CN103236998B - 空地无线信号处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种空地无线信号处理方法及装置，本实施例通过网络侧设备根据系统预设的用户设备优先级，计算与所述用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵；所述网络侧设备利用所述分层迫零波束成形矩阵将多路待发送信号进行预编码处理，并使用相同的无线资源发送所述预编码处理后的多路待发送信号给接入用户设备，实现无线资源的多路共享。用以解决民航空地宽带无线通信系统中存在的高优先级通信业务独占无线资源却使用效率低，低优先级通信业务需求旺盛却无线资源供应不足的问题。

Description

空地无线信号处理方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及民航空地宽带无线通信系统领域，尤其涉及一种空地无线信号处理方法及装置。

背景技术

目前，在民航空地宽带无线通信系统中，空管通信和无线电导航业务因为涉及到飞行安全，具有极高的业务优先级，可以独占无线资源，但是，空管通信和无线电导航业务的工作模式是典型的脉冲交互模式，无线资源的使用效率较低；而乘客无线宽带业务虽然需求旺盛，但是在民航空地宽带无线通信系统中只能获得较低的业务优先级，存在频谱供应严重不足的问题。

因此，现有的民航空地宽带无线通信系统中存在高优先级通信业务独占无线资源却使用效率低，低优先级通信业务需求旺盛却无线资源供应不足的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种空地无线信号处理方法及装置，用以解决民航空地宽带无线通信系统中存在的高优先级通信业务独占无线资源却使用效率低，低优先级通信业务需求旺盛却无线资源供应不足的问题。

第一方面，本发明提供一种空地无线信号处理方法，应用于民航空地宽带无线通信系统，包括：

网络侧设备根据系统预设的用户设备优先级，计算与所述用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵；

所述网络侧设备利用所述分层迫零波束成形矩阵将多路待发送信号进行预编码处理，并使用相同的无线资源发送所述预编码处理后的多路待发送信号给接入用户设备。

第二方面，本发明提供一种空地无线信号处理装置，应用于民航空地宽带无线通信系统，包括：

计算模块，用于根据系统预设的用户设备优先级，计算与所述用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵；

处理模块，用于利用所述分层迫零波束成形矩阵将多路待发送信号进行预编码处理，并使用相同的无线资源发送所述预编码处理后的多路待发送信号给接入用户设备。

本发明实施例通过网络侧设备根据系统预设的用户设备优先级，计算与所述用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵；并利用所述分层迫零波束成形矩阵将待发送信号进行预编码处理，并发送所述预编码处理后的待发送信号给接入用户设备；由于本发明实施例在计算与高用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵时，不考虑低用户设备优先级的信道向量矩阵。在计算与低用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵时，考虑到高用户设备优先级的信道向量矩阵，使得与低用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵均可以与高用户设备优先级的信道向量矩阵正交，从而使得低用户设备优先级的接入用户设备的接收信号对高用户设备优先级的接入用户设备的接收信号造成的干扰最小化；

因此，本实施例采用分层迫零波束成形矩阵将待发送信号进行预编码处理的技术手段，可以实现高用户设备优先级的接入用户设备和低用户设备优先级的接入用户设备使用同一份无线资源进行通信业务的同时，低用户设备优先级的接入用户设备的接收信号对高用户设备优先级的接入用户设备的接收信号造成的干扰最小化，不仅可以解决民航空地宽带无线通信系统中存在的高优先级通信业务独占无线资源却使用效率低，低优先级通信业务需求旺盛却无线资源供应不足的问题，同时可以提高无线资源的使用效率。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的空地无线信号处理方法的流程示意图；

图2为本发明实施例应用的空地无线信号处理系统的架构图；

图3为本发明实施例应用的分层迫零波束成形的工作原理示意图；

图4为本发明另一实施例提供的空地无线信号处理装置的结构示意图。

具体实施方式

传统的迫零波束成形算法直接使用不同用户的信道向量矩阵求广义逆（英文：Moore Penrose Inverse）的方式生成不同用户的预编码矩阵：

$\tilde{W}=H{\left(H^{H}H\right)}^{-1}=[{\tilde{w}}_1,...,{\tilde{w}}_m,...,{\tilde{w}}_M]$ ，之后，将不同用户的预编码矩阵归一化后得到迫零波束成形矩阵：1<m<M。

假设第m个接入用户需要发送的信号为x_m，其中，代表信号的发射功率，此时，第m个接入用户km的接收信噪比可以表示为：

${\mathrm{SINR}}_m=\frac{1}{{\left|\right|{\tilde{w}}_m\left|\right|}^2}\frac{P_m}{{\mathrm{\&sigma;}}^2};$

根据上述预编码矩阵，可知第m个接入用户的迫零波束成形矩阵与所有已接入用户的信道向量有关，所以第m个接入用户的接收信噪比与所有接入用户的信道向量有关。进一步假设接入用户的优先级存在差异，例如，空中交通管制的通信业务的优先级高于民航乘客的通信业务的优先级，如果使用传统的迫零波束成形算法进行无线资源的分配，会导致低优先级通信业务干扰高优先级通信业务的情况。

鉴于传统的迫零波束成形算法导致低优先级通信业务干扰高优先级通信业务的情况，本发明实施例提供一种无线信号处理方法，使用分层的迫零波束成形算法，可以实现在保证高优先级通信业务的基础上，同时将无线资源分配给低优先级通信业务使用，而且低优先级通信业务对高优先级通信业务的干扰达到最小化。

图1为本发明一实施例提供的空地无线信号处理方法的流程示意图，如图1所示，包括：

101、网络侧设备根据系统预设的用户设备优先级，计算与所述用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵。

具体实现时，图2为本发明实施例应用的空地无线信号处理系统的架构图，如图2所示，本实施例的网络侧设备具体可以为基站，假设基站装备有M根发射天线，这些天线可以是集中式布局，也可以是分布式部署，通常，不同天线到每个用户设备的信道增益具有统计不相关，也就是说，在富散射信道下，不同天线之间的距离需要大于发射信号载波的半波长以上，例如，在L波段载波频率约1GHz的情况下，天线间距需要大于15厘米，其中，根据IEEE521-2002标准，L波段是指频率在1-2GHz的无线电波波段。

如图2所示，假设系统预设L个用户设备优先级，其中，优先级最高的是第一级用户设备优先级，优先级最低的是第L级用户设备优先级，每个用户设备优先级中包括K个候选的用户设备；

假设在每个用户设备优先级的K个候选的用户设备中选出n_l个用户设备同时接入系统，其中，n_l∈{n₁,n₂,...n_l...n_L},1≤l≤L，考虑到合理的接收信噪比，装备有M根发射天线的基站最多可以将一份无线资源共享给M个不同或相同用户设备优先级的用户设备,也就是说，同时接入系统的用户设备总数N_L不超过M个，即n₁+n₂+...+n_L=N_L≤M。

为了保证用户设备优先级较低通信业务不对用户设备优先级较高的通信业务造成干扰，本实施例中，在计算与高用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵时，不需要考虑低用户设备优先级的信道向量矩阵。但是，在计算与低用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵时，需要考虑高用户设备优先级的信道向量矩阵，使得与低用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵均可以与高用户设备优先级的信道向量矩阵正交。具体实现时：

举例来说，当用户设备优先级l为1时，计算与所述第1级用户设备优先级匹配的预编码向量的过程如下：

首先，根据第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的信道状态信息，构建第一级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的临时信道向量矩阵需要说明的是，网络侧设备（例如基站）通过天线向其信号覆盖范围内的所有用户设备广播正交导频信息，接收到正交导频信息的每一个用户设备根据正交导频信息进行信道估计，并获得其自身到网络侧设备的所有M根天线之间的信道状态信息，每一个用户设备将获取的信道状态信息通过专用反馈信道发送给网络侧设备，网络侧设备根据每个用户设备发送的信道状态信息分别构建信道向量矩阵h_i=[h₁,h₂,...,h_M]^T，T为向量转置。

其次，根据上述构建的第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的临时信道向量矩阵，使用预编码向量生成公式：计算得到第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的预编码矩阵： ${\tilde{W}}_1=[{\tilde{w}}_1,...,{\tilde{w}}_{n_1}];$

其中，中包括第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备对应的n₁个没有归一化的预编码向量。

进一步举例来说，当用户设备优先级l为2≤l≤L时，计算与所述用户设备优先级l匹配的预编码向量的过程如下：

首先，根据第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的信道状态信息与第1级至第l-1级用户设备优先级中选出的所有接入用户设备的信道状态信息，构建第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的临时信道向量矩阵 $H_l=[H_{l-1},h_{N_{l-1}+1},...,h_{N_l}];$

其次，根据上述构建的第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的临时信道向量矩阵，使用预编码向量生成公式进行l次迭代计算，在第l次进行的迭代计算之后，生成第l次迭代的预编码矩阵： ${\tilde{W}}_l=[{\tilde{w}}_1,...,{\tilde{w}}_{N_{l-1}},{\tilde{w}}_{N_{l-1}+1},...,{\tilde{w}}_{N_l}].$

最后，为了保证高用户设备优先级的预编码矩阵不会被低用户设备优先级的预编码矩阵所改变，利用删除公式：将第l次迭代生成的预编码矩阵中与前N_l-1个接入用户设备的预编码向量予以删除，得到第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的预编码矩阵；其中，第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的预编码矩阵中包括第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备对应的n_l个没有归一化的预编码向量。

由于第1级为最高用户设备优先级，不需要考虑低用户设备优先级的信道向量矩阵，因此不需要进行迭代，在计算第2级至第L级的用户设备优先级对应的预编码矩阵过程中，需要进行L-1次迭代，最后，将全部L级用户设备优先级对应的预编码向量全部计算完成后，可以得到整个系统的预编码矩阵： $\tilde{W}=[{\tilde{W}}_1,{\tilde{W}}_2,...,{\tilde{W}}_L]=[{\tilde{w}}_1,{\tilde{w}}_2,...,{\tilde{w}}_{N_L}],$ 其中， $\tilde{W}$ 共包括N_L个预编码向量。

之后，将整个系统的预编码矩阵归一化后可以得到整个系统的分层迫零波束成形矩阵： $W=[w_1,w_2,...,w_{N_L}]=[\frac{{\tilde{w}}_1}{\left|\right|{\tilde{w}}_1\left|\right|},\frac{{\tilde{w}}_2}{\left|\right|{\tilde{w}}_2\left|\right|},...,\frac{{\tilde{w}}_{N_L}}{\left|\right|{\tilde{w}}_{N_L}\left|\right|}].$

102、网络侧设备利用所述分层迫零波束成形矩阵将多路待发送信号进行预编码处理，并使用相同的无线资源发送所述预编码处理后的多路待发送信号。

图3为本发明实施例应用的分层迫零波束成形的工作原理示意图，如图3所示，假设待发送信号x_m为第m个接入用户设备需要接收的信号，其中，第m个接入用户设备可以为第1级用户设备优先级至第L级用户设备优先级中选出的任一接入用户设备，m<M；待发送信号x_m经过分层迫零波束成形预编码器提供的分层迫零波束成形矩阵进行预编码后为s_m=w_mx_m，其中，w_m为分层迫零波束成形矩阵中与第m个接入用户设备所在的用户设备优先级匹配的预编码向量，之后，将预编码之后的待发送信号s_m通过天线发送出去。

在实际应用中，网络侧设备需要将所有待发送信号经过分层迫零波束成形预编码器提供的分层迫零波束成形矩阵进行预编码后，得到网络侧设备的总发送信号向量并将总发送信号向量通过M根天线分别发送给所有接收信号的接入用户设备，此时，第m个接入用户设备的接收信噪比可以表示为：

${\mathrm{SINR}}_m=\frac{{\left|\right|h_m^H{w}_m\left|\right|}^2{P}_m}{\underset{i=1,i\&NotEqual;m}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|\right|h_m^H{w}_i\left|\right|}^2{P}_i+{\mathrm{\&sigma;}}^2};$

其中，表示网络侧设备欲发送给第m个接入用户设备的发送信号的发射功率，h_m∈H^M×1表示网络侧设备到第m个接入用户设备的信道向量矩阵，σ²代表接收噪声的方差，w_m表示分层迫零波束成形矩阵中与第m个接入用户设备所在的用户设备优先级匹配的预编码向量，w_i表示分层迫零波束成形矩阵中与第i个接入用户设备所在的用户设备优先级匹配的预编码向量，P_i表示网络侧设备欲发送给除第m个接入用户设备之外的其他接入用户设备的发送信号的发射功率。通常，第m个接入用户设备根据接收信噪比SINR_m，选择相应的调制机制解析出需要接收的信号。

需要说明的是，为了实现高用户设备优先级对应的预编码向量的独立性和完整性，上述在生成高用户设备优先级对应的预编码向量时不需要考虑低用户设备优先级对应的信道向量矩阵，因此，会存在高用户设备优先级对应的预编码向量与低用户设备优先级对应的信道向量矩阵没有正交的情况，从而会减小低用户设备优先级的接入用户设备的接收信噪比，造成高用户设备优先级的接入用户设备的接收信号对低用户设备优先级的接入用户设备的接收信号的干扰，为了克服这个问题，实现低用户设备优先级的接入用户设备的接收信噪比的最大化，本发明实施例进一步地可以利用计算复杂度为O(KM³)的低复杂度贪婪算法对每一个用户设备优先级中的用户设备进行接入选择和调度。具体实现时：

例如，对于最高用户设备优先级（即l=1时），假设最高用户设备优先级中允许接入的一个用户设备时，即n₁=1，则直接选取信道向量矩阵模 $k_1^1=\underset{h_k\&Element;A_1}{\arg \max }\left|\right|h_k\left|\right|$ 最大的用户设备。

其中，代表第1级用户设备优先级中的第1个允许接入的用户设备的信道向量矩阵模，A₁={h₁,h₂,...,h_K}，表示第1级用户设备优先级中所有K个候选用户设备的信道向量矩阵的集合。

又例如，假设最高用户设备优先级中允许接入多个用户设备时（n₁>1），则可以根据最高用户设备优先级中K个候选用户设备中的正交基底选择允许接入的n₁个用户设备。

其中，正交基底为： ${\tilde{g}}_k=[I_{M\&times;M}-\underset{n=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{g_n{g}_n^H}{{\left|\right|g_n\left|\right|}^2}]h_k;$

(k=1,2,…,K)

其中，g_n,1≤n≤i-1是所述第1级用户设备优先级中序号小于i的已选出的允许接入的用户设备的正交基底；i表示所述第1级用户设备优先级中第i个允许接入的用户设备的序号，I_M×M表示M行M列的单位矩阵。

使用信道向量矩阵模公式可以按照信道向量矩阵模大小从大到小顺序选择出最高用户设备优先级中的n₁个允许接入的用户设备，并生成第i个允许接入的用户设备的正交基底

又例如，对于第l级用户设备优先级，如果允许接入n_l≥1个用户设备时，若按照最大化系统吞吐量的原则分配无线资源，则在第l级用户设备优先级中的K个候选用户设备中，寻找出n_l个能够使系统吞吐量最大的用户设备共享该无线资源。通过第l级用户设备优先级中所有用户设备的信道矩阵向量和正交基，利用贪婪算法：选择允许接入的n_l个用户设备。

其中，A_l={h₁,h₂,...,h_K}，表示第l级用户设备优先级中所有K个候选用户设备的信道向量矩阵的集合；P_i表示分配给第i个候选用户设备的发射功率；P_k表示分配给第k个候选用户设备的发射功率；表示第k个候选用户设备信道向量的共轭转置；w_i表示所有已允许接入用户设备对应的预编码向量；σ²代表噪声方差。

其中，在选择第l级用户设备优先级中的第i个允许接入的用户设备时，所有高于第l级用户设备优先级的波束已经完成了用户设备的选择并已经生成了波束成形向量，同时，在分母中已经考虑了所有高于第l级用户设备优先级已选择的用户设备的信道向量对第l级用户设备优先级中的第i个允许接入的用户设备的信道向量的干扰，即所以该贪婪算法可以较好的兼顾高用户设备优先级对低用户设备优先级的干扰，并以较低的复杂度实现低用户设备优先级的接收信噪比的近似最优。

本发明实施例通过网络侧设备根据系统预设的用户设备优先级，计算与所述用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵；并利用所述分层迫零波束成形矩阵将待发送信号进行预编码处理，并发送所述预编码处理后的待发送信号给接入用户设备；由于本发明实施例在计算与高用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵时，不考虑低用户设备优先级的信道向量矩阵。在计算与低用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵时，考虑到高用户设备优先级的信道向量矩阵，使得与低用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵均可以与高用户设备优先级的信道向量矩阵正交，从而使得低用户设备优先级的接入用户设备的信号对高用户设备优先级的接入用户设备不造成干扰；

因此，本实施例采用分层迫零波束成形矩阵将待发送信号进行预编码处理的技术手段，可以实现高用户设备优先级的接入用户设备和低用户设备优先级的接入用户设备使用同一份无线资源进行通信业务的同时，低用户设备优先级的接入用户设备的接收信号对高用户设备优先级的接入用户设备的接收信号造成的干扰最小化，不仅可以解决民航空地宽带无线通信系统中存在的高优先级通信业务独占无线资源却使用效率低，低优先级通信业务需求旺盛却无线资源供应不足的问题，同时可以提高无线资源的使用效率。

进一步地，本实施例采用计算复杂度为O(KM³)的低复杂度贪婪算法对每一个用户设备优先级中的用户设备进行接入选择和调度的技术手段，可以实现低用户设备优先级的接入用户设备的接收信噪比的最大化，使得高用户设备优先级的接入用户设备的信号对低用户设备优先级的接入用户设备的干扰最小化。

图4为本发明另一实施例提供的空地无线信号处理装置的结构示意图，应用于民航空地宽带无线通信系统，所述装置具体可以为网络侧设备，例如基站，如图4所示，所述装置包括：

计算模块41，用于根据系统预设的用户设备优先级，计算与所述用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵；

处理模块42，用于利用所述分层迫零波束成形矩阵将多路待发送信号进行预编码处理，并使用相同的无线资源发送所述预编码处理后的多路待发送信号给接入用户设备。

其中，所述系统预设的用户设备优先级包括L级用户设备优先级，其中，第1级用户设备优先级为最高级用户设备优先级，第2级至第L级用户设备优先级为优先等级逐渐降低的用户设备优先级，第L级用户设备优先级为最低级用户设备优先级。

举例来说，计算模块41具体用于：

根据第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的信道状态信息，构建所述第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的临时信道向量矩阵 $H_1=[h_1,...,h_{n_1}];$

根据所述构建的第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的临时信道向量矩阵，使用预编码向量生成公式：计算得到所述第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的预编码矩阵： ${\tilde{W}}_1=[{\tilde{w}}_1,...,{\tilde{w}}_{n_1}];$

根据第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的信道状态信息，以及所述第1级用户设备优先级至第l-1级用户设备优先级中选出的所有N_l-1接入用户设备的信道状态信息，构建所述第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的临时信道向量矩阵其中，2≤l≤L；

根据所述构建的第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的临时信道向量矩阵，使用预编码向量生成公式进行l次迭代计算，在第l次迭代计算之后，生成第l次迭代的预编码矩阵：

利用删除公式：将第l次迭代生成的预编码矩阵中与前N_l-1个接入用户设备的预编码向量予以删除，得到第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的预编码矩阵；

根据计算得到的所述第1级用户设备优先级对应的预编码矩阵以及所述第l级用户设备优先级对应的预编码矩阵，得到所述全部L级用户设备优先级对应的预编码矩阵，根据所述全部L级用户设备优先级的顺序，组合对应的预编码矩阵，构建整个系统的预编码矩阵： $\tilde{W}=[{\tilde{W}}_1,{\tilde{W}}_2,...,{\tilde{W}}_L]=[{\tilde{w}}_1,{\tilde{w}}_2,...,{\tilde{w}}_{N_L}],$ 其中， $\tilde{W}$ 包括N_L个预编码向量，n₁+...+n_l+...+n_L=N_L，其中N_l表示第1级用户设备优先级至第l级用户设备优先级中的所有接入用户设备的总数；

将所述整个系统的预编码矩阵归一化后得到整个系统的分层迫零波束成形矩阵： $W=[w_1,w_2,...,w_{N_L}]=[\frac{{\tilde{w}}_1}{\left|\right|{\tilde{w}}_1\left|\right|},\frac{{\tilde{w}}_2}{\left|\right|{\tilde{w}}_2\left|\right|},...,\frac{{\tilde{w}}_{N_L}}{\left|\right|{\tilde{w}}_{N_L}\left|\right|}].$

举例来说，所述装置还包括：选择模块43，具体用于：

若所述第1级用户设备优先级中允许接入一个用户设备时，即n₁=1，则选取信道向量矩阵模最大的用户设备，其中，代表第1级用户设备优先级中的第1个允许接入的用户设备的信道向量矩阵模，A₁={h₁,h₂,...,h_K}，表示第1级用户设备优先级中所有K个候选用户设备的信道向量矩阵的集合；

若所述第1级用户设备优先级中允许接入多个用户设备时，即n₁>1，则根据所述第1级用户设备优先级中K个候选用户设备中的正交基底使用信道向量矩阵模公式按照信道向量矩阵模大小从大到小顺序选择出所述第1级用户设备优先级中的n1个允许接入的用户设备；

其中，第k个候选用户设备的信道状态向量的正交基底为：

${\tilde{g}}_k=[I_{M\&times;M}-\underset{n=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{g_n{g}_n^H}{{\left|\right|g_n\left|\right|}^2}]h_k,(k=\mathrm{1,2},...,K);$

其中，g_n,1≤n≤i-1是所述第1级用户设备优先级中序号小于i的已选出的允许接入的用户设备的正交基底；i表示所述第1级用户设备优先级中第i个允许接入的用户设备的序号，I_M×M表示M行M列的单位矩阵。

进一步举例来说，选择模块43，具体还用于：

若所述第l级用户设备优先级中允许接入多个用户设备时，即n₁>1，则通过所述第l级用户设备优先级中K个候选用户设备的信道矩阵向量和正交基，利用贪婪算法：选择允许接入的n_l个用户设备。

其中，A_l={h₁,h₂,...,h_K}，表示第l级用户设备优先级中所有K个候选用户设备的信道向量矩阵的集合；P_i表示分配给第i个候选用户设备的发射功率；P_k表示分配给第k个候选用户设备的发射功率；表示第k个候选用户设备信道向量的共轭转置；w_i表示所有已允许接入用户设备对应的预编码向量；σ²表示噪声方差。

本发明实施例通过网络侧设备根据系统预设的用户设备优先级，计算与所述用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵；并利用所述分层迫零波束成形矩阵将待发送信号进行预编码处理，并发送所述预编码处理后的待发送信号给接入用户设备；由于本发明实施例在计算与高用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵时，不考虑低用户设备优先级的信道向量矩阵。在计算与低用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵时，考虑到高用户设备优先级的信道向量矩阵，使得与低用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵均可以与高用户设备优先级的信道向量矩阵正交，从而使得低用户设备优先级的接入用户设备的信号对高用户设备优先级的接入用户设备的信号不造成干扰；

因此，本实施例采用分层迫零波束成形矩阵将待发送信号进行预编码处理的技术手段，可以实现高用户设备优先级的接入用户设备和低用户设备优先级的接入用户设备使用同一份无线资源进行通信业务的同时，低用户设备优先级的接入用户设备的接收信号对高用户设备优先级的接入用户设备的接收信号造成的干扰最小化，不仅可以解决民航空地宽带无线通信系统中存在的高优先级通信业务独占无线资源却使用效率低，低优先级通信业务需求旺盛却无线资源供应不足的问题，同时可以提高无线资源的使用效率。

进一步地，本实施例采用计算复杂度为O(KM³)的低复杂度贪婪算法对每一个用户设备优先级中的用户设备进行接入选择和调度的技术手段，可以实现低用户设备优先级的接入用户设备的接收信噪比的准最大化，使得高用户设备优先级的接入用户设备的信号对低用户设备优先级的接入用户设备的干扰最小化。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种空地无线信号处理方法，应用于民航空地宽带无线通信系统，其特征在于，包括：

网络侧设备根据系统预设的用户设备优先级，计算与所述用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵；

所述网络侧设备利用所述分层迫零波束成形矩阵将多路待发送信号进行预编码处理，并使用相同的无线资源发送所述预编码处理后的多路待发送信号给对应的多个接入用户设备；

所述系统预设的用户设备优先级包括L级用户设备优先级，其中，第1级用户设备优先级为最高级用户设备优先级，第2级至第L级用户设备优先级为优先等级逐渐降低的用户设备优先级，第L级用户设备优先级为最低级用户设备优先级；

其中，所述网络侧设备根据系统预设的用户设备优先级，计算与所述用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵，包括：

根据第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的信道状态信息，构建所述第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的临时信道向量矩阵

根据所述构建的第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的临时信道向量矩阵，使用预编码向量生成公式：计算得到所述第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的预编码矩阵：

根据第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的信道状态信息，以及所述第1级用户设备优先级至第l-1级用户设备优先级中选出的所有N_l-1接入用户设备的信道状态信息，构建所述第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的临时信道向量矩阵其中，2≤l≤L，n₁+...+n_l+...+n_L＝N_L，N_L表示第1级用户设备优先级至第L级用户设备优先级中的所有接入用户设备的总数；

根据所述构建的第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的临时信道向量矩阵，使用预编码向量生成公式进行l次迭代计算，在第l次迭代计算之后，生成第l次迭代的预编码矩阵：

利用删除公式：将第l次迭代生成的预编码矩阵中前N_l-1个接入用户设备的预编码向量予以删除，得到第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的预编码矩阵，2≤l≤L；

根据计算得到的所述第1级用户设备优先级对应的预编码矩阵以及所述第l级用户设备优先级对应的预编码矩阵，分别得到全部L级用户设备优先级对应的预编码矩阵，根据所述全部L级用户设备优先级的顺序，组合对应的预编码矩阵，构建整个系统的预编码矩阵：其中，包括N_L个预编码向量；

将所述整个系统的预编码矩阵归一化后得到整个系统的分层迫零波束成形矩阵：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述构建的第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的临时信道向量矩阵之前，包括：

若所述第1级用户设备优先级中允许接入一个用户设备时，即n₁＝1，则选取信道向量矩阵模最大的用户设备，其中，代表第1级用户设备优先级中的第1个允许接入的用户设备的信道向量矩阵模，A₁＝{h₁,h₂,...,h_K}，k＝1,2,...,K，表示第1级用户设备优先级中所有K个候选用户设备的信道向量矩阵的集合；

若所述第1级用户设备优先级中允许接入多个用户设备时，即n₁＞1，则根据所述第1级用户设备优先级中K个候选用户设备中的正交基底使用信道向量矩阵模公式按照信道向量矩阵模大小从大到小顺序选择出所述第1级用户设备优先级中的n₁个允许接入的用户设备；

其中，第k个候选用户设备的信道状态向量的正交基底为：

其中，g_n,1≤n≤i-1是所述第1级用户设备优先级中序号小于i的已选出的允许接入的用户设备的正交基底；i表示所述第1级用户设备优先级中第i个允许接入的用户设备的序号，I_M×M表示M行M列的单位矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述构建的第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的临时信道向量矩阵之前，包括：

若所述第l级用户设备优先级中允许接入多个用户设备时，即n_l＞1，则通过所述第l级用户设备优先级中K个候选用户设备的信道矩阵向量和正交基，利用贪婪算法：选择允许接入的n_l个用户设备；

其中，A_l＝{h₁,h₂,...,h_K}，表示第l级用户设备优先级中所有K个候选用户设备的信道向量矩阵的集合；P_i表示分配给第i个候选用户设备的发射功率；P_k表示分配给第k个候选用户设备的发射功率；表示第k个候选用户设备信道向量的共轭转置；w_i表示所有已允许接入用户设备对应的预编码向量；σ²表示噪声方差。

4.一种空地无线信号处理装置，应用于民航空地宽带无线通信系统，其特征在于，包括：

计算模块，用于根据系统预设的用户设备优先级，计算与所述用户设备优先级匹配的分层迫零波束成形矩阵；

处理模块，用于利用所述分层迫零波束成形矩阵将多路待发送信号进行预编码处理，并使用相同的无线资源发送所述预编码处理后的多路待发送信号给接入用户设备；

所述系统预设的用户设备优先级包括L级用户设备优先级，其中，第1级用户设备优先级为最高级用户设备优先级，第2级至第L级用户设备优先级为优先等级逐渐降低的用户设备优先级，第L级用户设备优先级为最低级用户设备优先级；

所述计算模块具体用于：

根据第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的信道状态信息，构建所述第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的临时信道向量矩阵

根据所述构建的第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的临时信道向量矩阵，使用预编码向量生成公式：计算得到所述第1级用户设备优先级中选出的n₁个接入用户设备的预编码矩阵：

根据第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的信道状态信息，以及所述第1级用户设备优先级至第l-1级用户设备优先级中选出的所有N_l-1接入用户设备的信道状态信息，构建所述第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的临时信道向量矩阵其中，2≤l≤L；

根据所述构建的第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的临时信道向量矩阵，使用预编码向量生成公式进行l次迭代计算，在第l次迭代计算之后，生成第l次迭代的预编码矩阵：

利用删除公式：将第l次迭代生成的预编码矩阵中与前N_l-1个接入用户设备的预编码向量予以删除，得到第l级用户设备优先级中选出的n_l个接入用户设备的预编码矩阵，2≤l≤L；

根据计算得到的所述第1级用户设备优先级对应的预编码矩阵以及所述第l级用户设备优先级对应的预编码矩阵，分别得到所述全部L级用户设备优先级对应的预编码矩阵，根据所述全部L级用户设备优先级的顺序，组合对应的预编码矩阵，构建整个系统的预编码矩阵：其中，包括N_L个预编码向量，n₁+...+n_l+...+n_L＝N_L，其中N_l表示第1级用户设备优先级至第l级用户设备优先级中的所有接入用户设备的总数；

将所述整个系统的预编码矩阵归一化后得到整个系统的分层迫零波束成形矩阵：

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括选择模块，具体用于：

若所述第1级用户设备优先级中允许接入一个用户设备时，即n₁＝1，则选取信道向量矩阵模最大的用户设备，其中，代表第1级用户设备优先级中的第1个允许接入的用户设备的信道向量矩阵模，A₁＝{h₁,h₂,...,h_K}，k＝1,2,...,K，表示第1级用户设备优先级中所有K个候选用户设备的信道向量矩阵的集合；

若所述第1级用户设备优先级中允许接入多个用户设备时，即n₁＞1，则根据所述第1级用户设备优先级中K个候选用户设备中的正交基底使用信道向量矩阵模公式按照信道向量矩阵模大小从大到小顺序选择出所述第1级用户设备优先级中的n₁个允许接入的用户设备；

其中，第k个候选用户设备的信道状态向量的正交基底为：

其中，g_n,1≤n≤i-1是所述第1级用户设备优先级中序号小于i的已选出的允许接入的用户设备的正交基底；i表示所述第1级用户设备优先级中第i个允许接入的用户设备的序号，I_M×M表示M行M列的单位矩阵。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述选择模块，具体还用于：

若所述第l级用户设备优先级中允许接入多个用户设备时，即n_l＞1，则通过所述第l级用户设备优先级中K个候选用户设备的信道矩阵向量和正交基，利用贪婪算法：选择允许接入的n_l个用户设备；

其中，A_l＝{h₁,h₂,...,h_K}表示第l级用户设备优先级中所有K个候选用户设备的信道向量矩阵的集合；P_i表示分配给第i个候选用户设备的发射功率；P_k表示分配给第k个候选用户设备的发射功率；表示第k个候选用户设备信道向量的共轭转置；w_i表示所有已允许接入用户设备对应的预编码向量；σ²表示噪声方差。