基于聚类的分布式波束成形上行链路信号识别方法及系统技术方案

本公开涉及一种基于聚类的分布式波束成形上行链路信号识别方法，其特征在于，包括：多个用户端通过多个分布式发射机向基站发送通信请求信号；用户端基于基站反馈的应答信号控制用户端的发射机的发射功率以使用户端的通信请求通过；基站基于空间滤波器分离信息信号生成任一用户端的任一发射设备的聚类算法的输入信号，基于输入信号和聚类算法识别每个用户端的各个发射机的信息信号；并获得每个用户端的最大比合并，并解码每个用户端的信息信号。根据本公开，基站基于聚类算法可以改善的多用户分布式波速成形中信号识别的问题，提高通信质量。

Clustering-based Distributed Beamforming Uplink Signal Recognition Method and System

【技术实现步骤摘要】
基于聚类的分布式波束成形上行链路信号识别方法及系统
本公开涉及无线通信
，具体涉及一种基于聚类的分布式波束成形上行链路信号识别方法及系统。
技术介绍
在现有的无线通信系统中，大规模的天线阵列可以有效地增强其空间分辨率，例如，大规模多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)系统。基站(BaseStation，BS)可以较容易地配备大量天线；然而，由于尺寸和成本的问题，这种配置对于远程用户来说是一个挑战。因此，分布式发射波束成形(Distributedtransmitbeamforming，DTB)系统作为一种有前途的技术已经受到极大关注，这是因为DTB系统易于实现，且具有高频谱效率和高功率效率，能够满足对未来无线通信不断增长的需求。与具有共址天线的传统系统不同，DTB系统中的发射器在几何上是分开的。现有的研究主要是研究单用户DTB系统，并且没有研究关于多用户DTB(多用户分布式波速成形)系统的上行链路(UpLink，UL)的方法，其中多个用户通过分布式发射机(Distributedtransmitter，DT)使用相同的无线电资源同时将其消息发送到基站(BS)。对于多用户分布式波速成形(MUDTB)系统的上行链路(UL)的信号传输方法，BS处的接收器必须能够区分由源发送的DT信号(即DT发射的信号)，因为许多不同的信号来自不同的用户。现有的用于区分DT信号的方法存在三种：第一种方法涉及发送训练序列，但是，使用过多的训练序列会导致导频污染问题。第二种方法涉及设计复杂的预编码器，然而，发射机需要知道所有DT信号的先验知识，该方法不适用于实际的无线通信环境，因为可以先验地假设信道状态信息(ChannelStateInformation，CSI)的信息很少。第三种方法涉及利用传输信号的某些特殊属性，例如引入具有投影的迭代最小二乘法和使用枚举算法的迭代最小二乘法。然而，第三种方法存在两个主要缺点：其一，该方法是针对特定类型的传输信号而不是通用类型而设计的。其二，需要足够大的接收数据样本，并不适合于超可靠和低延迟通信(URLLC)。这是因为URLLC是5G新无线电(NR)支持的新服务类别，其针对新兴应用，其中数据消息是时间敏感的，必须在端到端安全交付时，同时满足高可靠性和硬延迟要求。另外，由于每个DT具有有限的传输功率，且随机性可能来自小规模多径衰落和基站(接收机)噪声，使得在现有的区别DT信号的技术中还存在一些挑战。
技术实现思路
本公开是有鉴于上述的状况而提出的，其目的在于提供一种能够更好地进行信号识别的波束成形上行链路的信号识别方法及系统。为此，本公开的第一方面提供了一种基于聚类的分布式波束成形上行链路信号识别方法，是包含具有多个独立的分布式发射机的用户端和基站的无线通信系统的基于聚类算法的基于聚类的分布式波束成形上行链路信号识别方法，其特征在于，包括：多个所述用户端通过多个分布式发射机向所述基站发送通信请求信号；所述基站基于所述通信请求信号估计各个所述用户端的每个所述分布式发射机的大尺度路径损耗，所述基站基于所述大尺度路径损耗计算每个所述用户端的每个所述分布式发射机的接收信噪比；所述基站基于每个用户端的每个所述分布式发射机的接收信噪比计算每个所述用户端的平均接收信噪比，所述基站计算任意两个所述用户端的平均接收信噪比的差值；基于所述差值与设定阈值，所述基站设置相应的用户端的目标接收信噪比，并向每个所述用户端的所述分布式发射机反馈应答信号，所述用户端的所述分布式发射机基于所述应答信号，确定是否调整所述用户端的所述分布式发射机的发射功率，以使所述用户端的所述平均接收信噪比等于所述目标接收信噪比；当所述用户端的所述平均接收信噪比等于所述目标接收信噪比时，多个所述用户端通过相应的各个分布式发射机向所述基站发送信息信号；所述基站通过空间滤波器分离所述信息信号，所述基站基于分离的所述信息信号生成所述聚类算法的输入信号，基于所述输入信号和所述聚类算法识别每个所述用户端的各个分布式发射机的信息信号；并且所述基站基于每个所述用户端的各个所述分布式发射机的信息信号获得每个所述用户端的最大比合并，并解码每个所述用户端的信息信号。在本公开中，用户端通过多个分布式发射机向基站发送通信请求信号，基站基于通信请求信号估计各个用户端的每个分布式发射机的大尺度路径损耗，基站基于大尺度路径损耗计算每个用户端的每个分布式发射机的接收信噪比，进而计算每个用户端的平均接收信噪比以及任意两个用户端的平均接收信噪比的差值，基于差值与设定阈值，基站设置相应的用户端的目标接收信噪比，并向每个用户端的分布式发射机反馈应答信号，用户端的分布式发射机基于应答信号，确定是否调整用户端的分布式发射机的发射功率，以使用户端的平均接收信噪比等于目标接收信噪比；当用户端的平均接收信噪比等于目标接收信噪比时，多个用户端通过相应的各个分布式发射机向基站发送信息信号；基站通过空间滤波器分离信息信号，基于分离的信息信号生成聚类算法的输入信号，基于输入信号和聚类算法识别每个用户端的各个分布式发射机的信息信号，并且基站基于每个用户端的各个分布式发射机的信息信号获得每个用户端的最大比合并，并解码每个用户端的信息信号。在这种情况下，能够改善无线通信系统的多用户分布式波速成形中信号识别的问题。在本公开第一方面所涉及的分布式波束成形上行链路信号识别方法中，可选地，所述接收信噪比满足式(Ⅰ)：其中，γk,l表示第k个用户端的第l个分布式发射机的接收信噪比，Pk,l表示第k个用户端的第l个分布式发射机的传输功率，表示基站噪声的方差，αk,l表示第k个用户端的第l个分布式发射机的大尺度路径损耗。由此，基站能够通过信噪比计算方法得到每个用户端的分布式发射机的接收信噪比。在本公开第一方面所涉及的分布式波束成形上行链路信号识别方法中，可选地，每个所述用户端的平均接收功率由每个用户端的每个分布式发射机的接收信噪比之和除以每个所述用户端的分布式发射机数量计算得到，所述差值满足式(Ⅱ)：Δk,j＝|γk-γj|(Ⅱ)，其中，γk表示第k个所述用户端的平均接收信噪比，γj表示第j个所述用户端的平均接收信噪比。由此，基站能够计算多个用户端中任意两个用户端的平均接收信噪比的差值。在本公开第一方面所涉及的分布式波束成形上行链路信号识别方法中，可选地，所述基站通过信道估计为第k个用户端的第l个分布式发射机生成聚类算法的输入信号xk,l(t)，输入信号xk,l(t)满足式(Ⅲ)：其中，rk,l(t)表示第k个用户端的第l个分布式发射机的空间滤波器的输出信号，表示第k个用户端的第l个分布式发射机的信道估计，(·)*表示取共轭运算。由此，能够获得各个用户端的各个分布式发射机相应的输入信号，便于后续进行信息识别。在本公开第一方面所涉及的分布式波束成形上行链路信号识别方法中，可选地，所述聚类算法将每个所述用户端的分布式发射机的信息信号自动分成多个集群，每个所述集群包含每个所述用户端的分布式发射机的信息信号。由此，基站可以通过聚类算法将所有用户端的分布式发射机的信息信号分成每个用户端的信息信号的集群。本公开的第二方面提供了一种基于聚类的分布式波束成形上行链路信号识别系统，是包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于聚类的分布式波束成形上行链路信号识别方法，是包含具有多个独立的分布式发射机的用户端和基站的无线通信系统的基于聚类算法的基于聚类的分布式波束成形上行链路信号识别方法，其特征在于，包括：多个所述用户端通过多个分布式发射机向所述基站发送通信请求信号；所述基站基于所述通信请求信号估计各个所述用户端的每个所述分布式发射机的大尺度路径损耗，所述基站基于所述大尺度路径损耗计算每个所述用户端的每个所述分布式发射机的接收信噪比；所述基站基于每个用户端的每个所述分布式发射机的接收信噪比计算每个所述用户端的平均接收信噪比，所述基站计算任意两个所述用户端的平均接收信噪比的差值；基于所述差值与设定阈值，所述基站设置相应的用户端的目标接收信噪比，并向每个所述用户端的所述分布式发射机反馈应答信号，所述用户端的所述分布式发射机基于所述应答信号，确定是否调整所述用户端的所述分布式发射机的发射功率，以使所述用户端的所述平均接收信噪比等于所述目标接收信噪比；当所述用户端的所述平均接收信噪比等于所述目标接收信噪比时，多个所述用户端通过相应的各个分布式发射机向所述基站发送信息信号；所述基站通过空间滤波器分离所述信息信号，所述基站基于分离的所述信息信号生成所述聚类算法的输入信号，基于所述输入信号和所述聚类算法识别每个所述用户端的各个分布式发射机的信息信号；并且所述基站基于每个所述用户端的各个所述分布式发射机的信息信号获得每个所述用户端的最大比合并，并解码每个所述用户端的信息信号。...

【技术特征摘要】
1.一种基于聚类的分布式波束成形上行链路信号识别方法，是包含具有多个独立的分布式发射机的用户端和基站的无线通信系统的基于聚类算法的基于聚类的分布式波束成形上行链路信号识别方法，其特征在于，包括：多个所述用户端通过多个分布式发射机向所述基站发送通信请求信号；所述基站基于所述通信请求信号估计各个所述用户端的每个所述分布式发射机的大尺度路径损耗，所述基站基于所述大尺度路径损耗计算每个所述用户端的每个所述分布式发射机的接收信噪比；所述基站基于每个用户端的每个所述分布式发射机的接收信噪比计算每个所述用户端的平均接收信噪比，所述基站计算任意两个所述用户端的平均接收信噪比的差值；基于所述差值与设定阈值，所述基站设置相应的用户端的目标接收信噪比，并向每个所述用户端的所述分布式发射机反馈应答信号，所述用户端的所述分布式发射机基于所述应答信号，确定是否调整所述用户端的所述分布式发射机的发射功率，以使所述用户端的所述平均接收信噪比等于所述目标接收信噪比；当所述用户端的所述平均接收信噪比等于所述目标接收信噪比时，多个所述用户端通过相应的各个分布式发射机向所述基站发送信息信号；所述基站通过空间滤波器分离所述信息信号，所述基站基于分离的所述信息信号生成所述聚类算法的输入信号，基于所述输入信号和所述聚类算法识别每个所述用户端的各个分布式发射机的信息信号；并且所述基站基于每个所述用户端的各个所述分布式发射机的信息信号获得每个所述用户端的最大比合并，并解码每个所述用户端的信息信号。2.根据权利要求1所述的分布式波束成形上行链路信号识别方法，其特征在于：所述接收信噪比满足式(Ⅰ)：其中，γk,l表示第k个用户端的第l个分布式发射机的接收信噪比，Pk,l表示第k个用户端的第l个分布式发射机的传输功率，表示基站噪声的方差，αk,l表示第k个用户端的第l个分布式发射机的大尺度路径损耗。3.根据权利要求1所述的分布式波束成形上行链路信号识别方法，其特征在于：每个所述用户端的平均接收功率由每个用户端的每个分布式发射机的接收信噪比之和除以每个所述用户端的分布式发射机数量计算得到，所述差值满足式(Ⅱ)：Δk,j＝|γk-γj|(Ⅱ)，其中，γk表示第k个所述用户端的平均接收信噪比，γj表示第j个所述用户端的平均接收信噪比。4.根据权利要求1所述的分布式波束成形上行链路信号识别方法，其特征在于：所述基站通过信道估计为第k个用户端的第l个分布式发射机生成聚类算法的输入信号xk,l(t)，输入信号xk,l(t)满足式(Ⅲ)：其中，rk,l(t)表示第k个用户端的第l个分布式发射机的空间滤波器的输出信号，表示第k个用户端的第l个分布式发射机的信道估计，(·)*表示取共轭运算。5.根据权利要求1所述的分布式波束成形上行链路信号识别方法，其特征在于：所述聚类算法将每个所述用户端的分布式发射机的信息信号自动分成多个集群，每个所述集群包含每个所述用户端的分布式发射机的信息信号。6.一种基于聚类的分布式波束成形上行链路信号识别系统，是包含具有多个独立的分布式发射设备的用户装置和接收...

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