CN108449305B - 一种适用于无线通信系统下行传输的多用户复用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体是一种适用于无线通信系统下行传输的多用户复用方法。本发明方法可以使多个不同用户使用同一频段同时接收下行数据，也即基站可以同时服务多个使用相同频段的不同用户。该方法预先在基站端进行星座编码，也即将所有用户的星座点的组合映射到一个新的高阶星座。根据该星座编码规则，基站对各用户的实时数据进行组合，然后发送相应的高阶星座点。用户端对接收到的高阶信号进行检测，再进行星座解码，即逆映射，最后得到自身所需要的数据。本发明可以有效提高系统的频谱利用率。

Description

一种适用于无线通信系统下行传输的多用户复用方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种适用于无线通信系统下行传输的多用户复用方法。

背景技术

在多用户系统中，为了服务多个具有不同需求的用户，基站通常采用时分复用(TDM)或者频分复用(FDM)的方式来为所有用户提供服务，也即不同用户的数据被分配在不同的时隙，或者被分配在不同的频带进行传输，如图1所示。然而，当给定时频资源时，接收性能会随着用户数的急剧增加而下降。例如当系统采用TDM方式时，由于每个用户所占用的时隙会随用户数的急剧增加而急剧减小，因此接收机会受到信道频率选择性衰落的严重影响。类似的，当系统采用FDM方式时，由于每个用户所占用的频带会随着用户数的急剧增加而减小，因此接收机会受到信道时间选择性衰落的严重影响。因此，在实际中，当给定了时频资源时，系统可支持的用户数存在最大值。为了提高系统可支持的最大用户数，也即为了进一步提高系统频谱效率，需要发展新的多用户复用方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于无线通信系统下行传输的多用户复用方法，使得基站可以在下行链路中给使用同一频带的不同用户同时发送数据，从而进一步提高系统频谱利用率。

本发明提供的适用于无线通信系统下行传输的多用户复用方法，具体步骤如下：

步骤1：基站根据所有用户的星座进行星座编码，获得一个Q进制星座。

所述星座编码的过程如下：

假设一个基站需要服务K个用户，所有用户都采用M进制星座，且第k个用户的第m_k个星座点为

k∈{1,2,…,K}，m_k∈{1,2,…,M}，则星座编码定义为如下一个单射：

其中

表示来自K个用户的星座点的一个组合，x_q表示一个Q进制星座的第q个星座点，q∈{1,2,…,Q}，即将每一种组合映射到Q进制星座的一个星座点；由于一共有M^K种组合，因此Q＝M^K；

上述映射并不唯一，也即星座编码存在多种编码方式，下面给出其中一种具体方式。定义m_k(q)为Q×1维向量m_k的第q个元素，其中m_k定义为

1_M×N代表M×N维全1矩阵，

代表kronecker积，上标^T代表取转置，则一种可行的星座编码方式定义为：

其中

为Q进制移相键控(PSK)星座的第q个星座点，q∈{1,2,…,Q}，Q＝M^K，E_s为发送功率。

步骤2：基站根据星座编码方式以及所有用户的发送数据，从步骤1得到的Q进制星座中选择相应的星座点进行发送。

步骤2的具体流程为：基站首先对当前时刻所有K个用户的发送信号

进行组合，得到

然后根据步骤1给出的映射规则(例如式(2)所示规则)，获得对应的Q进制星座的星座点x_q，然后发送x_q。

步骤3：用户端对接收到的Q进制星座信号进行检测，得到对应的星座点。

步骤4：各用户根据步骤3检测出的星座点进行星座解码，得到自身所需数据。

其中，所述星座解码的流程如下：

各用户根据检测出的Q进制星座的星座点进行星座解码，其定义为根据式(1)，解码即进行如下逆映射：

对于用户k，给定x_q，即可根据上述逆映射得到自身所需数据

本发明可以极大提高多用户场景下下行传输的频谱效率。

附图说明

图1为现有技术，即不同用户的数据被分配在不同的时隙，或者被分配在不同的频带进行传输。

图2为本发明的流程图。

图3为不同信噪比(SNR)下，不采用本发明方法(此时系统只能支持一个用户，K＝1)和采用本发明支持3个用户时的系统总容量。

图4为信噪比固定为30dB的情况下，本发明支持不同用户数时的系统总容量，其中没有采用本发明(也即K＝1)时的系统容量也在图中给出，以作比较。

具体实施方式

考虑一个多用户场景，其中基站只配置一根发送天线但需要同时服务K个单天线且使用相同频段的用户。所有用户采用BPSK星座，也即M＝2。发送端发送的信号经过加性高斯白噪声(AWGN)信道到达用户接收机。

发送端首先根据用户数K和M＝2进行星座编码。仿真中采用如式(1)所示的星座编码规则。接着，发送端产生各用户的BPSK信号，然后将这些数据进行组合，并根据式(2)获得最终要发送的数据流{x_q}。

用户端接收到信号后，首先进行检测，仿真中采用硬判决检测的方式。然后根据检测结果进行星座解码。仿真中采用相应于式(3)的星座解码方式。

实施例1：本实验仿真在不同信噪比的情况下，系统的总容量。仿真比较了采用本发明方法支持3个用户(也即K＝3)时和没有采用本方明方法(也即K＝1)时的系统总容量。根据式(2)，当K＝3时，发送端按照如下方式进行星座编码：

各用户端接收到信号后，首先进行硬判决检测，然后根据检测结果按照如下方式进行星座解码：

仿真结果如图3所示。图3表明，不采用本发明方法时，系统只能服务一个用户，而当采用本发明方法时，系统可以同时服务多个使用相同频谱资源的用户，系统总容量(也即频谱效率)得到极大提升。

实施例2：本实验仿真在给定信噪比的情况下，采用本发明方法支持不同用户数时的系统总容量，其中K＝1表明没有采用本方明方法。仿真结果如图4所示，其中信噪比固定为30dB。图4表明，在高信噪比情况下，系统总容量随用户数的增加近似呈线性增长，也即，系统总容量是不采用本发明方法时系统容量的近K倍。但当用户数超过某一值时，系统容量不再增加，系统将趋于饱和。

Claims (3)

1.一种适用于无线通信系统下行传输的多用户复用方法，应用场景为基站同时服务于多个使用相同频带的用户，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：基站根据所有用户的星座进行星座编码，获得一个Q进制星座；

步骤2：基站根据星座编码方式以及所有用户的发送数据，从步骤1得到的Q进制星座中选择相应的星座点进行发送；

步骤3：各用户端对接收到的Q进制星座点进行检测；

步骤4：各用户根据步骤3检测出的星座点进行星座解码，得到自身所需数据；

步骤1中所述星座编码的流程如下：

假设一个基站需要服务K个用户，所有用户都采用M进制星座，且第k个用户的第m_k个星座点为

k∈{1,2,…,K}，m_k∈{1,2,…,M}，则星座编码定义为如下一个单射：

其中，

表示来自K个用户的星座点的一个组合，x_q表示一个Q进制星座的第q个星座点，q∈{1,2,…,Q}，即将每一种组合映射到Q进制星座的一个星座点；一共有M^K种组合，因此Q＝M^K；

所述的单射采用如下方式：

定义m_k(q)为Q×1维向量m_k的第q个元素，其中，m_k定义为：

1_M×N代表M×N维全1矩阵，

代表kronecker积，上标T代表取转置，则星座编码方式定义为：

其中，

为Q进制移相键控(PSK)星座的第q个星座点，q∈{1,2,…,Q}，Q＝M^K，E_s为发送功率。

2.根据权利要求1所述的适用于无线通信系统下行传输的多用户复用方法，其特征在于，步骤2的具体流程为：基站首先对当前时刻所有K个用户的发送信号

进行组合，得到

然后根据步骤1给出的映射规则，获得对应的Q进制星座的星座点x_q，然后发送x_q。

3.根据权利要求2所述的适用于无线通信系统下行传输的多用户复用方法，其特征在于，步骤4中，所述星座解码的流程如下：

各用户根据检测出的Q进制星座的星座点进行星座解码，即进行如下逆映射：

对于用户k，给定x_q，根据上述逆映射即得到自身所需数据

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