在Cell-freeMassiveMIMO下的正交多址与非正交多址的结合方法技术

本发明专利技术提出在Cell

【技术实现步骤摘要】
在Cell
‑
free Massive MIMO下的正交多址与非正交多址的结合方法


[0001]本专利技术属于通信
，具体地，涉及在Cell
‑
free Massive MIMO下的正交多址 与非正交多址的结合方法。

技术介绍

[0002](1)非正交多址,非正交多址作为无线通信中最重要的核心技术之一，多址接入技 术一直是5G研究的一个重点。在4G系统中采用的多址接入技术为正交频分多址技术 (Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)，它通过划分子载波的方 式使时频资源的分配和利用更加合理和高效，从而提高通信效率，获得更高的通信质量。 然而，随着用户数的不断增长，用户间的非正交共享资源接入已成为必然。
[0003]功率域非正交多址(Non
‑
Orthogonal Multiple Access,NOMA)对多个用户信号在功 率域进行简单的线性叠加，基站中每个时频单元都承载了多个用户信号，通过用户的下行 信号的发射功率来区分用户。信道好的用户分配的下行发射功率弱，信道差的用户分配的 下行发射功率强。在终端侧根据串行干扰消除(Successive Interference Cancellation, SIC)接收原理，按照先强后弱的顺序，逐次检测出所有用户信号。与传统的正交多址技 术(Orthogonal Multiple Access,OMA)相比，功率域NOMA在频谱效率和吞吐量上均 有显著的提高。
[0004](2)Cell
‑
free Massive MIMO，随着通信需求的不断增长和通信技术的不断进步， massive MIMO技术被认为是5G时代的关键技术之一。然而使用该技术时，在小区边缘上 的用户吞吐量低、可靠性差、通信时延大，这成为了massive MIMO技术应用于的一个限 制。因此，一种分布式、网络式的massive MIMO技术，Cell
‑
Free massive MIMO技术被 提出并且受到越来越广泛的关注。在Cell
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Free massive MIMO系统中，多个用户通过空 间复用的方式占用同一时频资源，这解决了上述问题，使得系统的性能大大提高。在 Cell
‑
Free mMIMO中，CPU与大量分散的AP通过高速无错的链路相连，各个AP之间相互 协作，为所有用户提供服务。这样，每个AP只需要完成简单的信号处理，而那些复杂的 运算则由CPU来完成，因此AP的价格和功耗都会相对较低。在CF
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mMIMO中，上行链路和 下行链路以TDD模式工作，并且相干间隔通常分为三个阶段：上行链路训练，下行链路有 效载荷数据传输和上行链路有效载荷数据传输。上行链路训练完成信道的估计，对于TDD， 在上行链路和下行链路中的信道增益是相同的，在下行链路有效载荷数据传输和上行链路 有效载荷数据传输的过程中会应用训练过程中得到的信道估计信息进行数据信号的处理。
[0005](3)Cell
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free Massive MIMO的非正交多址接入。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出了Cell
‑
free Massive MIMO下的正交多址与非正交多址的结合方法，将 正交多址接入与非正交多址接入相结合，可以发挥二者的优势，在不同的用户数量和相
关 时间条件下都能得到最佳的频谱效率。
[0007]本专利技术是通过以下方案实现的：
[0008]在Cell
‑
free Massive MIMO下的正交多址与非正交多址的结合方法，
[0009]将所有用户分成L簇，每簇内用户数为1或2，每簇内的用户使用相同的导频，不同 簇用户使用相互正交的导频，则正交导频的个数为L；
[0010]将AP随机分为两部分，一部分为OMA用户提供服务，即每簇内用户数为1的簇， 即k
l
＝1，为OMA用户提供服务的AP所在的集合用符号Φ
O
来表示；另一部分为NOMA 用户提供服务，即每簇内用户数为2的簇，即k
l
＞1，分为NOMA用户提供服务的AP所 在的集合用符号Φ
N
来表示；
[0011]将所有用户分为2部分，一部分用户使用OMA，用符号Ω
O
来表示使用OMA的用户 所在的分簇的集合；另一部分用户使用NOMA，用符号Ω
N
来表示使用NOMA的用户所 在的分簇的集合；
[0012]所述结合方法为：
[0013]步骤一：下行链路的数据传输依赖于共轭波束赋形，得到单用户下行数据传输的频谱 效率；
[0014]步骤二：使用的功率分配算法来最大化最小SINR的功率控制算法P1，将功率控制 转化为凸优化问题P2；
[0015]步骤三：对凸优化问题P2使用二分查找方法来找到下行最大最小化SINR的解。
[0016]进一步地，
[0017]设τ为信道的相关时间长度，即离散化长度，τ等于信道相关时间与信道相关带宽的 乘积，τ
p
为上行链路训练的持续时间，τ
u
和τ
d
分别为上行和下行数据传输时间，则有 τ＝τ
p
+τ
u
+τ
d
；
[0018]设定上下行数据传输时间相等，即τ
u
＝τ
d
，则有τ＝τ
p
+2τ
d
；
[0019]在训练阶段，系统中所有K个用户均自动向AP发送长度为τ
p
的导频信号；令 其中是分配给第k个用户的导频序列，k＝1,2,
…
,K；
[0020]设信道增益模型为：
[0021][0022]其中β代表大尺度衰落，h
mk
代表小尺度衰落，m＝1,2,...M,k＝1,2,...,K是独立同分 布的；
[0023]则第m个AP接收到的信号表示为：
[0024][0025]其中ρ
p
是各个导频符号的归一化信噪比，w
m
是第m个AP端的加性高斯白噪声，w
m
的各个元素服从独立的CN(0,1)分布；
[0026]通过接收到的导频信号y
m
可以得到信道增益g
mk
的估计值用表示y
m
在上的投影：
的信干噪比；基于此，最终第l簇内用户k的可实现速率可以写为：
[0049][0050]经过SIC处理后实际用于译码的信号为：
[0051]使用NOMA的用户：
[0052][0053]使用OMA的用户：
[0054][0055][0056]由此推出的信干噪比为：
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.在Cell
‑
freeMassiveMIMO下的正交多址与非正交多址的结合方法，其特征在于:将所有用户分成L簇，每簇内用户数为1或2，每簇内的用户使用相同的导频，不同簇用户使用相互正交的导频，则正交导频的个数为L；将AP随机分为两部分，一部分为OMA用户提供服务，即每簇内用户数为1的簇，即k
l
＝1，为OMA用户提供服务的AP所在的集合用符号Φ
O
来表示；另一部分为NOMA用户提供服务，即每簇内用户数为2的簇，即k
l
＞1，分为NOMA用户提供服务的AP所在的集合用符号Φ
N
来表示；将所有用户分为2部分，一部分用户使用OMA，用符号Ω
O
来表示使用OMA的用户所在的分簇的集合；另一部分用户使用NOMA，用符号Ω
N
来表示使用NOMA的用户所在的分簇的集合；所述结合方法为：步骤一：下行链路的数据传输依赖于共轭波束赋形，得到单用户下行数据传输的频谱效率；步骤二：使用的功率分配算法来最大化最小SINR的功率控制算法P1，将功率控制转化为凸优化问题P2；步骤三：对凸优化问题P2使用二分查找方法来找到下行最大最小化SINR的解。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：设τ为信道的相关时间长度，即离散化长度，τ等于信道相关时间与信道相关带宽的乘积，τ
p
为上行链路训练的持续时间，τ
u
和τ
d
分别为上行和下行数据传输时间，则有τ＝τ
p
+τ
u
+τ
d
；设定上下行数据传输时间相等，即τ
u
＝τ
d
，则有τ＝τ
p
+2τ
d
；在训练阶段，系统中所有K个用户均自动向AP发送长度为τ
p
的导频信号；令其中是分配给第k个用户的导频序列，k＝1,2,
…
,K；设信道增益模型为：其中β代表大尺度衰落，h
mk
代表小尺度衰落，m＝1,2,...M,k＝1,2,...,K是独立同分布的；则第m个AP接收到的信号表示为：其中ρ
p
是各个导频符号的归一化信噪比，w
m
是第m个AP端的加性高斯白噪声，w
m
的各个元素服从独立的CN(0,1)分布；通过接收到的导频信号y
m
可以得到信道增益g
mk
的估计值用表示y
m
在上的投影：因为任意两个导频都正交或者相同，使用MMSE算法通过估计出信道增益g
mk
的值：
其中β
mk
为第m个AP与第k个用户之间的大尺度衰落；设系统内共有m个AP，把所有用户划分为L个簇，每个簇内有K...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴少川，隋秋怡，李壮，
申请(专利权)人：北京机电工程总体设计部，
类型：发明
国别省市：