CN104661297B - 多用户正交功分多址接入的方法和装置 - Google Patents

多用户正交功分多址接入的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种多用户正交功分多址接入的方法和装置，多用户正交功分多址接入的方法包括：根据系统信息在功率域划分出多个满足正交条件的功率段；接收一个及多个用户上报的状态信息；根据所述的状态信息，为一个及多个用户的多路转送信号分配一个及多个功率段；根据所述功率段的宽度值调整匹配信号的发送功率；对调整功率后的多路信号进行加和，产生多路信号的叠加信号。通过利用本发明实施例，实现了正交功分多址接入，使无线通信系统能够利用无线信道的广播特性保证多个用户同时同频的传输，提高了频谱资源的利用效率，突破了现有多址接入技术下无线网络的传输性能。

Description

多用户正交功分多址接入的方法和装置
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，特别涉及一种多用户正交功分多址接入的方法和装置。
背景技术
在下一代移动通信技术研究中，如何进一步提升无线通信网的网络容量来满足日益增长的无线业务需求已成为当前全球研究机构所关注的热点。
全球已部署和正在部署的无线通信网络所采用的多址接入技术大致可以分为三类：时分多址接入技术、频分多址接入技术和码分多址接入技术。时分多址接入技术中系统的每个时隙同时只允许一个用户接入；频分多址接入技术中每个频段同时只允许一个用户接入；采用码分多址接入技术的系统允许多个用户同时接入一个共同的频段，但是每个用户通过码字只能使用部分频段。信息论的理论研究指出利用无线信道的广播特性把多路信号叠加发送能够最大化系统的网络容量。理论上讲，码分多址接入技术并没有充分利用无线信道的广播特性。所以，现有多址接入技术都没实现利用无线信道的广播特性为多个用户同时发送多路叠加信号。
因此上述三种多址接入技术都不能充分利用频谱资源，严重制约了无线网络的传输性能，导致珍稀频谱资源的极大浪费。
发明内容
本发明实施例的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种多用户正交功分多址接入的方法和装置，通过正交功分多址接入实现多个用户同时同频接入，解决现有多址接入技术因不能够利用无线信道的广播特性造成珍稀频谱资源极大浪费的问题，突破现有多址接入技术下无线网络的传输性能。
为了达到上述目的，本发明实施例一方面提供一种多用户正交功分多址接入的方法，包括：
根据系统信息在功率域划分出多个满足正交条件的功率段；
接收一个及多个用户上报的状态信息；
根据所述的状态信息，为一个及多个用户的多路传送信号分配一个及多个功率段；
根据所述功率段的宽度值调整匹配信号的发送功率；
对调整功率后的多路信号进行加和，产生多路信号的叠加信号；
其中，所述功率段的宽度值为多路传送信号所需的发送功率值；所述多路传送信号包括：一个用户所需传输的一路及多路信号，和多个用户所需传输的多路信号。
另一方面，本发明实施例还提供一种多用户正交功分多址接入的装置，包括：
功率段划分模块，根据系统信息在功率域划分出多个功率段；
信息接收模块，用于接收所述一个及多个用户上报的状态信息；
功率分配模块，根据所述的状态信息为一个及多个用户的多路信号分配功率段；
功率调整模块，根据所述功率段的宽度值调整匹配信号的发送功率；
多路信号加和模块，用于对所述功率调整模块调整后输出的多路信号进行加和处理，产生多路信号的叠加信号。
再一方面，本发明实施例还提供一种基站，包括一种多用户正交功分多址接入的装置。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：通过利用本发明实施例，在功率域利用系统信息划分多个功率段，通过为多个用户接入的多路信号分配匹配的功率段实现了正交功分多址接入，利用无线信道的广播特性使多个用户能够同时隙同频段接入系统，提高了频谱资源的利用效率，突破了现有多址接入技术所能提供的网络容量。
附图说明
图1为本发明实施例多用户正交功分多址接入的方法的流程图；
图2为本发明实施例对多路发送信号进行功率段分配的示意图；
图3为本发明实施例多用户功分复用的装置的结构图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种多用户正交功分多址接入的方法，在功率域利用系统信息划分多个功率段，通过为多个用户接入的多路信号分配匹配的功率段实现了正交功分多址接入，利用无线信道的广播特性使多个用户能够同时隙同频段接入系统，提高了频谱资源的利用效率，突破了现有多址接入技术所能提供的网络容量。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，为本发明实施例提出的多用户正交功分多址接入的方法的流程图，可以包括：
S101，根据系统信息在功率域划分出多个功率段；
该系统信息可以包括：允许的最大发射功率、发射机所需要支持的覆盖范围、发射机的调制方式、背景噪声信息、干扰信息和需要支持的多路信号接入数目；一般来说，系统信息是一个变化值，不同的系统信息表示功率段的划分结果不同；所述功率段划分可以为：通过计算使多个功率段中任意一功率段的宽度值大于等于其它所有划分宽度更窄的功率段的宽度值之和。其中，所述功率段的宽度根据所述多路信号中每一路信号的调制方式和误码率指标的需求确定；所述功率段的个数是根据所述系统信息确定。
下面以一个简单系统为例，对功率划分的方法进行详细说明。
假设系统允许的最大发送功率为S、信道带宽为B、背景噪声为N，系统需要支持四路以上的信号同时接入，且在高斯信道下路径损耗H为1时每个功率段能够支持的香农信道容量(Shannon capacity)为C。
如图2所示，为本发明实施例把发送功率S划分出四个功率段支持四路信号接入，功率段宽度依次为S1、S2、S3和S4。其中，每个功率段宽度的具体计算方法可以为：
本发明实施例利用香农公式，
其中n、s、b和c分别表示噪声功率、接收信号功率、信道带宽和n、s、b对应的香农信道容量，计算出S1＝(2C/B-1)N、S2＝(2C/B-1)(N+S1)、S3＝(2C/B-1)(N+S1+S2)和S4＝(2C/B-1)(N+S1+S2+S3)。
类似地，对于多于四个功率段的划分情况，例如：需要M(M≥5)个功率段时，也有多种划分M个功率段的划分方法。
S102，接收一个及多个用户上报的状态信息；
该状态信息可以包括：信道状态信息，噪声信息和干扰信息；该多路信号信息可以包括：用户所需传送的多路信号的路数，用户对每路信号的误码率要求和多路信号的调制方式。一般来说，状态信息和多路信号信息是一个变化值。不同的状态信息和多路信号信息表示要进行相应的功率段分配。
S103，根据所述的状态信息，为一个及多个用户的多路传送信号分配一个及多个功率段；
本发明实施例根据多个用户的状态信息计算需要功率段的个数，并根据所述计算结果为多路信号分配发送功率段。
根据多个用户的状态信息计算所述需要发送功率段的个数可以为：通过利用每个用户的状态信息，在无功分复用假设下计算满足所述每路信号传输速率要求的发送功率；用所述发送功率的计算结果除以所述已划分频率段中最窄功率段的宽度值获得功率比值；通过对功率比值去小数位求整再加1获得所述每路信号所需要的功率段的个数。
根据所述计算结果为多路信号分配发送功率段可以为：所述多个功率段按宽度从窄到宽排序；根据所述用户上报的状态信息，按信号传播损耗从小到为多个用户的多路信号排序；根据用户信号的传播损耗和所需功率段的个数，为传播损耗小的信号分配宽度窄的功率段，为传播损耗高的信号分配宽度宽的功率段。
下面以两个用户传输信号的功率段分配为例，对功率段分配的方法进行详细说明。
如图2所示，为本发明实施例对多路发送信号进行功率段分配的示意图。以S101中已划分的四个功率段为例，本发明实施例根据用户1和用户2上报的状态信息，在所述已划分的功率段为用户1和用户2分配所需的功率。参考图2，用户1和用户2分别需要传送一路信号。假设用户1和用户2所需的发送功率分别为E1和E2，且E1≤S1，S1<E2≤2S1。本发明实施例根据用户1和用户2的发送功率需求为用户1分配功率段S1，为用户2分配功率段S2和S3。
在本发明实施例中，发送端通过该功率段分配方法为用户1和用户2的两路信号分配功率，从而可以使用户1和用户2的两路信号能够同时同频接入系统进行传输。
类似的，对于多于二路信号进行功率段分配的情况，例如：M(M≥3)路信号进行功率段分配时，也有多种对N路信号进行功率段分配的方法。
S104,根据所述功率段的宽度值调整匹配信号的发送功率；
在本发明实施例中，发送端根据S103中分配好的功率段为多用户的多路信号调整发送功率。
以S103的分配结果为例，用户1中一路信号的发送功率值被调整为与功率段宽度S1的值相同，用户2中一路信号的发送功率值被调整为与分配功率段S2和S3宽度值之和大小相同。
类似的，对于多于二路信号进行功率段调整的情况，例如：M(M≥3)路信号进行功率段调整时，也有多种对N路信号进行功率段调整的方法。
S105,对分配功率后的多路信号进行加和，产生多路信号的叠加信号；
对分配功率后的多路信号进行加和可以为：调整多路信号的相位角度达到误码率最小；对相位调整后的多路信号进行直和。
本发明实施例可以根据分配后的发送功率同时同频的发送多路信号。
如图2所示，以S104中的二路信号为例，这二路进行功率调整后的发射信号在相位角度调整为零时的叠加信号可以表示为：
其中x1和x2为归一化后的信号，即|x1|2和|x2|2的数学期望均为1，且它们分别表示用户1和用户2的传送信号；y表示进行功率分配后的二路叠加信号。
上述多用户正交功分多址接入的方法，发送端每次根据用户上报的状态信息计算每路所需的发送功率，动态地为每路信号分配功率段，实现正交功分多址接入，利用无线信道的广播特性使多个用户同时隙同频段接入系统，突破了现有多址接入技术所能提供的网络容量。此外，本发明实施例可以对基带调制装置调制后的信号进行功率分配，对现有的基带调制装置可以不做任何改动。基带调制装置对用户1和用户2的信号进行调制时，可以采用QPSK、16QAM等调制方式。
如图3所示，本发明实施例多用户功分正交多址接入的装置的结构图，包括：
功率段划分模块31，根据系统信息在功率域划分出多个功率段；
信息接收模块32，用于接收所述一个及多个用户上报的状态信息；
功率分配模块33，根据所述的状态信息为一个及多个用户的多路信号分配功率段；
功率调整模块34，根据所述功率段的宽度值调整匹配信号的发送功率；
多路信号加和模块35，用于对所述功率调整模块调整后输出的多路信号进行加和处理，产生多路信号的叠加信号。
在本发明实施例中，功率段划分模块31根据系统信息为功率分配模块在功率域划分出多个功率段,信息接收模块32接收多个用户上报的状态信息，功率分配模块33根据信息接收模块32接收的状态信息为每路信号分配不同的发送功率段，功率调整模块34根据功率分配模块33分配的功率段值调整多路信号中每一路的发送功率，多路信号加和模块35将功率调整模块调整后输出的多路信号进行加和处理，产生多路信号的叠加信号。
其中功率段划分模块所述功率段的划分具体为：通过计算使多个功率段中任意一功率段的宽度值大于等于其它所有划分宽度更窄的功率段的宽度值之和，然后按照计算的结果在功率域划分出功率段。
其中功率分配模块所述功率段的分配具体为：通过利用每个用户的状态信息，在无功分复用假设下计算满足所述每路信号传输速率要求的发送功率；用所述发送功率的计算结果除以所述已划分频率段中最窄功率段的宽度值获得功率比值；通过对功率比值去小数位求整再加1获得所述每路信号所需要的功率段的个数；把系统中的多个功率段按宽度从窄到宽排序；根据所述用户上报的状态信息，按信号传播损耗从小到为多个用户的多路信号排序；根据用户信号的传播损耗和所需功率段的个数，为传播损耗小的信号分配宽度窄的功率段，为传播损耗高的信号分配宽度宽的功率段。
其中多路信号加和模块的加和具体为：调整多路信号的相位角度达到误码率最小；对相位调整后的多路信号进行直和。
上述模块可以分布于一个装置，也可以分布于多个装置。上述模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述多用户功分复用的装置可以作为一个单独的装置独立设置，也可以集成在基站和移动终端设备中。
上述多用户正交功分多址接入的装置，功率段划分模块31根据系统信息为功率分配模块在功率域划分出多个功率段，功率分配模块33利用从信息接收模块32获取的用户状态信息为多路信号进行功率段分配，由功率调整模块34根据功率分配模块33分配的结果调整多个用户多路信号的发送功率，实现了正交功分多址接入，使多个用户利用无线信道的广播特性同时隙同频段接入系统，提高了频谱资源的利用效率，突破了现有多址接入技术所能提供的网络容量。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM,U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或者流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装之中，也可以进行相应变化位于不同于实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种多用户正交功分多址接入的方法，其特征在于，该多用户正交功分多址接入的方法包括：
根据系统信息在功率域划分出多个满足正交条件的功率段；
接收一个及多个用户上报的状态信息；
根据状态信息，为一个及多个用户的多路传送信号分配一个及多个功率段；
根据功率段的宽度值调整匹配信号的发送功率；
对调整功率后的多路信号进行加和，产生多路信号的叠加信号；
其中，功率段的宽度值为多路传送信号所需的发送功率值；多路传送信号包括：一个用户所需传输的一路及多路信号，和多个用户所需传输的多路信号；
多路信号中每路信号所需功率段个数的获得包括：
通过利用每个用户的状态信息，在无功分复用假设下计算满足每路信号传输速率要求的发送功率；
用发送功率的计算结果除以已划分频率段中最窄功率段的宽度值获得功率比值；
通过对功率比值去小数位求整再加1获得所述每路信号所需要的功率段的个数；
为一个及多个用户的多路传送信号分配功率段包括：
多个功率段按宽度从窄到宽排序；
根据用户上报的状态信息，按信号传播损耗从小到为多个用户的多路信号排序；
根据用户信号的传播损耗和所需功率段的个数，为传播损耗小的信号分配宽度窄的功率段，为传播损耗高的信号分配宽度宽的功率段。
2.如权利要求1所述的多用户正交功分多址接入的方法，其特征在于，上报的状态信息包括：信道状态信息、噪声信息和干扰信息。
3.如权利要求1所述的多用户正交功分多址接入的方法，其特征在于，上报的状态信息还包括：需要传输信号的路数、调制方式和误码率指标要求。
4.如权利要求3所述的多用户正交功分多址接入的方法，其特征在于，需要传输信号的路数包括：用户根据传送速率总需求把一路需要高速率传送的信号分为多路需要低速率并行传输的信号。
5.如权利要求1所述多用户正交功分多址接入的方法，其特征在于，多路信号为基带调制装置调制后输出的信号。
6.如权利要求1所述多用户正交功分多址接入的方法，其特征在于，满足正交条件的功率段划分为：通过计算使多个功率段中任意一功率段的宽度值大于等于其它所有划分宽度更窄的功率段的宽度值之和，然后按照计算的结果在功率域划分出功率段。
7.如权利要求6所述的多用户正交功分多址接入的方法，其特征在于，功率段的宽度根据系统的调制方式和误码率指标的需求确定；功率段的个数是根据系统信息确定。
8.如权利要求1所述多用户正交功分多址接入的方法，其特征在于，功率段的个数不够用时，采用先到先服务的规则进行功率段分配。
9.如权利要求1所述多用户正交功分多址接入的方法，其特征在于，对调整功率后的多路信号进行加和包括：
调整多路信号的相位角度达到误码率最小；
对相位调整后的多路信号进行直和。
10.一种多用户正交功分复用的装置，其特征在于，包括：
功率段划分模块，根据系统信息在功率域划分出多个功率段；
信息接收模块，用于接收一个及多个用户上报的状态信息；
功率分配模块，与功率段划分模块和信息接收模块连接，根据状态信息为一个及多个用户的多路信号分配功率段；
功率调整模块，与功率分配模块连接，根据功率段的宽度值调整匹配信号的发送功率；
多路信号加和模块，与功率调整模块连接，用于对功率调整模块调整后输出的多路信号进行加和处理，产生多路信号的叠加信号；
功率段划分模块中功率段的划分包括：通过计算使多个功率段中任意一功率段的宽度值大于等于其它所有划分宽度更窄的功率段的宽度值之和，然后按照计算的结果在功率域划分出功率段；
功率分配模块中每路信号所需功率段个数的获得包括：
通过利用每个用户的状态信息，在无功分复用假设下计算满足每路信号传输速率要求的发送功率；
用发送功率的计算结果除以已划分频率段中最窄功率段的宽度值获得功率比值；
通过对功率比值去小数位求整再加1获得每路信号所需要的功率段的个数；
功率分配模块的功率段分配包括：
多个功率段按宽度从窄到宽排序；
根据用户上报的状态信息，按信号传播损耗从小到为多个用户的多路信号排序；
根据用户信号的传播损耗和所需功率段的个数，为传播损耗小的信号分配宽度窄的功率段，为传播损耗高的信号分配宽度宽的功率段；
多路信号加和模块的加和包括：
调整多路信号的相位角度达到误码率最小；
对相位调整后的多路信号进行直和。
11.一种基站，其特征在于，包括权利要求10所述的一种多用户正交功分复用的装置。
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