且为0，方差为σ2的高斯白噪声。4.根据权利要求3所述的多用户无线通信系统的抗干扰方法，其特征在于，所述UA阵列为每个移动设备形成一个波束,且所述波束的主瓣指向用户的位置，通过傅立叶变换获得由加权谐波组成的在传输信息之前应用于天线元件的激励函数具体包括：UA阵列为每个移动设备形成一个波束,波束的主瓣指向用户的位置；预编码器函数为具有周期2π的周期函数，通过傅立叶变换获得由加权谐波组成的在传输信息之前应用于天线元件的激励函数如下:其中,cu0＝1，并且当m≠0时，cu,m＝0，不同的谐波对应不同的传输波束图，通过加权传输波束的叠加，对系数cu,m进行规划。5.根据权利要求4所述的多用户无线通信系统的抗干扰方法，其特征在于，由公式4得出第m次谐波具有的空间频率；系数cu,m的设计被认为空间谐波分量的空间滤波，以产生期望用户的传输波束图；假设滤波器具有单位功率，即把公式4代入公式3，得到在移动台处接收到的信号：其中，第一项为期望信号，第二项为其他用户对期望用户的干扰，第三项为噪声。6.根据权利要求5所述的多用户无线通信系统的抗干扰方法，其特征在于，所述对信号进行干扰消除处理，引入贝...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈佳义，张常运，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44