大频偏环境下非正交多址接入系统的信号检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大频偏环境下非正交多址接入系统的信号检测方法及装置，所述方法包括：接收来自多个活跃用户非正交多址接入的叠加信号；根据接收信号，初始化所有用户的活跃指示、频偏以及接收信号残差；根据相关峰度量选择最强活跃用户并通过FFT计算该用户的频偏粗估计值；针对最强活跃用户的频偏粗估计值和细频偏候选集中的每一个候选细频偏，利用块坐标下降算法联合估计信道参数和调制数据；根据最大似然准则从候选集中选择最强活跃用户的最佳细频偏估计值；根据所述的活跃用户频偏估计值更新所有用户的频偏、信道系数、数据符号以及信号残差；本发明专利技术显著提升了非正交多址接入系统信号检测算法在大频偏环境下的性能，有效地解决了用户活跃性、信道、频偏和数据符号的联合估计问题。的联合估计问题。的联合估计问题。

【技术实现步骤摘要】
大频偏环境下非正交多址接入系统的信号检测方法及装置


[0001]本专利技术涉及大频偏环境下非正交多址接入系统的信号检测方法及装置，属于非正交多址


技术介绍

[0002]随着物联网(IoT)设备数量的急剧增加，近年来大规模机器通信(mMTC)需求巨大，已成为下一代通信系统最重要的需求之一。与人与人之间的通信不同，mMTC的关键特性之一是零星的流量模式，即在任何给定时间内大量的用户中只有一小部分用户处于活动状态，而mMTC系统中信道相干时间和带宽十分有限，因此无授权的非正交多址接入技术(NOMA)被广泛应用。该技术中每个用户需要被预先分配一个唯一的非正交导频序列，并且基站需要判断每一个潜在用户的活动状态。文献《Greedy Data
‑
Aided Active User Detection for Massive Machine Type Communications》给出了基于数据辅助的活跃用户检测(DA
‑
AUD)算法，利用贪婪算法对活动用户子集进行迭代检测，有效地实现了用户活跃性、信道和数据符号的联合估计。
[0003]由于低成本物联网设备通常配备廉价的晶体振荡器，用户与基站之间的载波频率偏移不可忽略，未知的频偏加剧了多用户之间的干扰，而且这种影响会随着时间的推移而快速增加。文献中所述的DA
‑
AUD算法在大频偏环境下的性能并不理想。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供大频偏环境下非正交多址接入系统的信号检测方法及装置，有效地解决了用户活跃性、信道、频偏和数据符号的联合估计问题，大大降低了频偏在多用户之间的干扰。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]第一方面，本专利技术提供了大频偏环境下非正交多址接入系统的信号检测方法，包括：
[0007]接收来自多个活跃用户非正交多址接入的叠加信号；
[0008]根据接收的叠加信号，初始化所有用户的活跃指示、频偏以及接收信号残差，同时初始化迭代次数；
[0009]迭代执行下述步骤，直至满足迭代停止条件：
[0010]根据相关峰度量选择最强活跃用户并通过FFT计算该用户的频偏粗估计值，同时更新用户的活跃指示；
[0011]针对所述最强活跃用户的频偏粗估计值和细频偏候选集中的每一个候选细频偏，利用块坐标下降算法联合估计信道系数和调制数据；
[0012]基于联合估计的信道系数和调制数据，根据最大似然准则从细频偏候选集中选择最强活跃用户的最佳细频偏估计值；
[0013]根据所述最佳细频偏估计值更新所有用户的频偏、信道系数、数据符号以及信号
残差。
[0014]进一步的，所述满足迭代停止条件的规则使用能量阈值法或交叉验证法。
[0015]进一步的，所述接收来自多个活跃用户非正交多址接入的叠加信号步骤中，假设各活跃用户同步发送突发帧，突发帧由导频和数据符号组成，设突发帧有1个导频符号和L个数据符号，基站侧接收到的维度为M
×
1的导频信号公式为：
[0016][0017]其中，K为总用户数，c
k
为第k个用户被分配的唯一的维度为M
×
1的地址序列,diag(c
k
)表示第k个用户地址序列c
k
的对角矩阵，p
k
为第k个用户在导频时隙发送的导频符号，p
k
＝1，a
k
为第k个用户的状态，h
k
为第k个用户与基站之间复信道增益，n为导频时隙中的维度为M
×
1的复加性高斯噪声，C为K个用户的维度为M
×
K的地址矩阵，运算符
⊙
表示对应位置元素相乘，z为K个用户的维度为K
×
1的活跃性和信道联合状态，z＝a
⊙
h＝[a1h1，a2h2，
…
，a
K
h
K
]T
；γ
k，0
为导频时隙第k个用户的维度为M
×
1的相位旋转矢量，其中，ω
k
＝2πΔf
k
为第k个用户与基站之间的角频偏，为第k个用户与基站之间归一化后的频偏，为第k个用户与基站之间的频偏，T
c
为码片延时时间；Γ0为导频时隙K个用户的维度为M
×
K的相位旋转矩阵，Γ0＝[γ
1，0
，
…
，γ
K，0
]；
[0018]第l个数据时隙基站侧接收到的维度为M
×
1的数据信号公式为：
[0019][0020]其中，x
k，l
为第k个用户在第l个数据时隙发送的从有限的星座图中选择的数据符号，x
l
为K个用户在第l个数据时隙发送的从有限的星座图中选择的维度为K
×
1的数据符号，x
l
＝[x
1，l
，x
2，l
，
…
，x
K，l
]T
；z
k
为第k个用户的活跃性和信道联合状态；γ
k，l
为第l个数据时隙第k个用户的维度为M
×
1的相位旋转矢量，Γ
l
为导频时隙K个用户的维度为M
×
K的相位旋转矩阵，Γ
l
＝[γ
1，l
，
…
，γ
K，l
]；n
l
为第l个数据时隙中的维度为M
×
1的复加性高斯噪声，即
[0021]进一步的，所述初始化所有用户的活跃指示记为a
(0)
＝[0，0，
…
，0]T
、频偏记为Δf
(0)
＝[0，0，
…
，0]T
、频偏诱导的相位旋转矩阵记为导频和数据对应的残差为基站侧的接收信号，公式如下：
[0022][0023][0024]其中，为导频时隙对应的维度为M
×
1的残差；为第l个数据时隙对应的维度为M
×
1的残差；y
(p)
为基站侧接收到的维度为M
×
1的导频信号；为第l个数据时隙基站侧接收到的维度为M
×
1的数据信号。
[0025]进一步的，所述根据相关峰度量选择最强活跃用户并通过FFT计算该用户的频偏粗估计值，同时更新用户的活跃指示，包括：
[0026]第i次迭代阶段时，采用公式(31)计算相关峰度量：
[0027][0028]其中，表示向量r＝[r0，r1，
…
，r
M
‑1]的N点FFT的第m个元素，且M≤N，描述为：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大频偏环境下非正交多址接入系统的信号检测方法，其特征在于，包括：接收来自多个活跃用户非正交多址接入的叠加信号；根据接收的叠加信号，初始化所有用户的活跃指示、频偏以及接收信号残差，同时初始化迭代次数；迭代执行下述步骤，直至满足迭代停止条件：根据相关峰度量选择最强活跃用户并通过FFT计算该用户的频偏粗估计值，同时更新用户的活跃指示；针对所述最强活跃用户的频偏粗估计值和细频偏候选集中的每一个候选细频偏，利用块坐标下降算法联合估计信道系数和调制数据；基于联合估计的信道系数和调制数据，根据最大似然准则从细频偏候选集中选择最强活跃用户的最佳细频偏估计值；根据所述最佳细频偏估计值更新所有用户的频偏、信道系数、数据符号以及信号残差。2.根据权利要求1所述的大频偏环境下非正交多址接入系统的信号检测方法，其特征在于：所述满足迭代停止条件的规则使用能量阈值法或交叉验证法。3.根据权利要求1所述的大频偏环境下非正交多址接入系统的信号检测方法，其特征在于：所述接收来自多个活跃用户非正交多址接入的叠加信号步骤中，假设各活跃用户同步发送突发帧，设突发帧有1个导频符号和L个数据符号，基站侧接收到的维度为M
×
1的导频信号公式为：其中，K为总用户数，c
k
为第k个用户被分配的唯一的维度为M
×
1的地址序列,diag(c
k
)表示第k个用户地址序列c
k
的对角矩阵，p
k
为第k个用户在导频时隙发送的导频符号，p
k
＝1，a
k
为第k个用户的状态，h
k
为第k个用户与基站之间复信道增益，n为导频时隙中的维度为M
×
1的复加性高斯噪声，C为K个用户的维度为M
×
K的地址矩阵，运算符
⊙
表示对应位置元素相乘，z为K个用户的维度为K
×
1的活跃性和信道联合状态，z＝a
⊙
h＝[a1h1；a2h2；
…
；a
K
h
K
]
T
；γ
k；0
为导频时隙第k个用户的维度为M
×
1的相位旋转矢量，其中，ω
k
＝2πΔf
k
为第k个用户与基站之间的角频偏，为第k个用户与基站之间归一化后的频偏，为第k个用户与基站之间的频偏，T
c
为码片延时时间；Γ0为导频时隙K个用户的维度为M
×
K的相位旋转矩阵，Γ0＝[γ
1，0
，
…
，γ
K，0
]；第l个数据时隙基站侧接收到的维度为M
×
1的数据信号公式为：其中，x
k，l
为第k个用户在第l个数据时隙发送的从有限的星座图中选择的数据符号，x
l
为K个用户在第l个数据时隙发送的从有限的星座图中选择的维度为K
×
1的数据符号，x
l
＝[x
1，l
，x
2，l
，
…
，x
K，l
]
T
；z
k
为第k个用户的活跃性和信道联合状态；γ
k，l
为第l个数据时隙第k个用户的维度为M
×
1的相位旋转矢量，Γ
l
为第l个数据时隙K个用户的维度为M
×
K的相位旋转矩阵，Γ
l
＝[γ
1，l
，
…
，γ
K，l
]；n
l
为第l个数据时隙中的维度为M
×
1的复加性高斯噪声，即
4.根据权利要求3所述的大频偏环境下非正交多址接入系统的信号检测方法，其特征在于：所述初始化所有用户的活跃指示记为a
(0)
＝[0，0，
…
，0]
T
、频偏记为Δf
(0)
＝[0，0，
…
，0]
T
、频偏诱导的相位旋转矩阵记为导频和数据对应的残差为基站侧的接收信号，公式如下：数据对应的残差为基站侧的接收信号，公式如下：其中，为导频时隙对应的维度为M
×
1的残差；为第l个数据时隙对应的维度为M
×
1的残差；y
(p)
为基站侧接收到的维度为M
×
1的导频信号；为第l个数据时隙基站侧接收到的维度为M
×
1的数据信号。5.根据权利要求4所述的大频偏环境下非正交多址接入系统的信号检测方法，其特征在于：所述根据相关峰度量选择最强活跃用户并通过FFT计算该用户的频偏粗估计值，同时更新用户的活跃指示，包括：第i次迭代阶段时，采用公式(5)计算相关峰度量：其中，表示向量r＝[r0，r1，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓富，李春香，张索非，颜俊，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：