一种多址接入的方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域,特别是涉及一种多址接入的方法及装置。
背景技术
多址技术在无线通信系统中具有重要的作用,传统的正交多址技术在频谱利用率上已经很难得到提升。功率域非正交多址接入技术区别于传统的正交多址接入技术,不切分时频域资源,可以达到更高的频谱利用率。
现有技术中提出了一种单一的功率域非正交多址方法,用以解决如何在功率域区分用户的问题。其中,基站基于预先获得的用户的信道状况,对不同的用户进行不等功率分配。各个用户根据接收到的功率分配结果,将信号在同一个时频域资源上发送至基站。基站接收到用户发送的信号,该信号为叠加在相同时频资源上的多个用户的信号,此时,基站首先按照接收信号功率的强弱以递减的方式进行排序,并根据排序结果,每次仅检测一个用户,从总的接收信号中减去重构的最强用户,然后再重建和抵消次强干扰,依此类推,直至检测出用户端发送的所有信号。
但是,单一的功率域非正交多址方案,为了保证每一次检测的正确性,每次仅检测一个用户,而由于不同用户的功率呈指数衰减,随着用户数量的增多,会造成功率小的用户很有可能淹没在噪声中,而不能正确解码。因此,单一的功率域非正交多址方案在时频域资源上不能同时加载过多的用户。
发明内容
本发明实施例提供一种多址接入的方法及装置,用以解决现有技术中传统功率域非正交多址方案中不能承载过多用户的问题。
本发明实施例提供的具体技术方案如下:
一种多址接入的方法,包括:
基站获取用户上报的信道状态信息,并基于获得的信道状态信息将用户分成若干个用户组;
基站基于每一组中用户的个数和可达速率期望值为对应每一组中的用户分配发送功率,其中,每一组中各个用户的发送功率相同;
基站根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于所述每一组中用户的个数和信噪比确定所述每一组中每一个用户的旋转角度;
基站将每一个用户的发送功率和旋转角度发送至对应的用户。
因此,采用本发明的方法能够成倍提高系统用户容量,同时使得组间用户等速率传输,并保证系统内每个用户的公平性。
可选的,基站获取用户的信道状态信息,并基于用户的信道状态信息将用户分成若干个用户组,包括:
基站根据用户发送的正交导频信号进行上行信道估计,并获取用户的信道状态信息;
基站基于用户的信道状态信息,选取信道衰落幅度的取值在预设范围内的用户构成一个用户组,获得若干个用户组。
可选的,基站基于每一组中用户的个数和可达速率期望值为对应每一组中的用户分配发送功率,其中,每一组中各个用户的发送功率相同,包括:
基站根据每一组中用户的发送功率相等,以及噪声方差和每一组中用户的个数确定对应每一组中用户的可达速率期望值;
基站基于每一组中用户的可达速率期望值以及对应每一组中用户的个数和所述噪声方差,确定对应每一组中用户的等效发送总功率;
基站根据每一组中用户的等效发送总功率和对应每一组中用户的信道衰落幅度和用户个数,确定对应每一组中用户的发送功率。
可选的,基站根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于所述每一组中用户的个数和信噪比确定所述每一组中每一个用户的旋转角度,包括:
基站根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于每一组中用户的信噪比、对应每一个组中用户的个数,以及对应每一个组中每一个用户的等效旋转角度三者之间的对应关系确定所述每一组中每一个用户的等效旋转角度;
基站根据所述每一个用户的等效旋转角度以及所述每一个用户对应的信道状态信息中的相位角度确定所述每一个用户的旋转角度。
可选的,在基站基于所述每一组中用户的个数和信噪比确定所述每一组中每一个用户的旋转角度之前,进一步包括:
基站根据每一组中所有用户的叠加信号和对应所述叠加信号的期望接收信号计算所述叠加信号和所述期望接收信号之间的最大互信息,其中,所述每一组中所有用户的叠加信号是指每一组内所有用户根据所述基站分配的发送功率和预设的调制方法反馈至所述基站的所有信号的叠加结果,所述叠加信号的期望接收信号是指所述叠加信号与噪声的叠加结果;
基站根据每一组对应的叠加信号和期望接收信号之间的最大互信息的计算结果,确定每一组中用户的信噪比、对应每一个组中用户的个数,以及对应每一个组中每一个用户的等效旋转角度三者之间的对应关系。
可选的,在基站将每一个用户的发送功率和旋转角度发送至对应的用户之后,进一步包括:
基站对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据所述实际接收信号解析出每个组的接收功率,分别确定每一个组及每一个组的用户和信号,其中,每一个用户根据接收到的发送功率和旋转角度以及预设的调制方法对发送信号进行处理并发送至基站;所述实际接收信号为所有用户的发送信号的叠加结果;
基站基于每一组中所有用户的发送功率和旋转角度确定的星座点集合,以及对应每一个组的用户和信号分别确定每一个组中每一个用户发送的信号。
可选的,基站对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据所述实际接收信号解析出每个组的接收功率,分别确定每一个组及每一个组的用户和信号,包括:
基站对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据所述实际接收信号解析出每个组的接收功率,并将获得的所有接收功率从大到小进行排序;
基站根据为每一个组中的用户分配的发送功率,以及排序结果确定每一个组及每一个组的用户和信号。
一种多址接入的装置,包括:
分组单元,用于获取用户上报的信道状态信息,并基于获得的信道状态信息将用户分成若干个用户组;
处理单元,用于基于每一组中用户的个数和可达速率期望值为对应每一组中的用户分配发送功率,其中,每一组中各个用户的发送功率相同;
以及根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于所述每一组中用户的个数和信噪比确定所述每一组中每一个用户的旋转角度;
发送单元,用于将每一个用户的发送功率和旋转角度发送至对应的用户。
因此,采用本发明的装置能够成倍提高系统用户容量,同时使得组间用户等速率传输,并保证系统内每个用户的公平性。
可选的,获取用户的信道状态信息,并基于用户的信道状态信息将用户分成若干个用户组时,所述分组单元用于:
根据用户发送的正交导频信号进行上行信道估计,并获取用户的信道状态信息;
基于用户的信道状态信息,选取信道衰落幅度的取值在预设范围内的用户构成一个用户组,获得若干个用户组。
可选的,基于每一组中用户的个数和可达速率期望值为对应每一组中的用户分配发送功率,其中,每一组中各个用户的发送功率相同,所述处理单元用于:
根据每一组中用户的发送功率相等,以及噪声方差和每一组中用户的个数确定对应每一组中用户的可达速率期望值;
基于每一组中用户的可达速率期望值以及对应每一组中用户的个数和所述噪声方差,确定对应每一组中用户的等效发送总功率;
根据每一组中用户的等效发送总功率和对应每一组中用户的信道衰落幅度和用户个数,确定对应每一组中用户的发送功率。
可选的,根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于所述每一组中用户的个数和信噪比确定所述每一组中每一个用户的旋转角度,所述处理单元用于:
根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于每一组中用户的信噪比、对应每一个组中用户的个数,以及对应每一个组中每一个用户的等效旋转角度三者之间的对应关系确定所述每一组中每一个用户的等效旋转角度;
根据所述每一个用户的等效旋转角度以及所述每一个用户对应的信道状态信息中的相位角度确定所述每一个用户的旋转角度。
可选的,在基于所述每一组中用户的个数和信噪比确定所述每一组中每一个用户的旋转角度之前,进一步包括:
预处理单元,用于根据每一组中所有用户的叠加信号和对应所述叠加信号的期望接收信号计算所述叠加信号和所述期望接收信号之间的最大互信息,其中,所述每一组中所有用户的叠加信号是指每一组内所有用户根据所述基站分配的发送功率和预设的调制方法反馈至所述基站的所有信号的叠加结果,所述叠加信号的期望接收信号是指所述叠加信号与噪声的叠加结果;
以及根据每一组对应的叠加信号和期望接收信号之间的最大互信息的计算结果,确定每一组中用户的信噪比、对应每一个组中用户的个数,以及对应每一个组中每一个用户的等效旋转角度三者之间的对应关系。
可选的,在基站将每一个用户的发送功率和旋转角度发送至对应的用户之后,进一步包括:
接收单元,用于对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据所述实际接收信号解析出每个组的接收功率,分别确定每一个组及每一个组的用户和信号,其中,每一个用户根据接收到的发送功率和旋转角度以及预设的调制方法对发送信号进行处理并发送至基站;所述实际接收信号为所有用户的发送信号的叠加结果;
以及基于每一组中所有用户的发送功率和旋转角度确定的星座点集合,以及对应每一个组的用户和信号分别确定每一个组中每一个用户发送的信号。
可选的,对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据所述实际接收信号解析出每个组的接收功率,分别确定每一个组及每一个组的用户和信号,所述接收单元进一步用于:
对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据所述实际接收信号解析出每个组的接收功率,并将获得的所有接收功率从大到小进行排序;
以及根据为每一个组中的用户分配的发送功率,以及排序结果确定每一个组及每一个组的用户和信号。
多址接入的装置包括处理器、收发机和存储器,其中:
处理器,用于读取存储器中的程序,执行下列过程:
获取用户上报的信道状态信息,并基于获得的信道状态信息将用户分成若干个用户组;基于每一组中用户的个数和可达速率期望值为对应每一组中的用户分配发送功率,其中,每一组中各个用户的发送功率相同;以及根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于所述每一组中用户的个数和信噪比确定所述每一组中每一个用户的旋转角度;将每一个用户的发送功率和旋转角度发送至对应的用户。
收发机,用于在处理器的控制下接收和发送数据。
可选的,获取用户的信道状态信息,并基于用户的信道状态信息将用户分成若干个用户组时,处理器用于:
根据用户发送的正交导频信号进行上行信道估计,并获取用户的信道状态信息;
基于用户的信道状态信息,选取信道衰落幅度的取值在预设范围内的用户构成一个用户组,获得若干个用户组。
可选的,基于每一组中用户的个数和可达速率期望值为对应每一组中的用户分配发送功率,其中,每一组中各个用户的发送功率相同,处理器用于:
根据每一组中用户的发送功率相等,以及噪声方差和每一组中用户的个数确定对应每一组中用户的可达速率期望值;
基于每一组中用户的可达速率期望值以及对应每一组中用户的个数和所述噪声方差,确定对应每一组中用户的等效发送总功率;
根据每一组中用户的等效发送总功率和对应每一组中用户的信道衰落幅度和用户个数,确定对应每一组中用户的发送功率。
可选的,根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于所述每一组中用户的个数和信噪比确定所述每一组中每一个用户的旋转角度,处理器用于:
根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于每一组中用户的信噪比、对应每一个组中用户的个数,以及对应每一个组中每一个用户的等效旋转角度三者之间的对应关系确定所述每一组中每一个用户的等效旋转角度;
根据所述每一个用户的等效旋转角度以及所述每一个用户对应的信道状态信息中的相位角度确定所述每一个用户的旋转角度。
可选的,在基于所述每一组中用户的个数和信噪比确定所述每一组中每一个用户的旋转角度之前,
处理器,用于根据每一组中所有用户的叠加信号和对应所述叠加信号的期望接收信号计算所述叠加信号和所述期望接收信号之间的最大互信息,其中,所述每一组中所有用户的叠加信号是指每一组内所有用户根据所述基站分配的发送功率和预设的调制方法反馈至所述基站的所有信号的叠加结果,所述叠加信号的期望接收信号是指所述叠加信号与噪声的叠加结果;
以及根据每一组对应的叠加信号和期望接收信号之间的最大互信息的计算结果,确定每一组中用户的信噪比、对应每一个组中用户的个数,以及对应每一个组中每一个用户的等效旋转角度三者之间的对应关系。
可选的,在基站将每一个用户的发送功率和旋转角度发送至对应的用户之后,
处理器,用于对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据所述实际接收信号解析出每个组的接收功率,分别确定每一个组及每一个组的用户和信号,其中,每一个用户根据接收到的发送功率和旋转角度以及预设的调制方法对发送信号进行处理并发送至基站;所述实际接收信号为所有用户的发送信号的叠加结果;
以及基于每一组中所有用户的发送功率和旋转角度确定的星座点集合,以及对应每一个组的用户和信号分别确定每一个组中每一个用户发送的信号。
可选的,对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据所述实际接收信号解析出每个组的接收功率,分别确定每一个组及每一个组的用户和信号,处理器进一步用于:
对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据所述实际接收信号解析出每个组的接收功率,并将获得的所有接收功率从大到小进行排序;
以及根据为每一个组中的用户分配的发送功率,以及排序结果确定每一个组及每一个组的用户和信号。
其中,总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥,具体由处理器代表的一个或多个处理器和存储器代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起,这些都是本领域所公知的,因此,本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。收发机可以是多个元件,即包括发送机和收发机,提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器负责管理总线架构和通常的处理,存储器可以存储处理器在执行操作时所使用的数据。
附图说明
图1为本发明实施例中多址接入的概述流程图;
图2为本发明实施例中多址接入的分组示意图;
图3为本发明实施例中四个用户的星座旋转示意图;
图4为本发明实施例中多址接入的基站端和用户端示意图;
图5为本发明实施例中基站采用串行干扰消除解析接收信号的示意图;
图6为本发明实施例中本发明与现有技术的平均误比特率比较结果;
图7为本发明实施例中同一组内两个用户采用不同的旋转角度的互信息比较结果;
图8为本发明实施例中同一组内三个用户采用不同的旋转角度的互信息比较结果;
图9为本发明实施例中在相同用户数下采用本发明与现有技术的多址接入方案的和速率比较结果;
图10为本发明实施例中基站采用最小均方差分析得到用户信号的示意图;
图11为本发明实施例中多址接入的装置示意图;
图12为本发明实施例中多址接入的实体装置示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中传统功率域非正交多址方案中不能承载过多用户的问题,本发明提供了一种多址接入的方法及装置,该方法为:基站获取用户上报的信道状态信息,并基于获得的信道状态信息将用户分成若干个用户组;基站基于每一组中用户的个数和可达速率期望值为对应每一组中的用户分配发送功率,其中,每一组中各个用户的发送功率相同;基站根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于每一组中用户的个数和信噪比确定每一组中每一个用户的旋转角度;基站将每一个用户的发送功率和旋转角度发送至对应的用户。
下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。
参阅图1所示,为本发明中多址接入的具体流程:
步骤100:基站获取用户上报的信道状态信息,并基于获得的信道状态信息将用户分成若干个用户组。
基站根据用户发送的正交导频信号进行上行信道估计,并获取用户的信道状态信息,其中,每一个用户的信道状态信息为hn,0≤n≤N。
基站基于用户的信道状态信息,选取信道衰落幅度的取值在预设范围内的用户构成一个用户组,获得若干个用户组。这里的信道衰落幅度的取值在预设范围内的用户是指信道衰落幅度的取值相同的用户或信道衰落幅度的取值在预设范围内的用户,具体的,由实际情况确定相应的经验值作为预设范围。本发明中的模型为上行的传输信道,参见图2为用户分组示意图。此外,本发明中给出的具体实施例中,将信道衰落幅度的取值相同的用户构成一个用户组,但不以此实施例为限。
步骤110:基站基于每一组中用户的个数和可达速率期望值为对应每一组中的用户分配发送功率,其中,每一组中各个用户的发送功率相同。
具体的,基站根据每一组中用户的发送功率相等,以及噪声方差和每一组中用户的个数确定对应每一组中用户的可达速率期望值;
基站基于每一组中用户的可达速率期望值以及对应每一组中用户的个数和所述噪声方差,确定对应每一组中用户的等效发送总功率;
基站根据每一组中用户的等效发送总功率和对应每一组中用户的信道衰落幅度和用户个数,确定对应每一组中用户的发送功率。
具体的,对不同组用户进行功率分配,其中,第k组的用户发送功率设置为Pk,每一个组内的用户数Lk,k=1,2,…,K,为第k组用户的等效发送总功率。它与预设的系统总功率,噪声方差,用户分组数,每一组中用户的个数以及用户的信道状态信息相关。
在基站采用串行干扰抵消技术对用户进行检测情况下,根据同一个组内用户发送功率相同,可以获得每一个用户的可达速率期望值R,并进一步根据用户可达速率期望值R和每一个组内的用户数Lk,k=1,2,…,K,以及加性高斯白噪声信道噪声的方差N0,计算第k个组的等效发送总功率从而保证上行功分多址系统内全部用户的公平性。
首先,计算每个用户可达速率期望值R,由于基站在接收用户反馈的发送信号时,在组间采用串行干扰抵消检测算法,在组内采用MMSE检测算法,因此,可得第k个组的和速率为:
根据公式(1),得到每个组的等效发送总功率为:
根据第k组内每个用户的功率Pk和该组内的等效发送总功率之间的关系以及系统给定总功率采用二分法,即可得到系统内每个用户的可达速率期望值R。
将公式(2)中计算得到的每个用户的可达速率期望值R代入公式(1),得到每个组的等效发送总功率。由即可得到系统内每个用户的发送功率。
步骤120:基站根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于所述每一组中用户的个数和信噪比确定所述每一组中每一个用户的旋转角度。
本发明针对基站计算用户旋转角度的实现是采用线下优化、线上查表的方法。
在线下优化部分,在基站基于每一组中用户的个数和信噪比确定每一组中每一个用户的旋转角度之前,首先要确定每一组中用户的信噪比、对应每一个组中用户的个数,以及对应每一个组中每一个用户的等效旋转角度三者之间的对应关系。
具体的,基站根据每一组中所有用户的叠加信号和对应叠加信号的期望接收信号计算该组叠加信号和期望接收信号之间的最大互信息,其中,每一组中所有用户的叠加信号是指每一组内所有用户根据基站分配的发送功率和预设的调制方法反馈至基站的所有信号的叠加结果,该组叠加信号的期望接收信号是指该组叠加信号与噪声的叠加结果。
进一步地,基站根据每一组对应的叠加信号和期望接收信号之间的最大互信息的计算结果,确定每一组中用户的信噪比、对应每一个组中用户的个数,以及对应每一个组中每一个用户的等效旋转角度三者之间的对应关系。
在线上查表部分,基站根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于每一组中用户的信噪比、对应每一个组中用户的个数,以及对应每一个组中每一个用户的等效旋转角度三者之间的对应关系确定该每一组中每一个用户的等效旋转角度。
基站根据每一个用户的等效旋转角度以及每一个用户对应信道状态信息的相位角度确定每一个用户的旋转角度。
例如,对每个组内的用户进行星座旋转:第k个组内用户的星座图旋转角度分别为αk,1、αk,2、…、αk,L,αk,l=θk,l-βk,l,1<k≤K,θk,l为基于最大互信息准则预先设定的第k组内第l个用户的等效旋转角度。βk,l为基站已知的第k个组内第l个用户对应信道状态信息的相位角度。
由于在基站采用最小化均方误差联合串行干扰抵消(MMSE-SIC)多用户检测技术,因而能够对用户的发送功率和旋转角度进行单独优化。通过对组内不同用户分配合适的旋转角度,将旋转后的用户星座图叠加,使组内用户发送的信号和基站接收到的信号之间的互信息达到最大。基站根据组内用户发送的信号和基站接收到的信号之间的最大互信息计算结果,提前计算出不同调制方式下一定信噪比范围内的用户旋转角度,并存储每一组中用户的信噪比、对应每一个组中用户的个数,以及对应每一个组中每一个用户的等效旋转角度三者之间的对应关系。
例如,以第1个组为例,其他组操作相同。
让该组内所有用户的叠加信号为对应接收信号为
在该组内,用户发送信号采用BPSK调制,x1,l取值于[-1,+1],因而有种取值,而且
首先,初始化各个用户旋转角度,即:根据θ1,l,l=1,2,…,L1从1°到180°取值,总共有种取值。
设第n种星座等效旋转角度为时,叠加信号与对应接收信号之间的互信息计算方法为:
计算叠加信号概率相等时的信号概率密度
计算叠加信号与期望接收信号的条件概率密度为
计算期望接收信号的概率密度
叠加信号与对应的期望接收信号之间的互信息:
进一步地,做变量替换,
改写上述互信息表达式为:
进一步做变量替换,利用Gussian-Hermite数值积分法化简互信息。可得:
其中。为求积系数,t1,t2为求积节点,它们之间相互独立,其取值见下表1。为方便计算,取D=3及对应的求积系数和求积节点的值进行计算。
表1
(Gauss-Hermite求积节点和求积系数)
D |
求积节点 |
求积系数 |
D |
求积节点 |
求积系数 |
1 |
0 |
1.7724538500 |
|
±1.3358490740 |
0.1570673203 |
2 |
±0.7071067812 |
0.8862269255 |
|
±0.4360774119 |
0.7246295952 |
3 |
±1.2247448714 |
0.2954089752 |
7 |
±2.6519613568 |
0.000971781245 |
|
0 |
1.1816359006 |
|
±1.6735516288 |
0.05451558282 |
4 |
±1.6506801239 |
0.0813128355 |
|
±0.8162878829 |
0.4256072526 |
|
±0.5246476233 |
0.8049140900 |
|
0 |
0.8102646176 |
5 |
±2.0201828705 |
0.0199532421 |
8 |
±2.9306374203 |
0.00019960407 |
|
±0.9585724646 |
0.3936193232 |
|
±1.9816567567 |
0.01707798301 |
|
0 |
0.9453087205 |
|
±1.1571937124 |
0.2078023258 |
6 |
±2.3506049737 |
0.0045300099 |
|
±0.3811869902 |
0.6611470126 |
接下来,依次改变组内每一个用户的旋转角度,重复上述步骤,得到每一种旋转角度下的互信息I(X;Y)(n),获取最大互信息对应的旋转角度
根据上述方法得到组内每个用户的旋转角度以及根据信道系数对应的相位角度得到每个用户旋转角度:α1,l=θ1,l-β1,l,l=1,2,…,L1。
至此,基站根据组内用户发送的信号和基站接收到的信号之间的最大互信息计算结果,提前计算出不同调制方式下一定信噪比范围内的用户旋转角度,并存储每一组中用户的信噪比、对应每一个组中用户的个数,以及对应每一个组中每一个用户的等效旋转角度三者之间的对应关系。
表2和表3所示,分别列出了BPSK调制前提下组内存在2,3个用户时,信噪比从-30dB到20dB范围内的组内用户的旋转角度。在为用户实际分配旋转角度时,基站先由信道估计和功率分配结果计算出不同组用户的信噪比,利用查表法找到该信噪比下组内用户的等效旋转角度θk,l,1≤k≤K,1≤l≤Lk,再根据相位角度计算用户的旋转角度αk,l,1≤k≤K,1≤l≤Lk。
表2
(组内互信息最大化时2个用户的星座旋转角度和信噪比之间的对应关系)
表3
(组内互信息最大化时3个用户的星座旋转角度和信噪比之间的对应关系)
基站根据最终获得的组内每个用户的旋转角度,通过不同旋转,获得该组内用户和信号的星座点集合,以及组内用户信号与和信号的星座点集合映射关系。以某一组内具有相同功率的4个用户采用BPSK调制为例,参见图3,不同用户通过不同的旋转,叠加后产生独立的16个星座点,最大可达速率为4符号/叠加符号。
由上可知,通过上述多址接入的步骤最终可得,以图4为例,总数为个用户被分到K个组中,每个组分别有L1,L2,…,LK个用户。假设加性高斯白噪声信道中的噪声n的均值为0,方差为N0。
第k个组中的第l个用户对应的信道系数为|hk|是信道系数hk,l的幅度,βk,l是对应信道系数hk,l的相位角度,同一组内用户具有相同的信道幅度。每个用户的发送功率是Pk,星座旋转角度是αk,l。
步骤130:基站将每一个用户的发送功率和旋转角度发送至对应的用户。
为了达到上述发明的目的,本发明还提供了非正交多址技术方案的译码算法。
在基站端,根据已知的用户分组,用户功率分配、每个组内用户和信号的星座点集合,以及根据串行干扰抵消思想,采用MMSE检测准则,依次检测每一个组的用户和信号,再根据组内用户信号与和信号的星座点集合映射关系,检测出组内每个用户的发送信号。
具体的,基站对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据所述实际接收信号解析出每个组的接收功率,分别确定每一个组及每一个组的用户和信号,其中,每一个用户根据接收到的发送功率和旋转角度以及预设的调制方法对发送信号进行处理并发送至基站,实际接收信号为所有用户的发送信号的叠加结果。
这里,基站采用串行干扰抵消技术,对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据实际接收信号解析出每个组的接收功率,并将获得的所有接收功率从大到小进行排序。每次仅检测一个组的和信号,再从总的接收信号中减去重构的最强功率的组的和信号,然后再重建和抵消次强干扰,依次类推,直至检测出用户发送的所有的组的和信号。上述对全部组的和信号的排序,检测,重建,抵消次强干扰的过程遵守串行干扰抵消准则。基站根据为每一个组中的用户分配的发送功率,以及排序结果确定每一个组及每一个组的用户和信号。
基站基于每一组中所有用户的发送功率和旋转角度确定的星座点集合,以及对应每一个组的用户和信号分别确定每一个组中每一个用户发送的信号。
例如,假设每个用户发送的调制过后的信号为xk,l,k=1,2,…,K,l=1,2,…,Lk。它的发送功率是Pk,星座旋转角度是αk,l。
假设具有强接收功率的组编号在前,具有弱接收功率的组编号在后,即:
基站接收到的信号其中为方便描述,令表示第k组用户的等效发送总功率,令θk,l=αk,l+βk,l(其中,k=1,2,…,K;l=1,2,…,Lk)表示第k组第l个用户的等效星座旋转角度。接收信号y重新表示为:
参阅图5所示,具体检测过程如下:
(1)令k=1,实际接收信号y为待处理信号。
(2)根据MMSE检测算法判决出 Ck为基站端已知的第k组用户和信号的全部星座点的集合。
(3)根据第k组用户发送信号xk,l,l=1,2,…,Lk与Sk之间的映射关系,即第k组内用户信号与和信号的星座点集合映射关系,判决出第k组内每个用户的发送信号
(4)从接收信号中减去第k组用户和信号剩余信号作为新的接收信号,即:且令k=k+1;
(5)若k≤K-1成立,则返回步骤(2);否则,检测完成;
通过以上步骤,基站接收端可以依次判决出每一个用户的信号,完成多用户检测。
申请人已经对本发明的方法进行了多次的仿真测试,下面对测试情况进行具体说明。所有测试用例均在衰落信道下完成。
同时,为方便仿真测试,所有测试用例均考虑所有组内用户数相同,即L1=L2=…=LK。
测试例1:
参阅图6所示,考虑所有用户都采用BPSK调制方式。设置系统的总功率相同,考虑如下4种情况的系统平均误比特率:
case 1:以6个用户为例,考虑本发明设计:将用户分成3个组,每个组有2个用户;
case 2:以6个用户为例,考虑现有功分多址系统:用户不分组,用户间的功率比基于等速率准则计算;
case 3:以4个用户为例,考虑本发明设计:将用户分成2个组,每个组有2个用户;
case 4:以4个用户为例,考虑现有功分多址系统:用户不分组,用户间的功率比基于等速率准则计算。
测试例1的仿真结果如图10所示,可以看出,在相同用户数量的时候,本发明的所有用户的平均误比特率小于单一的功率域非正交多址技术下的所有用户的平均误比特率。当总功率不变,系统用户数量增加,分组数增多时,系统内所有用户的平均误比特率有所下降,这是由用户数增多时单个用户功率下降导致。
测试例2:
对组间功率分配和组内旋转角度进行不同取值的仿真,包括对同一个组内的多个用户采用不同的旋转角度的互信息比较,如图7和图8,相同用户数下本发明所提方案与现有功分多址方案的和速率比较,如图9。
测试例2的仿真结果可以看出,通过对组内多个用户旋转角度的优化,每组用户发送端和基站接收端的互信息得以最大化。此外,在系统功率相等的情况下,本发明提出的功率分配方案能够提高系统用户容量,同时使得组间用户等速率传输。
上面的2个测试例的仿真试验结果说明:本发明方法是成功的,在上行链路中,能够在总功率受限的情况下,成倍地提升了用户数量,具有较好的应用前景,实现了发明目的。
实施例1:以5个用户为例,根据本发明的功率分配方法,假设根据信道估计结果将用户分成2个组,第1个组内有2个用户,第2个组内有3个用户,仿真结果如下表所示:
表4
(组内用户功率和速率与信噪比对应关系)
P/N0(dB)(归一化P) |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
|h<sub>1</sub>|<sup>2</sup> |
2.93 |
6.06 |
7.92 |
0.51 |
0.65 |
1.49 |
3.3 |
|h<sub>2</sub>|<sup>2</sup> |
0.29 |
0.23 |
0.53 |
0.26 |
0.22 |
0.25 |
1.37 |
P<sub>1</sub> |
0.04 |
0.02 |
0.04 |
0.18 |
0.16 |
0.13 |
0.34 |
P<sub>2</sub> |
0.31 |
0.32 |
0.3 |
0.21 |
0.23 |
0.25 |
0.1 |
R<sub>1</sub> |
0.11 |
0.16 |
0.45 |
0.31 |
0.44 |
0.7 |
1.29 |
R<sub>2</sub> |
0.11 |
0.16 |
0.45 |
0.31 |
0.44 |
0.7 |
1.29 |
从表4的测试结果可以看出,根据本发明所提功率分配算法,可以使得系统内全部用户具有相同可达速率,保证了系统内每个用户的公平性。
实施例2:MMSE-SIC检测方法中,先按照接收功率的强弱以递减的方式进行排序,根据排序后的顺序,利用最小均方误差算法进行检测。每次仅检测一个组的和信号,再从总的接收信号中减去重构的最强功率的组的和信号,然后再重建和抵消次强干扰,依次类推,直至检测出用户发送的所有的组的和信号。上述对全部组的和信号的排序,检测,重建,抵消次强干扰的过程遵守串行干扰抵消准则。
参阅图10所示,用户1的信号b1∈{-1,+1},用户2的信号b2∈{-1,+1},假设用户2信号旋转90度后与用户1信号叠加,根据b1,b2的取值,两个用户信号叠加后只可能是图中的A,B,C,D四个点,它们之间的映射关系为:A→b1=+1,b2=+1,B→b1=-1,b2=+1C→b1=-1,b2=-1,D→b1=+1,b2=-1。接收端噪声为n,接收信号y=b1+jb2+n。
最小均方误差检测准则反应在图中即是:分别计算和信号y对应的星座点与A,B,C,D四个点之间的距离,认为与和信号y距离最近的点对应的两个用户的信号就是两个用户的实际发送信号。例如,图10中和信号y与点A距离最近,因而认为b1=+1,b2=+1。
参阅图11所示,一种多址接入的装置,包括:
分组单元1100,用于获取用户上报的信道状态信息,并基于获得的信道状态信息将用户分成若干个用户组;
处理单元1110,用于基于每一组中用户的个数和可达速率期望值为对应每一组中的用户分配发送功率,其中,每一组中各个用户的发送功率相同;
以及根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于每一组中用户的个数和信噪比确定每一组中每一个用户的旋转角度;
发送单元1120,用于将每一个用户的发送功率和旋转角度发送至对应的用户。
可选的,获取用户的信道状态信息,并基于用户的信道状态信息将用户分成若干个用户组时,分组单元1100用于:
根据用户发送的正交导频信号进行上行信道估计,并获取用户的信道状态信息;
基于用户的信道状态信息,选取信道衰落幅度的取值在预设范围内的用户构成一个用户组,获得若干个用户组。
可选的,基于每一组中用户的个数和可达速率期望值为对应每一组中的用户分配发送功率,其中,每一组中各个用户的发送功率相同,处理单元1110用于:
根据每一组中用户的发送功率相等,以及噪声方差和每一组中用户的个数确定对应每一组中用户的可达速率期望值;
基于每一组中用户的可达速率期望值以及对应每一组中用户的个数和噪声方差,确定对应每一组中用户的等效发送总功率;
根据每一组中用户的等效发送总功率和对应每一组中用户的信道衰落幅度和用户个数,确定对应每一组中用户的发送功率。
可选的,根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于每一组中用户的个数和信噪比确定每一组中每一个用户的旋转角度,处理单元1110用于:
根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于每一组中用户的信噪比、对应每一个组中用户的个数,以及对应每一个组中每一个用户的等效旋转角度三者之间的对应关系确定每一组中每一个用户的等效旋转角度;
根据每一个用户的等效旋转角度以及每一个用户对应的信道状态信息中的相位角度确定每一个用户的旋转角度。
可选的,在基于每一组中用户的个数和信噪比确定每一组中每一个用户的旋转角度之前,进一步包括:
预处理单元1130,用于根据每一组中所有用户的叠加信号和对应叠加信号的期望接收信号计算叠加信号和期望接收信号之间的最大互信息,其中,每一组中所有用户的叠加信号是指每一组内所有用户根据基站分配的发送功率和预设的调制方法反馈至基站的所有信号的叠加结果,叠加信号的期望接收信号是指叠加信号与噪声的叠加结果;
以及根据每一组对应的叠加信号和期望接收信号之间的最大互信息的计算结果,确定每一组中用户的信噪比、对应每一个组中用户的个数,以及对应每一个组中每一个用户的等效旋转角度三者之间的对应关系。
可选的,在基站将每一个用户的发送功率和旋转角度发送至对应的用户之后,进一步包括:
接收单元1140,用于对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据实际接收信号解析出每个组的接收功率,分别确定每一个组及每一个组的用户和信号,其中,每一个用户根据接收到的发送功率和旋转角度以及预设的调制方法对发送信号进行处理并发送至基站;实际接收信号为所有用户的发送信号的叠加结果;
以及基于每一组中所有用户的发送功率和旋转角度确定的星座点集合,以及对应每一个组的用户和信号分别确定每一个组中每一个用户发送的信号。
可选的,对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据实际接收信号解析出每个组的接收功率,分别确定每一个组及每一个组的用户和信号,接收单元1140进一步用于:
对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据实际接收信号解析出每个组的接收功率,并将获得的所有接收功率从大到小进行排序;
以及根据为每一个组中的用户分配的发送功率,以及排序结果确定每一个组及每一个组的用户和信号。
参阅图12所示,多址接入的装置包括处理器1200、收发机1210和存储器1220,其中:
处理器1200,用于读取存储器中的程序,执行下列过程:
获取用户上报的信道状态信息,并基于获得的信道状态信息将用户分成若干个用户组;基于每一组中用户的个数和可达速率期望值为对应每一组中的用户分配发送功率,其中,每一组中各个用户的发送功率相同;以及根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于每一组中用户的个数和信噪比确定每一组中每一个用户的旋转角度;将每一个用户的发送功率和旋转角度发送至对应的用户。
收发机1210,用于在处理器的控制下接收和发送数据。
可选的,获取用户的信道状态信息,并基于用户的信道状态信息将用户分成若干个用户组时,处理器1200用于:
根据用户发送的正交导频信号进行上行信道估计,并获取用户的信道状态信息;
基于用户的信道状态信息,选取信道衰落幅度的取值在预设范围内的用户构成一个用户组,获得若干个用户组。
可选的,基于每一组中用户的个数和可达速率期望值为对应每一组中的用户分配发送功率,其中,每一组中各个用户的发送功率相同,处理器1200用于:
根据每一组中用户的发送功率相等,以及噪声方差和每一组中用户的个数确定对应每一组中用户的可达速率期望值;
基于每一组中用户的可达速率期望值以及对应每一组中用户的个数和噪声方差,确定对应每一组中用户的等效发送总功率;
根据每一组中用户的等效发送总功率和对应每一组中用户的信道衰落幅度和用户个数,确定对应每一组中用户的发送功率。
可选的,根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于每一组中用户的个数和信噪比确定每一组中每一个用户的旋转角度,处理器1200用于:
根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于每一组中用户的信噪比、对应每一个组中用户的个数,以及对应每一个组中每一个用户的等效旋转角度三者之间的对应关系确定每一组中每一个用户的等效旋转角度;
根据每一个用户的等效旋转角度以及每一个用户对应的信道状态信息中的相位角度确定每一个用户的旋转角度。
可选的,在基于每一组中用户的个数和信噪比确定每一组中每一个用户的旋转角度之前,
处理器1200,用于根据每一组中所有用户的叠加信号和对应叠加信号的期望接收信号计算叠加信号和期望接收信号之间的最大互信息,其中,每一组中所有用户的叠加信号是指每一组内所有用户根据基站分配的发送功率和预设的调制方法反馈至基站的所有信号的叠加结果,叠加信号的期望接收信号是指叠加信号与噪声的叠加结果;
以及根据每一组对应的叠加信号和期望接收信号之间的最大互信息的计算结果,确定每一组中用户的信噪比、对应每一个组中用户的个数,以及对应每一个组中每一个用户的等效旋转角度三者之间的对应关系。
可选的,在基站将每一个用户的发送功率和旋转角度发送至对应的用户之后,
处理器1200,用于对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据实际接收信号解析出每个组的接收功率,分别确定每一个组及每一个组的用户和信号,其中,每一个用户根据接收到的发送功率和旋转角度以及预设的调制方法对发送信号进行处理并发送至基站;实际接收信号为所有用户的发送信号的叠加结果;
以及基于每一组中所有用户的发送功率和旋转角度确定的星座点集合,以及对应每一个组的用户和信号分别确定每一个组中每一个用户发送的信号。
可选的,对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据实际接收信号解析出每个组的接收功率,分别确定每一个组及每一个组的用户和信号,处理器1200进一步用于:
对接收到的用户反馈的实际接收信号进行检测,根据实际接收信号解析出每个组的接收功率,并将获得的所有接收功率从大到小进行排序;
以及根据为每一个组中的用户分配的发送功率,以及排序结果确定每一个组及每一个组的用户和信号。
其中,总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥,具体由处理器代表的一个或多个处理器和存储器代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起,这些都是本领域所公知的,因此,本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。收发机可以是多个元件,即包括发送机和收发机,提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器负责管理总线架构和通常的处理,存储器可以存储处理器在执行操作时所使用的数据。
综上所述,基站获取用户上报的信道状态信息,并基于获得的信道状态信息将用户分成若干个用户组,进一步地基站基于每一组中用户的个数和可达速率期望值为对应每一组中的用户分配发送功率,以及基站根据每一组中用户的发送功率确定对应每一组中用户的信噪比,并基于每一组中用户的个数和信噪比确定每一组中每一个用户的旋转角度。基站将每一个用户的发送功率和旋转角度发送至对应的用户。采用本发明的方法能够成倍提高系统用户容量,同时使得组间用户等速率传输,并保证系统内每个用户的公平性。
此外,本发明还提供了非正交多址技术方案的译码算法。在基站端,根据已知的用户分组,用户功率分配、每个组内用户和信号的星座点集合,以及根据串行干扰抵消思想,采用MMSE检测准则,依次检测每一个组的用户和信号,再根据组内用户信号与和信号的星座点集合映射关系,检测出组内每个用户的发送信号。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样,倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。