CN107104711B - 一种大规模非正交多接入方法 - Google Patents

一种大规模非正交多接入方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107104711B
CN107104711B CN201710199299.1A CN201710199299A CN107104711B CN 107104711 B CN107104711 B CN 107104711B CN 201710199299 A CN201710199299 A CN 201710199299A CN 107104711 B CN107104711 B CN 107104711B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cluster
signal
base station
channel
mobile subscriber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710199299.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107104711A (zh
Inventor
陈晓明
张朝阳
钟财军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201710199299.1A priority Critical patent/CN107104711B/zh
Publication of CN107104711A publication Critical patent/CN107104711A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107104711B publication Critical patent/CN107104711B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0202—Channel estimation
    • H04L25/024—Channel estimation channel estimation algorithms
    • H04L25/025—Channel estimation channel estimation algorithms using least-mean-square [LMS] method
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0408—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas using two or more beams, i.e. beam diversity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/03—Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks
    • H04L25/03006—Arrangements for removing intersymbol interference

Abstract

本发明公开了一种大规模非正交多接入方法。基站根据信道长期统计信息，将大量需要接入无线网络的移动用户分成若干个簇，每个簇包含为数不多的移动用户，以便移动终端进行低复杂度的串行干扰抵消。所有移动用户同时向基站发射训练，基站通过信道估计获得上行信道的信道状态信息，并将其转化为每个簇的等效信道状态信息。基站根据等效信道状态信息，对每个簇的发射信号进行叠加编码，然后把叠加编码后的信号经波束成形后发射出去，以减少簇与簇之间的干扰。移动用户在收到信号后，首先对同一簇内信道增益较弱的移动用户的信号进行解码，并将这些移动用户的信号从接收信号中减去，最后对自身的信号进行解码。本发明为具有大规模用户接入的宽带移动通信系统提供了一种简单却有效的非正交多接入方法。

Description

一种大规模非正交多接入方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种大规模非正交多接入方法。
背景技术
随着物联网和移动互联网的兴起于发展，未来的无线网络需要支持大规模移动用户的同时接入。在当前广泛采用的正交多接入技术中，如时分复用多接入(TDMA)、频分复用多接入(FDMA)和码分复用接入(CDMA)，一个无线资源块只能分配给一个移动终端。由于无线资源的稀缺性，传统的正交多接入技术很难支持大规模用户的同时接入。在这种情况下，非正交多接入技术得到了大量的研究，并未广泛认为是5G等未来宽带无线通信系统的关键技术之一。
非正交多接入技术主要利用发射端的叠加编码和接收端的串行干扰抵消实现高效的多用户接入。然而，当接入用户数较大时，串行干扰抵消的复杂度将非常大。因此需要将用户分为多个簇，并只在每个簇内进行串行干扰抵消，从而有效降低了用户的计算复杂度。然而，用户分簇将引入新的簇间干扰。为了进一步提高非正交多接入技术的性能，必须有效抑制簇间干扰。众所周知，大规模多天线技术是一种有效的干扰抑制技术。并且，大规模多天线技术也是5G系统的关键技术之一。因此，可以将非正交多接入和大规模多天线技术结合起来，有效增强系统的性能。基于此，英国兰卡斯特大学的丁志国等人在《Design ofMassive-MIMO-NOMA with Limited Feedback》一文中，提出了一种利用大规模多天线技术进行干扰消除的方法，从而达到提高非正交多接入技术性能的目的。值得注意的是，这种方法需要基站具有完全的下行信道状态信息。然而在大规模用户接入的情况下，传统的正交信道估计方法需要极长的训练序列，这将导致每个时隙只有很少的时间用于信号传输。此外，如果训练序列大于信道的相干时间，这将导致信道估计的实效。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述方案中大规模用户接入时训练序列较长、频谱效率较低和计算复杂度较高等问题，提出了一种大规模非正交多接入方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
大规模非正交多接入方法，包括如下步骤：
1)基站根据信道长期统计信息，获得所有下行信道的大尺度衰落信息αi，i＝1，...，U，其中U为移动用户的数量；
2)基于下行信道的大尺度衰落信息，基站将移动用户分为N个簇，其中第n簇包含Kn个移动用户；
3)基站基于非正交的信道估计方法，获得第n个簇的等效信道状态信息n∈[1，N]；
4)基站为第n个簇中第k个移动用户的信号sn，k分配发射功率Pn，k，然后将每个簇的所有移动用户的信号进行叠加编码；
5)基站根据所获得的信道状态信息，基于匹配滤波的方法，为每个簇经叠加编码后的信号sn设计一个发射波束wn，然后将所有波束成形后的信号一起进行发射；
6)移动用户接到基站发射的信号后，对同一簇内的用户进行串行干扰抵消，然后对自身信号进行解码。
步骤3)中非正交的信道估计方法为：
a)基站为第n个簇的所有用户安排一个相同的训练序列Φn，而不同簇之间的采用相互正交的训练序列，即对于所有m≠n；
b)所有用户同时向基站发射训练序列，其中第n个簇中的第k个用户的发射功率为Qn，k；
c)基站对接收到的训练序列右乘然后利用最小均方误差估计方法得到第n个簇的等效信道状态信息
d)重复上述步骤，基站获得所有簇的等效信道状态信息。
步骤4)中的叠加编码方法为：基站为第n个簇中的第k个用户的信号sn，k分配发射功率其中αn，k是第n个簇中的第k个用户所对应下行信道的大尺度衰落，Ptot为基站的总发射功率，然后基站将第n个簇的信号按如下方式编码
步骤5)中的波束设计方法为：
a)基于非正交信道估计方法所获得的第n个簇的等效信道状态信息，基站为第n个簇构建如下的发射波束：
b)令基站的发射信号为
步骤6)中串行干扰抵消方法为：任一移动终端首先对同一簇内信道增益弱于自身的移动终端的信号进行解码，并将这些信号从接收信号中减去，最后对自身的信号进行解码。
本发明具有的有益效果是：本发明提出的非正交信道估计方法，可以利用较短的训练序列实现大规模用户的信道估计，解决了传统的正交信道估计训练序列较长所产生的一系列问题。本发明提出的基于等效信道状态信息的波束成型方法，具有实现复杂度低的优点，且可以有效的抑制其它用户信号的干扰，提高大规模非正交多接入方法的性能。
附图说明
图1是大规模非正交多接入方法的框图；
图2是在不同反馈量时，非正交多接入方法的平均传输速率性能比较；
图3是非正交多接入和正交多接入的平均传输速率性能比较。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。
基于频率复用多天线系统的非正交多接入的框图如图1所示，基站有Nt根天线，每个移动终端配置1根天线。基站将移动用户分成多个簇，每个簇包含为数不多的终端，以减少串行干扰抵消的复杂度。同一簇的移动用户使用相同的训练序列，而不同簇使用相互正交的训练系列，并同时在上行信道上向基站发射。基站利用最小均方误差信道估计方法，获得每个簇的等效信道状态信息，并基于这些等效信道状态信息为每个簇的信号设计发射波束。移动终端接收到信号后，对簇内信号进行串行干扰抵消，以进一步减少干扰，提高系统的性能。
本发明所采用的具体技术方案如下：
大规模非正交多接入方法包括如下步骤：
1)基站根据信道长期统计信息，获得所有下行信道的大尺度衰落信息αi，i＝1，...，U，其中U为移动用户的数量。
2)基于下行信道的大尺度衰落信息，基站将移动用户分为N个簇，其中第n簇包含Kn个移动用户。
3)基站基于非正交的信道估计方法，获得第n个簇的等效信道状态信息n∈[1，N]。该步骤中非正交的信道估计方法为：
a)基站为第n个簇的所有用户安排一个相同的训练序列Φn，而不同簇之间的采用相互正交的训练序列，即对于所有m≠n；
b)所有用户同时向基站发射训练序列，其中第n个簇中的第k个用户的发射功率为Qn，k；
c)基站对接收到的训练序列右乘然后利用最小均方误差估计方法得到第n个簇的等效信道状态信息
d)重复上述步骤，基站获得所有簇的等效信道状态信息。
4)基站为第n个簇中第k个移动用户的信号sn，k分配发射功率Pn，k，然后将每个簇的所有移动用户的信号进行叠加编码。该步骤中的叠加编码方法为：基站为第n个簇中的第k个用户的信号Sn，k分配发射功率其中αn，k是第n个簇中的第k个用户所对应下行信道的大尺度衰落，Ptot为基站的总发射功率，然后基站将第n个簇的信号按如下方式编码
5)基站根据所获得的信道状态信息，基于匹配滤波的方法，为每个簇经叠加编码后的信号sn设计一个发射波束wn，然后将所有波束成形后的信号一起进行发射。该步骤中的波束设计方法为：
a)基于非正交信道估计方法所获得的第n个簇的等效信道状态信息，基站为第n个簇构建如下的发射波束：
b)令基站的发射信号为
6)移动用户接到基站发射的信号后，对同一簇内的用户进行串行干扰抵消，然后对自身信号进行解码。该步骤中串行干扰抵消方法为：任一移动终端首先对同一簇内信道增益弱于自身的移动终端的信号进行解码，并将这些信号从接收信号中减去，最后对自身的信号进行解码。
通过计算机仿真表明，如图2所示，本发明提出的大规模非正交多接入方法，可以根据系统参数和信道条件，灵活的调整用户的分簇方式，从而实现系统性能和计算复杂度之间的折中。另外，图3表明本方面提出的匹配滤波波束成型方式比传统的迫零波束成型方式具有明显的性能优势。尤其是随着发射信噪比的增加，所取得的性能增益将逐渐增大。因此，本发明提出的大规模非正交多接入方法可以为第五代移动通信系统提供一种高效的大规模用户接入方法。

Claims (4)

1.一种大规模非正交多接入方法，其特征在于包括如下步骤：
1)基站根据信道长期统计信息，获得所有下行信道的大尺度衰落信息αi，i＝1,…,U，其中U为移动用户的数量；
2)基于下行信道的大尺度衰落信息，基站将移动用户分为N个簇，其中第n簇包含Kn个移动用户；
3)基站基于非正交的信道估计方法，获得第n个簇的等效信道状态信息n∈[1,N]；其中非正交的信道估计方法为：
a)基站为第n个簇的所有用户安排一个相同的训练序列Φn，而不同簇之间的采用相互正交的训练序列，即对于所有m≠n；
b)所有用户同时向基站发射训练序列，其中第n个簇中的第k个用户的发射功率为Qn,k；
c)基站对接收到的训练序列右乘然后利用最小均方误差估计方法得到第n个簇的等效信道状态信息
d)重复上述步骤，基站获得所有簇的等效信道状态信息；
4)基站为第n个簇中第k个移动用户的信号sn,k分配发射功率Pn,k，然后将每个簇的所有移动用户的信号进行叠加编码；
5)基站根据所获得的等效信道状态信息，基于匹配滤波的方法，为每个簇经叠加编码后的信号sn设计一个发射波束wn，然后将所有波束成形后的信号一起进行发射；
6)移动用户接到基站发射的信号后，对同一簇内的用户进行串行干扰抵消，然后对自身信号进行解码。
2.根据权利要求1所述的一种大规模非正交多接入方法，其特征是步骤4)中的叠加编码方法为：基站为第n个簇中的第k个用户的信号sn,k分配发射功率其中αn,k是第n个簇中的第k个用户所对应下行信道的大尺度衰落，Ptot为基站的总发射功率，然后基站将第n个簇的信号按如下方式编码
3.根据权利要求1所述的一种大规模非正交多接入方法，其特征是步骤5)中的波束设计方法为：
a)基于非正交信道估计方法所获得的第n个簇的等效信道状态信息，基站为第n个簇构建如下的发射波束：
b)令基站的发射信号为
4.根据权利要求1所述的一种大规模非正交多接入方法，其特征是步骤6)中串行干扰抵消方法为：任一移动终端首先对同一簇内信道增益弱于自身的移动终端的信号进行解码，并将这些信号从接收信号中减去，最后对自身的信号进行解码。
CN201710199299.1A 2017-03-29 2017-03-29 一种大规模非正交多接入方法 Active CN107104711B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710199299.1A CN107104711B (zh) 2017-03-29 2017-03-29 一种大规模非正交多接入方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710199299.1A CN107104711B (zh) 2017-03-29 2017-03-29 一种大规模非正交多接入方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107104711A CN107104711A (zh) 2017-08-29
CN107104711B true CN107104711B (zh) 2019-10-29

Family

ID=59676158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710199299.1A Active CN107104711B (zh) 2017-03-29 2017-03-29 一种大规模非正交多接入方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107104711B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108966337B (zh) * 2018-06-28 2020-07-10 浙江大学 一种基于波束空间的大规模接入方法
CN109587088B (zh) * 2018-12-20 2020-03-31 浙江大学 一种基于无线信息与能量协同传输的大规模接入方法
CN109951219B (zh) * 2019-02-02 2020-08-11 浙江大学 一种低成本的大规模非正交多接入方法
CN113055863A (zh) * 2021-04-27 2021-06-29 北京理工大学 面向卫星物联网的异步非正交大规模随机接入方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106231664A (zh) * 2016-09-19 2016-12-14 浙江大学 一种基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法
CN106253958A (zh) * 2016-09-19 2016-12-21 浙江大学 一种基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法
CN106374989A (zh) * 2016-09-19 2017-02-01 浙江大学 一种基于频分复用多天线系统的下行非正交多接入方法
CN106452622A (zh) * 2016-09-19 2017-02-22 浙江大学 一种基于时分复用多天线下行链路的非正交多接入方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102070938B1 (ko) * 2013-04-19 2020-01-29 삼성전자주식회사 다중 사용자 빔포밍 시스템에서 비 직교 다중 접속 기법을 운용하기 위한 방법 및 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106231664A (zh) * 2016-09-19 2016-12-14 浙江大学 一种基于多天线非正交多接入系统的功率分配方法
CN106253958A (zh) * 2016-09-19 2016-12-21 浙江大学 一种基于多天线非正交多接入系统的信道信息反馈方法
CN106374989A (zh) * 2016-09-19 2017-02-01 浙江大学 一种基于频分复用多天线系统的下行非正交多接入方法
CN106452622A (zh) * 2016-09-19 2017-02-22 浙江大学 一种基于时分复用多天线下行链路的非正交多接入方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dynamic User Clustering and Power Allocation for Uplink and Downlink Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) Systems;MD Shipon Ali等;《IEEE Journals & Magazines》;20160831;全文 *
User selection and power schedule for downlink non-orthogonal multiple access (NOMA) system;Shimei Liu等;《2015 IEEE International Conference on Communication Workshop (ICCW)》;20150914;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107104711A (zh) 2017-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101800578B (zh) 减小下行链路多点协作隐式反馈开销方法
CN107104711B (zh) 一种大规模非正交多接入方法
CN106452622B (zh) 一种基于时分复用多天线下行链路的非正交多接入方法
Katwe et al. Dynamic user clustering and optimal power allocation in UAV-assisted full-duplex hybrid NOMA system
CN106374989B (zh) 一种基于频分复用多天线系统的下行非正交多接入方法
CN110062359B (zh) Mtc中基于noma短编码块传输的高可靠低迟延无线资源分配优化方法
CN103312390B (zh) 基于干扰对齐的预编码方法，发射机和设备
CN108260215B (zh) 一种低密度码的noma中信道状况优化的资源分配方法
CN101499837B (zh) 多用户mimo广播信道中低复杂度用户的选择方法
CN108832977A (zh) 大规模mimo空域稀疏非正交接入实现方法
CN103840870A (zh) 3d mimo信道下一种有限反馈开销降低方法
CN105704721A (zh) 一种提高频谱利用率的d2d-p复用蜂窝网络通信方法
CN102332965B (zh) 基于传输分集模式的数据传输方法和系统
US10397881B2 (en) Method of coordinating radio transmitters based on a coding of level of power transmitted and corresponding transmitter
JP2011234368A (ja) ユーザ設備、基地局及びチャネル情報フィードバック方法
CN109587088B (zh) 一种基于无线信息与能量协同传输的大规模接入方法
CN108966337A (zh) 一种基于波束空间的大规模接入方法
CN106686710B (zh) 一种考虑不完美sic的下行noma功率分配方法
CN109067674A (zh) 一种基于选择性叠加导频的信道估计方法
CN104967469A (zh) 一种基于无比率编码的大规模mimo传输方法
CN107483095A (zh) 一种基于多中继协助的大规模非正交多接入方法
CN108064070B (zh) 一种用于大规模mimo多小区网络的用户接入方法
CN110445520A (zh) 基于频分双工多用户多天线系统的下行功率分配方法
Hong et al. Distributed antenna system design for ultra-reliable low-latency uplink communications
CN114928385B (zh) 一种基于同时同频全双工d2d通信的频谱效率提升方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant