CN108259073A - 基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法及装置 - Google Patents

基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108259073A
CN108259073A CN201810091318.3A CN201810091318A CN108259073A CN 108259073 A CN108259073 A CN 108259073A CN 201810091318 A CN201810091318 A CN 201810091318A CN 108259073 A CN108259073 A CN 108259073A
Authority
CN
China
Prior art keywords
uplink communication
user
signal
spatial modulation
user terminal
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.)
Pending
Application number
CN201810091318.3A
Other languages
English (en)
Inventor
宋健
王腾蛟
杨昉
王劲涛
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.)
Tsinghua University
Shenzhen Research Institute Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Shenzhen Research Institute Tsinghua University
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 Tsinghua University, Shenzhen Research Institute Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201810091318.3A priority Critical patent/CN108259073A/zh
Publication of CN108259073A publication Critical patent/CN108259073A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0452—Multi-user MIMO systems
    • 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
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0045—Arrangements at the receiver end
    • H04L1/0047—Decoding adapted to other signal detection operation
    • H04L1/0048—Decoding adapted to other signal detection operation in conjunction with detection of multiuser or interfering signals, e.g. iteration between CDMA or MIMO detector and FEC decoder
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0045—Arrangements at the receiver end
    • H04L1/0047—Decoding adapted to other signal detection operation
    • H04L1/005—Iterative decoding, including iteration between signal detection and decoding operation
    • 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
    • H04L25/03987—Equalisation for sparse channels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法及装置，其中，方法包括：对用户终端产生的上行通信信号进行空间调制，并通过所述用户终端对应的天线上发送调制后的上行通信信号；通过基站多天线接收机接收多个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号，并对每个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号进行预处理；通过块稀疏的压缩感知对处理后的所述每个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号进行迭代解调，以根据信号恢复结果确定活跃的用户和对应的信号。该方法能够提高系统的频谱效率和能量效率、提升多用户场景下的活跃用户检测准确率、减少基站接收机误码率、降低基站接收机检测复杂度。

Description

基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法及装置。
背景技术
近些年来，无线通信中的上行业务与交互式业务迅速发展，虚拟现实(VirtualReality)、增强现实(Augmented Reality)等新兴业务逐渐吸引了越来越多人的关注，同时也对多用户上行通信系统提出了更高的要求。第五代通信技术(5G)也对上行通信速率与多用户系统容量提出了更高的要求。然而，传统多用户上行通信系统的频谱效率和能量效率不高，随着新一代通信技术与交互业务的不断发展提升，必然会对多用户上行通信的频谱效率和能量效率，以及系统支持的用户数量与误码率提出更高的要求。
SM(Spatial modulation，空间调制技术)是一种新兴的多天线调制技术。相比于传统的MIMO(Multiple-input multiple-output，多入多出)技术，接收机设计更加简单，由于只有一根或有限根活跃的发射天线，受到信道间干扰减小，接收机检测算法的复杂度降低。其次，由于三维星座图的使用，相比于传统的单天线系统，空间调制系统具有更高的频谱效率。再次，由于活跃天线数量小于发射机天线的总数，相比于传统的MIMO系统，空间调制系统仅需要少量的发射设备链，这将大大减少发射机的能量消耗，具有更好的能量效率。广义空间调制技术(Generalized spatial modulation)是空间调制技术的推广，提供更加灵活的传输机制。
在传统的多用户上行通信场景中，相关技术的通信系统的频谱效率和能量效率不高，在支持用户数量较多的情况下，多用户与信号检测复杂度高且误码率高，且接收机复杂度高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法，该方法能够提高系统的频谱效率和能量效率、提升多用户场景下的活跃用户检测准确率、减少基站接收机误码率、降低基站接收机检测复杂度。
本发明的另一个目的在于提出一种基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法，包括以下步骤：对用户终端产生的上行通信信号进行空间调制，并通过所述用户终端对应的天线上发送调制后的上行通信信号；通过基站多天线接收机接收多个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号，并对每个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号进行预处理；通过块稀疏的压缩感知对处理后的所述每个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号进行迭代解调，以根据信号恢复结果确定活跃的用户和对应的信号。
本发明实施例的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法，能够提高系统的频谱效率和能量效率、提升多用户场景下的活跃用户检测准确率、减少基站接收机误码率、降低基站接收机检测复杂度。
另外，根据本发明上述实施例的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，每个用户终端配备相同数量的多根发射天线，且在同一时刻，每个活跃用户终端激活相同数量或不同数量的活跃天线进行信息传输。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述对用户终端产生的上行通信信号进行空间调制，进一步包括：将待发送的信息比特进行分组，其中，每组的部分信息比特用于活跃天线的选择，每组的剩余部分信息比特用于星座点的选择。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述每组的部分信息比特用于活跃天线的选择，对用户所有天线的活跃状态组合进行编码，并根据比特信息选择对应的活跃状态天线进行发送。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述对每个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号进行预处理，进一步包括：对所述每个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号进行信号时间同步、信号频率同步、信号帧同步、信道估计和均衡。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述基站多天线接收机接收的多个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号为通过所述基站的每个天线上接收到的来自所有活跃用户的活跃天线上发送的信号经信道衰落后之和，并叠加噪声的干扰，且将所有用户的天线按照用户序号排成列向量，用户的部分活跃性将使该信号具有块稀疏的结构。
进一步地，在本发明的一个实施例中，上述方法还包括：根据基站接收到的多用户上行通信信号得到块稀疏压缩感知算法的测量量；根据基站得到的多用户信道矩阵得到测度矩阵；通过在迭代算法中的每个用户终端激活的天线数量得到先验信息。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测装置，包括：多用户广义空间调制终端，用于对用户终端产生的上行通信信号进行空间调制，并通过所述用户终端对应的天线上发送调制后的上行通信信号；基站多天线接收机，用于接收多个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号，并对每个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号进行预处理，并通过块稀疏的压缩感知对处理后的所述每个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号进行迭代解调，以根据信号恢复结果确定活跃的用户和对应的信号。
本发明实施例的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测装置，能够提高系统的频谱效率和能量效率、提升多用户场景下的活跃用户检测准确率、减少基站接收机误码率、降低基站接收机检测复杂度。
另外，根据本发明上述实施例的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多用户广义空间调制终端还包括：信号产生模块，用于产生需要发送的上行通信信号，并对信号进行信源编码和信道编码；广义空间调制模块，与所述信号产生模块相连，用于对编码后的比特信息进行广义空间调制；发射天线，与所述广义空间调制模块相连，用于根据广义空间调制结果，选择所述多用户广义空间调制终端对应的天线进行发送调制后的上行通信信号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述基站多天线接收机还包括：接收天线，用于接收所述多用户广义空间调制终端发送的所述调制后的上行通信信号；信号预处理模块，与所述接收天线相连，用于对所述多用户广义空间调制终端发送的所述调制后的上行通信信号进行预处理；块稀疏压缩感知模块，与所述信号预处理模块相连，用于对预处理后的所述多用户广义空间调制终端发送的所述调制后的上行通信信号进行块稀疏压缩感知检测，以恢复原始信号，并确定活跃用户和用户发送的信号；信道解码和信源解码模块，与所述块稀疏压缩感知模块相连，用于对检测出的活跃用户发送的信号进行信道解码和信源解码。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法的流程图；
图2为根据本发明一个具体实施例的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法的流程图；
图3为根据本发明一个实施例的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法的场景示意图；
图4为根据本发明一个实施例的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法。
图1是本发明一个实施例的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法的流程图。
如图1所示，该基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法包括以下步骤：
在步骤S101中，对用户终端产生的上行通信信号进行空间调制，并通过用户终端对应的天线上发送调制后的上行通信信号。
可以理解的是，用户终端产生上行通信信号，之后对信号进行空间调制，在对应的天线上进行发送。其中，用户终端也可以称为多天线用户终端。
在本发明的一个实施例中，每个用户终端配备相同数量的多根发射天线，且在同一时刻，每个活跃用户终端激活相同数量或不同数量的活跃天线进行信息传输。
可以理解的是，多天线用户终端中的每个用户终端配备相同数量的多根发射天线；在同一时刻，每个活跃用户终端激活相同数量或不同数量的活跃天线进行信息传输。
进一步地，在本发明的一个实施例中，对用户终端产生的上行通信信号进行空间调制，进一步包括：将待发送的信息比特进行分组，其中，每组的部分信息比特用于活跃天线的选择，每组的剩余部分信息比特用于星座点的选择。
在本发明的一个实施例中，每组的部分信息比特用于活跃天线的选择，对用户所有天线的活跃状态组合进行编码，并根据比特信息选择对应的活跃状态天线进行发送。
可以理解的是，对于信号进行广义空间调制，需要将待发送的信息比特进行分组，每组中的部分信息比特用于活跃天线的选择，另一部分信息比特用于星座点的选择。具体地，部分信息比特用于活跃天线的选择，是对用户所有天线的活跃状态组合进行编码，根据比特信息选择相应的活跃状态天线进行发送。
在步骤S102中，通过基站多天线接收机接收多个用户终端发送的调制后的上行通信信号，并对每个用户终端发送的调制后的上行通信信号进行预处理。
可以理解的是，本发明实施例通过基站多天线接收机接收多用户发送的信号，对其进行预处理。其中，基站多天线接收机需要配备大规模的天线阵列，天线数量远小于所有用户的发射天线数之和。
进一步地，在本发明的一个实施例中，对每个用户终端发送的调制后的上行通信信号进行预处理，进一步包括：对每个用户终端发送的调制后的上行通信信号进行信号时间同步、信号频率同步、信号帧同步、信道估计和均衡。
在步骤S103中，通过块稀疏的压缩感知对处理后的每个用户终端发送的调制后的上行通信信号进行迭代解调，以根据信号恢复结果确定活跃的用户和对应的信号。
可以理解的是，本发明实施例对处理后的信号，使用块稀疏的压缩感知技术进行迭代解调，根据信号恢复结果，确定活跃的用户和对应的信号。其中，块稀疏压缩感知的算法包括凸优化算法和贪婪算法；凸优化算法包括内点法、1阶范数最小化算法；贪婪算法包括基于块的压缩采样匹配追踪法(Block-based compressive sampling matchingpursit)、块正交匹配追踪法(Block orthogonal matching pursuit)、块迭代硬判决法(Block iterative hard thresholding)。
进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的方法还包括：根据基站接收到的多用户上行通信信号得到块稀疏压缩感知算法的测量量；根据基站得到的多用户信道矩阵得到测度矩阵；通过在迭代算法中的每个用户终端激活的天线数量得到先验信息。
可以理解的是，块稀疏压缩感知算法的测量量为基站接收到的多用户上行通信信号，测度矩阵为基站估计出的多用户信道矩阵，并通过在迭代算法中以每个用户终端激活的天线数量为先验信息，从而提高解调算法的准确性，降低解调算法的复杂度。
具体地，块稀疏压缩感知算法的测量量(Measurements)为基站接收到的多用户上行通信信号，测度矩阵(Measurement matrix)为基站估计出的多用户信道矩阵。
进一步地，在本发明的一个实施例中，基站多天线接收机接收的多个用户终端发送的调制后的上行通信信号为通过基站的每个天线上接收到的来自所有活跃用户的活跃天线上发送的信号经信道衰落后之和，并叠加噪声的干扰，且将所有用户的天线按照用户序号排成列向量，用户的部分活跃性将使该信号具有块稀疏的结构。
可以理解的是，基站接收到的多用户上行信号，是基站每个天线上接收到的，来自所有活跃用户的活跃天线上发送的信号经信道衰落后之和，并叠加噪声的干扰；将所有用户的天线按照用户序号排成一个列向量，用户的部分活跃性将使该信号具有块稀疏的结构。
在本发明的第一个具体实施例中，如图2所示，具体包括：
S1.多天线用户终端产生上行通信信号，之后对信号进行空间调制，在对应的天线上进行发送。
如图3所示，基站支持的用户数为K＝32，每个用户终端配备相同数量的多根发射天线，数量为nt＝4，共有发射天线数为N＝K×nt＝128；在同一时刻，共有活跃用户数为S＝4，每个活跃用户终端配备na＝2条射频链路，激活na＝2根天线进行信息传输。
每个活跃用户将信源编码和信道编码后的比特信息进行广义空间调制。首先进行分组，每组中的部分信息比特用于活跃天线的选择，另一部分信息比特用于星座点的选择。
每个用户终端配备nt＝4根发射天线，同一时间激活na＝2根天线进行信息传输，所有天线的活跃状态组合数为每个天线活跃状态可传输比特数为比特。采用4QAM调制，每个星座点可传输的比特数为Q＝log24＝2比特。故每个活跃用户发送的一个符号共可传递的比特数为P+na×Q＝6.58比特。
发送的上行多用户广义空间调制信号为各个用户终端发送信号组合成的列向量。具体来说，上行信号x可以表示为：
其中，表示用户终端i发送的上行信号。在同一时刻仅活跃用户进行信息发送，非活跃用户发送信号为0，因此具体可以表示为：
其中，xj,l表示用户j的第l根发射天线上发送的信息，该信号x具有块稀疏性的结构特征。
S2.基站多天线接收机接收多用户发送的信号，对其进行预处理。
如图3所示，基站多天线接收机配备大规模的天线阵列，天线数量为M＝50，远小于所有用户的发射天线数之和N＝K×nt＝128。
基站对接收到的信号需要进行预处理，主要包括：信号时间同步、信号频率同步、信号帧同步、信道估计和均衡，以消除时间、频率、信号帧等不同步对后续信号处理带来的影响。预处理后的信号为则y可以表示为：
y＝Hx+w，
其中，为瑞利平衰落的信道矩阵，x为用户终端发送的上行多用户广义空间调制信号，为加性高斯白噪声。
S3.对处理后的信号，使用块稀疏的压缩感知技术进行迭代解调，根据信号恢复结果，确定活跃的用户和对应的信号。
本发明实施例采用基于块稀疏压缩采样匹配追踪法的检测方法进行块稀疏信号的恢复。块稀疏压缩感知算法的测量量为基站接收到的多用户上行通信信号y，测度矩阵为基站估计出的多用户信道矩阵H。则该块稀疏恢复问题可以表示为：
s.t.y＝Hx+w。
其中，采用的基于块稀疏压缩采样匹配追踪法的检测方法共分为四个步骤。第一步，初始化恢复信号残差r(0)和支持集Ψ(0)以及其他变量。第二步，根据块稀疏压缩采样匹配追踪法迭代计算恢复信号残差r(i)和支持集Ψ(i)直到满足迭代次数要求imax，其中在迭代选择非零块的时候，仅考虑恢复值最大的na个元素来提高非零块检测的准确度。第三步，得到最终的恢复信号和支持集第四步，根据恢复信号的支持集确定活跃用户和活跃天线，并解调出活跃天线序号传递的信息；从恢复信号中解调出4QAM星座点传递的信息。
进一步地，在本发明的第二个具体实施例中，如图2所示，具体包括：
S1.多天线用户终端产生上行通信信号，之后对信号进行空间调制，在对应的天线上进行发送。
如图3所示，基站支持的用户数为K＝64，每个用户终端配备相同数量的多根发射天线，数量为nt＝2，共有发射天线数为N＝K×nt＝128；在同一时刻，共有活跃用户数为S＝4，每个活跃用户终端配备na＝1条射频链路，激活na＝1根天线进行信息传输。
每个活跃用户将信源编码和信道编码后的比特信息进行广义空间调制。首先进行分组，每组中的部分信息比特用于活跃天线的选择，另一部分信息比特用于星座点的选择。
每个用户终端配备nt＝2根发射天线，同一时间激活na＝1根天线进行信息传输，所有天线的活跃状态组合数为每个天线活跃状态可传输比特数为比特。采用16QAM调制，每个星座点可传输的比特数为Q＝log216＝4比特。故每个活跃用户发送的一个符号共可传递的比特数为P+na×Q＝5比特。
本发明实施发送的上行多用户广义空间调制信号为各个用户终端发送信号组合成的列向量。具体来说，上行信号x可以表示为：
其中，表示用户终端i发送的上行信号。在同一时刻仅活跃用户进行信息发送，非活跃用户发送信号为0，因此具体可以表示为：
其中，xj,l表示用户j的第l根发射天线上发送的信息，该信号x具有块稀疏性的结构特征。
S2.基站多天线接收机接收多用户发送的信号，对其进行预处理。
如图3所示，基站多天线接收机配备大规模的天线阵列，天线数量为M＝64，远小于所有用户的发射天线数之和N＝K×nt＝128。
基站对接收到的信号需要进行预处理，主要包括：信号时间同步、信号频率同步、信号帧同步、信道估计和均衡，以消除时间、频率、信号帧等不同步对后续信号处理带来的影响。预处理后的信号为则y可以表示为：
y＝Hx+w，
其中，为瑞利平衰落的信道矩阵，x为用户终端发送的上行多用户广义空间调制信号，为加性高斯白噪声。
S3.对处理后的信号，使用块稀疏的压缩感知技术进行迭代解调，根据信号恢复结果，确定活跃的用户和对应的信号。
本发明实施例采用基于块正交匹配追踪法的检测方法进行块稀疏信号的恢复。块正交匹配追踪算法的测量量为基站接收到的多用户上行通信信号y，测度矩阵为基站估计出的多用户信道矩阵H。则该块稀疏恢复问题可以表示为：
s.t.y＝Hx+w。
其中，本发明实施例采用的基于块正交匹配追踪法的检测方法共分为四个步骤。第一步，初始化恢复信号残差r(0)和支持集Ψ(0)以及其他变量。第二步，根据块正交匹配追踪法迭代计算恢复信号残差r(i)和支持集Ψ(i)直到找到S个非零块，其中在迭代选择非零块的时候，仅考虑恢复值最大的na个元素来提高非零块检测的准确度。第三步，得到最终的恢复信号和支持集第四步，根据恢复信号的支持集确定活跃用户和活跃天线，并解调出活跃天线序号传递的信息；从恢复信号中解调出16QAM星座点传递的信息。
进一步地，在本发明的第三个具体实施例中，如图2所示，具体包括：
S1.多天线用户终端产生上行通信信号，之后对信号进行空间调制，在对应的天线上进行发送。
如图3所示，基站支持的用户数为K＝64，每个用户终端配备相同数量的多根发射天线，数量为nt＝4，共有发射天线数为N＝K×nt＝256；在同一时刻，共有活跃用户数为S＝8，每个用户终端配备na＝2条射频链路，根据用户终端对于上行数据速率的需求，部分用户激活na＝1根天线进行信息传输，部分用户激活na＝2根天线进行信息传输。
每个活跃用户将信源编码和信道编码后的比特信息进行广义空间调制。首先进行分组，每组中的部分信息比特用于活跃天线的选择，另一部分信息比特用于星座点的选择。
每个用户终端配备nt＝4根发射天线，同一时间激活na＝1或na＝2根天线进行信息传输，所有天线的活跃状态组合数为或每个天线活跃状态可传输比特数为比特或比特。采用16QAM调制，每个星座点可传输的比特数为Q＝log216＝4比特。故每个活跃用户发送的一个符号共可传递的比特数为P+na×Q＝6比特或P+na×Q＝10.58比特。
本发明实施例发送的上行多用户广义空间调制信号为各个用户终端发送信号组合成的列向量。具体来说，上行信号x可以表示为：
其中，表示用户终端i发送的上行信号。在同一时刻仅活跃用户进行信息发送，非活跃用户发送信号为0，因此具体可以表示为：
其中，xj,l表示用户j的第l根发射天线上发送的信息，该信号x具有块稀疏性的结构特征。
S2.基站多天线接收机接收多用户发送的信号，对其进行预处理，
如图3所示，基站多天线接收机配备大规模的天线阵列，天线数量为M＝64，远小于所有用户的发射天线数之和N＝K×nt＝256。
基站对接收到的信号需要进行预处理，主要包括：信号时间同步、信号频率同步、信号帧同步、信道估计和均衡，以消除时间、频率、信号帧等不同步对后续信号处理带来的影响。预处理后的信号为则y可以表示为：
y＝Hx+w，
其中，为瑞利平衰落的信道矩阵，x为用户终端发送的上行多用户广义空间调制信号，为加性高斯白噪声。
S3.对处理后的信号，使用块稀疏的压缩感知技术进行迭代解调，根据信号恢复结果，确定活跃的用户和对应的信号。
本发明实施例采用基于内点法的检测方法进行块稀疏信号的恢复。内点法的测量量为基站接收到的多用户上行通信信号y，测度矩阵为基站估计出的多用户信道矩阵H。则该问题可以表示为：
s.t.y＝Hx+w。
其中，本发明实施例采用的基于内点法的检测方法共分为四个步骤。第一步，初始化恢复信号和支持集Ψ(0)以及其他变量。第二步，根据内点法迭代计算恢复信号和支持集Ψ(i)直到满足给定的误差精度要求，其中在迭代过程中，需要根据用户激活的活跃天线数量不同，考虑不同的恢复信号稀疏度。第三步，得到最终的恢复信号和支持集第四步，根据恢复信号的支持集确定活跃用户和活跃天线，并解调出活跃天线序号传递的信息；从恢复信号中解调出16QAM星座点传递的信息。
根据本发明实施例提出的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法，能够提高系统的频谱效率和能量效率、提升多用户场景下的活跃用户检测准确率、减少基站接收机误码率、降低基站接收机检测复杂度。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测装置。
图4是本发明一个实施例的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测装置的结构示意图。
如图4所示，该基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测装置10包括：多用户广义空间调制终端100和基站多天线接收机200。
其中，多用户广义空间调制终端100用于对用户终端产生的上行通信信号进行空间调制，并通过用户终端对应的天线上发送调制后的上行通信信号；基站多天线接收机200用于接收多个用户终端发送的调制后的上行通信信号，并对每个用户终端发送的调制后的上行通信信号进行预处理，并通过块稀疏的压缩感知对处理后的每个用户终端发送的调制后的上行通信信号进行迭代解调，以根据信号恢复结果确定活跃的用户和对应的信号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，多用户广义空间调制终端包括100：信号产生模块110、广义空间调制模块120和发射天线130。
其中，信号产生模块110用于产生需要发送的上行通信信号，并对信号进行信源编码和信道编码。广义空间调制模块120与信号产生模块110相连，用于对编码后的比特信息进行广义空间调制。发射天线130与广义空间调制模块120相连，用于根据广义空间调制结果，选择多用户广义空间调制终端100对应的天线进行发送调制后的上行通信信号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，基站多天线接收机200包括：接收天线210、信号预处理模块220、块稀疏压缩感知模块230和信道解码和信源解码模块240。
其中，接收天线210用于接收多用户广义空间调制终端100发送的调制后的上行通信信号。信号预处理模块220与接收天线210相连，用于对多用户广义空间调制终端100发送的调制后的上行通信信号进行预处理。块稀疏压缩感知模块230与信号预处理模块220相连，用于对预处理后的多用户广义空间调制终端100发送的调制后的上行通信信号进行块稀疏压缩感知检测，以恢复原始信号，并确定活跃用户和用户发送的信号。信道解码和信源解码模块240与块稀疏压缩感知模块230相连，用于对检测出的活跃用户发送的信号进行信道解码和信源解码。
需要说明的是，前述对基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测装置，能够提高系统的频谱效率和能量效率、提升多用户场景下的活跃用户检测准确率、减少基站接收机误码率、降低基站接收机检测复杂度。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
对用户终端产生的上行通信信号进行空间调制，并通过所述用户终端对应的天线上发送调制后的上行通信信号；
通过基站多天线接收机接收多个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号，并对每个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号进行预处理；
通过块稀疏的压缩感知对处理后的所述每个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号进行迭代解调，以根据信号恢复结果确定活跃的用户和对应的信号。
2.根据权利要求1所述的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法，其特征在于，每个用户终端配备相同数量的多根发射天线，且在同一时刻，每个活跃用户终端激活相同数量或不同数量的活跃天线进行信息传输。
3.根据权利要求1所述的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法，其特征在于，所述对用户终端产生的上行通信信号进行空间调制，进一步包括：
将待发送的信息比特进行分组，其中，每组的部分信息比特用于活跃天线的选择，每组的剩余部分信息比特用于星座点的选择。
4.根据权利要求3所述的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法，其特征在于，所述每组的部分信息比特用于活跃天线的选择，对用户所有天线的活跃状态组合进行编码，并根据比特信息选择对应的活跃状态天线进行发送。
5.根据权利要求1所述的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法，其特征在于，所述对每个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号进行预处理，进一步包括：
对所述每个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号进行信号时间同步、信号频率同步、信号帧同步、信道估计和均衡。
6.根据权利要求1所述的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法，其特征在于，所述基站多天线接收机接收的多个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号为通过所述基站的每个天线上接收到的来自所有活跃用户的活跃天线上发送的信号经信道衰落后之和，并叠加噪声的干扰，且将所有用户的天线按照用户序号排成列向量，用户的部分活跃性将使该信号具有块稀疏的结构。
7.根据权利要求1所述的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法，其特征在于，还包括：
根据基站接收到的多用户上行通信信号得到块稀疏压缩感知算法的测量量；
根据基站得到的多用户信道矩阵得到测度矩阵；
通过在迭代算法中的每个用户终端激活的天线数量得到先验信息。
8.一种基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测装置，其特征在于，包括：
多用户广义空间调制终端，用于对用户终端产生的上行通信信号进行空间调制，并通过所述用户终端对应的天线上发送调制后的上行通信信号；
基站多天线接收机，用于接收多个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号，并对每个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号进行预处理，并通过块稀疏的压缩感知对处理后的所述每个用户终端发送的所述调制后的上行通信信号进行迭代解调，以根据信号恢复结果确定活跃的用户和对应的信号。
9.根据权利要求8所述的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测装置，其特征在于，所述多用户广义空间调制终端还包括：
信号产生模块，用于产生需要发送的上行通信信号，并对信号进行信源编码和信道编码；
广义空间调制模块，与所述信号产生模块相连，用于对编码后的比特信息进行广义空间调制；
发射天线，与所述广义空间调制模块相连，用于根据广义空间调制结果，选择所述多用户广义空间调制终端对应的天线进行发送调制后的上行通信信号。
10.根据权利要求8所述的基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测装置，其特征在于，所述基站多天线接收机还包括：
接收天线，用于接收所述多用户广义空间调制终端发送的所述调制后的上行通信信号；
信号预处理模块，与所述接收天线相连，用于对所述多用户广义空间调制终端发送的所述调制后的上行通信信号进行预处理；
块稀疏压缩感知模块，与所述信号预处理模块相连，用于对预处理后的所述多用户广义空间调制终端发送的所述调制后的上行通信信号进行块稀疏压缩感知检测，以恢复原始信号，并确定活跃用户和用户发送的信号；
信道解码和信源解码模块，与所述块稀疏压缩感知模块相连，用于对检测出的活跃用户发送的信号进行信道解码和信源解码。
CN201810091318.3A 2018-01-30 2018-01-30 基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法及装置 Pending CN108259073A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810091318.3A CN108259073A (zh) 2018-01-30 2018-01-30 基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810091318.3A CN108259073A (zh) 2018-01-30 2018-01-30 基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法及装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108259073A true CN108259073A (zh) 2018-07-06

Family

ID=62743168

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810091318.3A Pending CN108259073A (zh) 2018-01-30 2018-01-30 基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108259073A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109067502A (zh) * 2018-09-11 2018-12-21 无锡北邮感知技术产业研究院有限公司 基于动态自适应压缩感知的多用户检测方法及电子设备
CN110011775A (zh) * 2019-03-22 2019-07-12 安徽师范大学 联合实现活动用户检测及其信道估计方法及其系统
CN110062361A (zh) * 2019-05-13 2019-07-26 北京交通大学 Mmtc场景下基于cs的非授权接入及数据传输方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105429685A (zh) * 2015-10-29 2016-03-23 河南理工大学 大规模mimo中高效的上行传输方式
CN106788638A (zh) * 2017-02-27 2017-05-31 电子科技大学 一种激活不定发射天线的空间调制传输方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105429685A (zh) * 2015-10-29 2016-03-23 河南理工大学 大规模mimo中高效的上行传输方式
CN106788638A (zh) * 2017-02-27 2017-05-31 电子科技大学 一种激活不定发射天线的空间调制传输方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHEN GAO,LINGLONG DAI,ZHAOCHENG WANG,, ET AL: "Compressive Sensing Based Multi-User Detector for the Large-Scale SM-MIMO Uplink", 《IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY》 *
陶娟: "大维度MIMO和空间调制信号检测算法研究", 《CNKI中国知网硕士学位论文》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109067502A (zh) * 2018-09-11 2018-12-21 无锡北邮感知技术产业研究院有限公司 基于动态自适应压缩感知的多用户检测方法及电子设备
CN109067502B (zh) * 2018-09-11 2021-01-29 无锡北邮感知技术产业研究院有限公司 基于动态自适应压缩感知的多用户检测方法及电子设备
CN110011775A (zh) * 2019-03-22 2019-07-12 安徽师范大学 联合实现活动用户检测及其信道估计方法及其系统
CN110062361A (zh) * 2019-05-13 2019-07-26 北京交通大学 Mmtc场景下基于cs的非授权接入及数据传输方法
CN110062361B (zh) * 2019-05-13 2020-11-17 北京交通大学 Mmtc场景下基于cs的非授权接入及数据传输方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8265212B2 (en) Antenna selection for MIMO decoding
CN1231005C (zh) 自适应天线阵列和控制所述天线阵列的方法
US8000422B2 (en) Apparatus and method for detecting signal in multiple-input multiple-output (MIMO) wireless communication system
JP6405155B2 (ja) 信号処理装置、信号処理方法、及びプログラム
CN102100013B (zh) 用于多波束形成通信的天线训练和通信协议的方法和系统
CN103685101A (zh) 具有多层干扰抵消的接收器
US8811215B2 (en) Apparatus and method for detecting signal in spatial multiplexing system
EP1964299A2 (en) Mimo receiver
CN109274411B (zh) 用于大规模mimo系统的空间调制方法和大规模mimo系统
CN108259073A (zh) 基于广义空间调制的上行通信多用户信号检测方法及装置
US7839810B2 (en) Transmitter, communication system and communication method
CN104539336A (zh) 一种利用发送分集的空间调制方法及装置
US8098746B2 (en) Apparatus and method for transmitting/receiving data in a closed-loop multi-antenna system
CN113872652A (zh) 一种基于3d mimo时变系统的csi反馈方法
CN107094124B (zh) 一种下行多用户多天线数据传输方法、装置及系统
KR20140112931A (ko) 2x2 mimo 시스템의 연판정 검출방법 및 장치
CN101227254A (zh) 一种在多入多出系统中v-blast的检测方法
CN104184505B (zh) 发射信号的多输入多输出mimo检测方法、装置及系统
CN107222248A (zh) 信道质量指示确定方法及装置、通信设备
CN104243374B (zh) 一种信号传输方法、装置及系统
CN106230754B (zh) 一种大规模mimo系统的干扰消除-匹配滤波信道估计方法
CN1110072A (zh) 码分多址通信系统
US8179992B2 (en) Communication apparatus and communication method
KR20080029872A (ko) 다중 안테나 통신 시스템에서 데이터를 인코딩/디코딩하기위한 장치 및 방법
CN105959045B (zh) 一种多用户广义空间调制系统相位调整线性预编码方法

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180706