CN110177063A - 一种非正交滤波器组上行多址接入无线通信发送方法 - Google Patents

一种非正交滤波器组上行多址接入无线通信发送方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非正交滤波器组上行多址接入无线通信发送方法，基站根据收到的导频信号帧估计信道冲激响应系数，而后在基站端，基站将每个用户的信息符号向量协方差矩阵初始化、迭代，每轮迭代中，每个用户依次将其它用户在基站端的接收序列协方差矩阵看作噪声信号，进而构造自身信息符号向量协方差矩阵，迭代结束后，基站将计算得到的信息符号向量协方差矩阵进行矩阵分解得到各个用户的预编码矩阵，分别发送给各个用户，每个用户对自身所要传送的信息序列进行预编码，附加循环前缀后送入滤波器组中，得到发送信号并发送给基站，在用户功率受限的条件下，通过构造用户信息符号向量协方差矩阵使非正交滤波器组多址接入系统的信息和速率达到最大。

Description

一种非正交滤波器组上行多址接入无线通信发送方法
技术领域
本发明属于无线通信领域，尤其涉及一种非正交滤波器组上行多址接入无线通信发送方法。
背景技术
滤波器组多载波(FBMC)是为更好地满足未来一代无线通信系统和场景的需要而提出的几种新波形之一，通过采用频率良好的局部化子带滤波器，FBMC具有更低的带外辐射，对载波频率偏移和窄带干扰更为稳健。因此，与已经取得成功的正交频分复用(OFDM)的常规波形相比，FBMC有望应用于一些新的场景，如具有频谱感知的认知无线电、载波聚合和时/频异步多用户通信。经典的FBMC系统子带之间的正交性是必需的，这种正交性是通过称为“完美重建(PR)”或“接近PR设计”的原型滤波器设计技术建立的，这取决于正交性是完全满足还是近似满足。历史上，FBMC最初是在IMAG/音频信号处理领域进行研究的，并由此衍生出了PR设计，但是从通信的角度来看，PR的必要性和最优性是值得怀疑的，因为众所周知，在多用户通信中，只有非正交多址(NOMA)方案才有可能实现信道的整个容量区域。由此研究人员提出了基于循环前缀(CP)的FBMC(CP-FBMC)系统，该系统降低了PR条件。随着研究的深入，又进一步提出了一个更通用的框架，称为不完全重构滤波器组多址接入(iPR-FBMA)，从而提高了CP-FBMC的频谱效率，并且与传统的正交频分复用(OFDM)方案相比，该方案在峰均功率比和误码率方面有较大的性能改进。
如图1所示，非正交滤波器组多址接入系统框图，在发射端，假设子带m上输入的QAM调制符号向量xm的长度为N，在xm后附加长度为Lg的循环前缀，而后通过系数为P≤M的上采样后馈送至综合滤波器组(SFB)进行滤波，综合滤波器fm(l)的长度为Nf。通常来说，Nf＝nfM，其中nf为大于1的整数。结果表明，fm(l)在频域内具有较好的阻带衰减特性，这与OFDM有很大的不同，当P＝M时，系统称为临界采样；当P＜M时，系统称为过采样，所有子带上的信号聚合后通过长度为Lc的信道h(n)，信道中含有均值为0、方差为N0的加性高斯白噪声(AWGN)z(l)。需要注意的是上采样后CP的有效长度为LgP，该长度应超过物理信道的长度以及发送端和接收端两个滤波器的长度。
在非正交滤波器组多址接入系统的接收端，接收信号用y(l)表示，由分析滤波器gm(l)和系数为P的下采样器组成的分析滤波器组(AFB)将接收信号分解为M个子带信号，每个子带信号用ym(m＝1,2,…,M)表示。在去除循环前缀后，符号检测器恢复出原信号。
上述非正交滤波器组多址接入系统已经证实具有复杂度低、PAPR性能显著提高等优点，并且在衰落信道中，误码性能也可以得到改善，且优于OFDMA系统，但其可实现的信息速率，即该非正交方案的最终性能限制，尚未彻底研究。因此，需要一种可以在每个用户功率受到限制的条件下，使得系统信息和速率达到最大的用户信息符号向量协方差矩阵的构造方法，以进一步提高非正交滤波器组多址接入系统的性能。
发明内容
本发明正是针对现有技术中的问题，提供了一种非正交滤波器组上行多址接入无线通信发送方法，首先用户向基站发送导频信号帧，基站根据收到的导频信号帧估计信道冲激响应系数；而后在基站端，基站将每个用户的信息符号向量协方差矩阵初始化；然后进行迭代，在每轮迭代中，每个用户依次将其它用户在基站端的接收序列协方差矩阵看作噪声信号，进而构造自身信息符号向量协方差矩阵使信息和速率达到最大值；迭代结束后，基站将计算得到的信息符号向量协方差矩阵进行矩阵分解得到各个用户的预编码矩阵，而后分别发送给各个用户；每个用户收到基站发来的预编码矩阵后对自身所要传送的信息序列进行预编码，而后附加循环前缀后送入滤波器组中，得到发送信号并发送给基站，在用户功率受限的条件下，通过构造用户的信息符号向量协方差矩阵使得非正交滤波器组多址接入系统的信息和速率达到最大值。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种非正交滤波器组上行多址接入无线通信发送方法，包括如下步骤：
S1，被允许进行数据传输的用户向基站发送导频信号帧，基站根据收到的导频信号帧进行信道估计，得到第m个用户的信道冲激响应系数hm(l)(l＝0,1,…,Lc-1，m＝1,2,…,M)，其中，Lc为信道系数的长度；M为用户数目；
S2，根据M值，基站设计具有M个子频带的综合滤波器组，滤波器分别记为fm(l)(l＝0,1,…,Nf-1，m＝1,2,…,M)，Nf为滤波器的长度，上采样因子为P；
S3，基站对用户排序，得到有序用户序号集合{i(1),i(2),…,i(M)}，将第m个子频带分配给第i(m)个用户，并通过下行控制信道将该信息广播给各个用户，用户收到频带分配信息后，使用同一滤波器组设计方法设计得到第m个子频带的滤波器；
S4，在基站端，初始化所有用户的信息符号向量协方差矩阵Ci(m)(m＝1,2,…,M)，其中，Ci(m)是N*N的共轭对称矩阵；N是每个用户待发送信息符号向量的长度；选择迭代总次数T并初始化迭代次序t＝0；
S5，初始化m＝1，针对用户i(m)，计算出使得系统信息和速率达到最大时用户的信息符号向量协方差矩阵；
S6，如果t＜T，更新t＝t+1，重复步骤S5，否则转入步骤S7；
S7，基站将计算得到的信号协方差矩阵Ci(m）(m＝1,2,…,M)进行矩阵分解将Qi(m）分别通过下行控制信道发送给对应的各个用户i(m)；
S8，各个用户收到由控制信道发来的Qi(m）后，将所要传送的信息序列xi(m）进行预编码得到Qi(m)xi(m),之后附加循环前缀后送入步骤S3中所设计的滤波器组中，得到发送信号并发送给基站。
作为本发明的一种改进，所述步骤S5进一步包括：
S51，将除i(m)外的其他用户在基站端的接收序列协方差矩阵记为一个和矩阵其中，Hj是(N*P）*(N*P）的信道矩阵；Fj是(N*P）*(N*P）的滤波器矩阵；U是(N*P）*N的上采样矩阵；
S52，定义Fi(m)U为矩阵Gi(m），为矩阵Zi(m）；
S53,对矩阵Zi(m）和Gi(m）做广义奇异值分解，得到其中Ui(m）、Vi(m)是(N*P）*(N*P）的酉矩阵；Λi(m)、φi(m）是(N*P）*N的奇异值矩阵，对角线元素分别为Zi(m）、Gi(m）的奇异值{v_Zi(m）(1),…,v_Zi(m)(N)}、{v_Gi(m)(1),…,v_Gi(m)(N)}；Xi(m)是N*N的可逆方阵；
S54，定义vi(m)(n)＝|v_Zi(m)(n)|2/|v_Gi(m)(n)|2(n＝1,2,…,N)，并将vi(m)(n)(n＝1,2,…,N)按照从大到小的顺序排列得到序列{ui(m)(1),…,ui(m)(N)}；
S55，定义N0为噪声方差，运用一维搜索方法寻找常数λ(λ＞0)，满足其中Pt为每个用户的功率限制，计算求得序列{λi(m)(1),…,λi(m)(N)}；
S56，定义si(m)(n)＝λi(m)(n)/|v_Gi(m)(n)|2(n＝1,2,…,N)，并得到N*N的对角阵Si(m)＝diag(si(m)(1),…,si(m)(N))；
S57,计算用户i(m)的信息符号向量协方差矩阵
S58，如果m＜M，更新m＝m+1，返回步骤S51，重复步骤S51-S58,否则转入步骤S6。
作为本发明的另一种改进，所述步骤S2中的基站初始化策略为初始化Cm＝0N*N(m＝1,2,…,M)或初始化Cm＝P*Pt*IN*N(m＝1,2,…,M)。
作为本发明的更进一步改进，所述步骤S51中信道矩阵Hj是循环矩阵，其第一列由hj(l)补零得到；滤波器矩阵Fj是循环矩阵，其第一列由滤波器序列fj(l)补零得到。
与现有技术相比，本发明的主要改进点在于将以往计算非正交滤波器组多址接入系统信息和速率公式中由单一系数表示的信道改为由矩阵表示，更加贴合实际通信中信道的情况，通过构造用户的信息符号向量协方差矩阵，从而得到非正交滤波器组多址接入系统在每个用户功率受到限制的条件下所能达到的最大信息和速率，提高系统总体的信息和速率，从而提高系统性能。
本发明具有的有益效果：
(1)本发明的方法在以往非正交滤波器组多址接入系统发送端计算最大信息和速率的基础上做出改进，在步骤S5中通过对矩阵做广义奇异值分解得到奇异值，再将奇异值带入一维搜索方法中计算出使得系统信息和速率达到最大时用户的信息符号向量协方差矩阵，相比以往的用单一系数代表信道所计算出最大信息速率的方法，所提方法是用矩阵代表信道的信息，从而更加符合实际通信过程中的情况；
(2)本发明随着迭代次数的增加信息和速率快速收敛到所能最大值，所需计算量小，易于实现；
(3)本发明可以直接用于非正交滤波器组多址接入系统的用户信息符号向量协方差矩阵构造。
附图说明
图1为非正交滤波器组多址接入系统的整体框图；
图2为本案实施例1得到的信息和速率随着迭代次数的变化曲线图；
图3为本案实施例2得到的信息和速率与信道容量的对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
本发明所涉及的非正交滤波器组多址接入系统的框图如图1所示。给定具体参数如下：用户个数M＝4，每个用户各占用一个子载波且发送信息长度N＝32，信噪比固定为10dB，噪声方差N0＝1，上采样系数P＝4，传输信道为附带加性高斯白噪声(AWGN,AddictiveWhite Gaussian Noise)的瑞利衰落信道，迭代次数T＝20。
一种非正交滤波器组上行多址接入无线通信发送方法，包括如下步骤：
S1，被允许进行数据传输的用户向基站发送导频信号帧，基站根据收到的导频信号帧进行信道估计，得到4个用户的信道冲激响应系数hm(l)(l＝0,1,…,15，m＝1,2,3,4)；
S2，基站使用约定好的方法设计具有4个子频带的综合滤波器组，滤波器分别记为fm(l)(l＝0,1,…,15，m＝1,2,3,4)；
S3，对用户进行随机排序，得到有序用户序号集合{i(1),i(2),i(3),i(4)}，将第m个子频带分配给第i(m)个用户，并通过下行控制信道将该信息广播给各个用户，用户收到频带分配信息后，使用同一滤波器组设计方法设计得到第m个子频带的滤波器；
S4，在基站端，初始化所有用户的信息符号向量协方差矩阵Ci(m)＝032*32(m＝1,2,3,4)；选择迭代总次数T＝20并初始化迭代次序t＝0；
S5，初始化m＝1，针对用户i(m)，运用特定的算法计算出使得系统信息和速率达到最大时用户的信息符号向量协方差矩阵，具体包括如下步骤：
S51，将其他用户在基站端的接收序列协方差矩阵记为一个和矩阵 其中，Hj是128*128的信道矩阵，它是一个循环矩阵，第一列由hj(l)补零得到；Fj是128*128的滤波器矩阵，它是一个循环矩阵，第一列由滤波器序列fj(l)补零得到；U是128*32的上采样矩阵；
S52，定义Fi(m)U为矩阵Gi(m)，为矩阵Zi(m)；
S53,对矩阵Zi(m)和Gi(m)做广义奇异值分解，得到其中Ui(m)、Vi(m)是128*128的酉矩阵；Λi(m)、φi(m)是128*32的奇异值矩阵，对角线元素分别为Zi(m)、Gi(m)的奇异值{v_Zi(m)(1),…,v_Zi(m)(32)}、{v_Gi(m)(1),…,v_Gi(m)(32)}；Xi(m)是32*32的可逆方阵；
S54,定义vi(m)(n)＝|v_Zi(m)(n)|2/|v_Gi(m)(n)|2(n＝1,2,…,32)，并将vi(m)(n)(n＝1,2,…,32)按照从大到小的顺序排列得到序列{ui(m)(1),…,ui(m)(32)}；
S55，定义运用一维搜索方法寻找合适的常数λ(λ＞0)，使得进而求得序列{λi(m)(1),…,λi(m)(32)}；
S56，定义si(m)(n)＝λi(m)(n)/|v_Gi(m)(n)|2(n＝1,2,…,32)，并得到32*32的对角阵Si(m)＝diag(si(m)(1),…,si(m)(32))；
S57,计算用户i(m)的信息符号向量协方差矩阵
S58，如果m＜4，更新m＝m+1，执行步骤S51；否则执行步骤S6；
S6，如果t＜20，更新t＝t+1；否则执行步骤S7；
S7，基站将计算得到的信号协方差矩阵Ci(m)(m＝1,2,…,M)进行矩阵分解将Qi(m)分别通过下行控制信道发送给对应的各个用户i(m)；
S8，各个用户收到由控制信道发来的Qi(m)后，将所要传送的信息序列xi(m)进行预编码得到Qi(m)xi(m),之后附加循环前缀后送入步骤S3中所设计的滤波器组中，得到发送信号并发送给基站。
图2为瑞利衰落信道下，采用本发明所提非正交滤波器组上行多址接入无线通信发送方法得到的信息和速率随着迭代次数的变化曲线。从图中可以看出，随着迭代次数的增加，信息和速率呈上升状态并且迅速收敛到最大值，在第7次迭代过后，信息和速率基本达到最大，为1.277bits/s/Hz。
实施例2
本发明所涉及的非正交滤波器组多址接入系统的框图如图1所示。给定具体参数如下：用户个数M＝4，每个用户各占用一个子载波且发送信息长度N＝32。用户1至用户4的初始信噪比固定为2dB，并以2dB为间隔逐渐增大至20dB，噪声方差N0＝1，上采样系数P＝4，传输信道为为附带加性高斯白噪声(AWGN,Addictive White Gaussian Noise)的瑞利衰落信道，迭代次数T＝20。
一种非正交滤波器组上行多址接入无线通信发送方法，包括如下步骤：
S1，被允许进行数据传输的用户向基站发送导频信号帧，基站根据收到的导频信号帧进行信道估计，得到4个用户的信道冲激响应系数hm(l)(l＝0,1,…,15，m＝1,2,3,4)；
S2，基站使用约定好的方法设计具有4个子频带的综合滤波器组，滤波器分别记为fm(l)(l＝0,1,…,15，m＝1,2,3,4)；
S3，对用户进行随机排序，得到有序用户序号集合{i(1),i(2),i(3),i(4)}，将第m个子频带分配给第i(m)个用户，并通过下行控制信道将该信息广播给各个用户，用户收到频带分配信息后，使用同一滤波器组设计方法设计得到第m个子频带的滤波器；
S4，在基站端，初始化所有用户的信息符号向量协方差矩阵Ci(m)＝032*32(m＝1,2,3,4)；选择迭代总次数T＝20并初始化迭代次序t＝0；
S5，初始化m＝1，针对用户i(m)，运用特定的算法计算出使得系统信息和速率达到最大时用户的信息符号向量协方差矩阵，具体包括如下步骤：
S51，将其他用户在基站端的接收序列协方差矩阵记为一个和矩阵 其中，Hj是128*128的信道矩阵，它是一个循环矩阵，第一列由hj(l)补零得到；Fj是128*128的滤波器矩阵，它是一个循环矩阵，第一列由滤波器序列fj(l)补零得到；U是128*32的上采样矩阵；
S52，定义Fi(m)U为矩阵Gi(m)，为矩阵Zi(m)；
S53,对矩阵Zi(m)和Gi(m)做广义奇异值分解，得到其中Ui(m)、Vi(m)是128*128的酉矩阵；Λi(m)、φi(m)是128*32的奇异值矩阵，对角线元素分别为Zi(m)、Gi(m)的奇异值{v_Zi(m)(1),…,v_Zi(m)(32)}、{v_Gi(m)(1),…,v_Gi(m)(32)}；Xi(m)是32*32的可逆方阵；
S54，定义vi(m)(n)＝|v_Zi(m)(n)|2/|v_Gi(m)(n)|2(n＝1,2,…,32)，并将vi(m)(n)(n＝1,2,…,32)按照从大到小的顺序排列得到序列{ui(m)(1),…,ui(m)(32)}；
S55，定义运用一维搜索方法寻找合适的常数λ(λ＞0)，使得其中Pt为每个用户的功率限制。进而求得序列{λi(m)(1),…,λi(m)(32)}；
S56，定义si(m)(n)＝λi(m)(n)/|v_Gi(m)(n)|2(n＝1,2,…,32)，并得到32*32的对角阵Si(m)＝diag(si(m)(1),…,si(m)(32))；
S57,计算用户i(m)的信息符号向量协方差矩阵
S58，如果m＜4，更新m＝m+1，执行步骤S51；否则执行步骤S6；
S6，如果t＜20，更新t＝t+1；否则执行步骤S7；
S7，基站将计算得到的信号协方差矩阵Ci(m)(m＝1,2,…,M)进行矩阵分解将Qi(m)分别通过下行控制信道发送给对应的各个用户i(m)；
S8，各个用户收到由控制信道发来的Qi(m)后，将所要传送的信息序列xi(m)进行预编码得到Qi(m)xi(m),之后附加循环前缀后送入步骤S3中所设计的滤波器组中，得到发送信号并发送给基站。
S9，将每个用户的信噪比增大2dB，返回步骤S1，循环步骤S1-S8；直到用户的信噪比大于20dB结束。
图3为瑞利衰落信道下，每个用户初始信噪比相同，在4个用户信噪比以相同大小增加的情况下，采用本发明所提非正交滤波器组上行多址接入无线通信发送方法得到的信息和速率与信道容量的对比图。从图中可以看出，随着用户的信噪比增加，系统的信息和速率与信道容量均呈上升状态，并且两者非常接近。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (4)

1.一种非正交滤波器组上行多址接入无线通信发送方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，被允许进行数据传输的用户向基站发送导频信号帧，基站根据收到的导频信号帧进行信道估计，得到第m个用户的信道冲激响应系数hm(l)(l＝0,1,…,Lc-1，m＝1,2,…,M)，其中，Lc为信道系数的长度；M为用户数目；
S2，根据M值，基站设计具有M个子频带的综合滤波器组，滤波器分别记为fm(l)(l＝0,1,…,Nf-1，m＝1,2,…,M)，其中，Nf为滤波器的长度；上采样因子为P；
S3，基站对用户排序，得到有序用户序号集合{i(1),i(2),…,i(M)}，将第m个子频带分配给第i(m)个用户，并通过下行控制信道将该信息广播给各个用户，用户收到频带分配信息后，使用同一滤波器组设计方法设计得到第m个子频带的滤波器；
S4，在基站端，初始化所有用户的信息符号向量协方差矩阵Ci(m)(m＝1,2,…,M)，其中，Ci(m)是N*N的共轭对称矩阵；N是每个用户待发送信息符号向量的长度；确定迭代总次数T并初始化迭代次序t＝0；
S5，初始化m＝1，针对用户i(m)，计算出使得系统信息和速率达到最大时用户的信息符号向量协方差矩阵；
S6，如果t＜T，更新t＝t+1，重复步骤S5，否则转入步骤S7；
S7，基站将计算得到的信号协方差矩阵Ci(m)(m＝1,2,…,M)进行矩阵分解将Qi(m)分别通过下行控制信道发送给对应的各个用户i(m)；
S8，各个用户收到由控制信道发来的Qi(m)后，将所要传送的信息序列xi(m)进行预编码得到Qi(m)xi(m),之后附加循环前缀后送入步骤S3中所设计的滤波器组中，得到发送信号并发送给基站。
2.根据权利要求1所述的一种非正交滤波器组上行多址接入无线通信发送方法，其特征在于，所述步骤S5进一步包括：
S51，将除i(m)外的其他用户在基站端的接收序列协方差矩阵记为一个和矩阵其中，Hj是(N*P)*(N*P)的信道矩阵；Fj是(N*P)*(N*P)的滤波器矩阵；U是(N*P)*N的上采样矩阵；
S52，定义Fi(m)U为矩阵Gi(m)，为矩阵Zi(m)；
S53,对矩阵Zi(m)和Gi(m)做广义奇异值分解，得到其中Ui(m)、Vi(m)是(N*P)*(N*P)的酉矩阵；Λi(m)、φi(m)是(N*P)*N的奇异值矩阵，对角线元素分别为Zi(m)、Gi(m)的奇异值{v_Zi(m)(1),…,v_Zi(m)(N)}、{v_Gi(m)(1),…,v_Gi(m)(N)}；Xi(m)是N*N的可逆方阵；
S54，定义vi(m)(n)＝|v_Zi(m)(n)|2/|v_Gi(m)(n)|2(n＝1,2,…,N)，并将vi(m)(n)(n＝1,2,…,N)按照从大到小的顺序排列得到序列{ui(m)(1),…,ui(m)(N)}；
S55，定义N0为噪声方差，运用一维搜索方法寻找常数λ(λ＞0)，满足其中Pt为每个用户的功率限制，计算求得序列{λi(m)(1),…,λi(m)(N)}；
S56，定义si(m)(n)＝λi(m)(n)/|v_Gi(m)(n)|2(n＝1,2,…,N)，并得到N*N的对角阵Si(m)＝diag(si(m)(1),…,si(m)(N))；
S57,计算用户i(m)的信息符号向量协方差矩阵
S58，如果m＜M，更新m＝m+1，返回步骤S51，重复步骤S51-S58,否则转入步骤S6。
3.根据权利要求1或2所述的一种非正交滤波器组上行多址接入无线通信发送方法，其特征在于：所述步骤S4中的基站初始化策略为初始化Ci(m)＝0N*N(m＝1,2,…,M)或初始化Ci(m)＝P*Pt*IN*N(m＝1,2,…,M)。
4.根据权利要求3所述的一种非正交滤波器组上行多址接入无线通信发送方法，其特征在于：所述步骤S51中信道矩阵Hj是循环矩阵，其第一列由hj(l)补零得到；滤波器矩阵Fj是循环矩阵，其第一列由滤波器序列fj(l)补零得到。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101483467A (zh) * 2007-10-23 2009-07-15 中山大学 多输入多输出多址信道吞吐量最大化的方法
US20110187584A1 (en) * 2010-01-29 2011-08-04 Man-On Pun Method for Suppressing Clutter in Space-Time Adaptive Processing Systems
CN107276933A (zh) * 2017-06-14 2017-10-20 杭州电子科技大学 用于上行多用户mimo系统中基于二阶统计量的信道估计方法
CN109075849A (zh) * 2016-04-19 2018-12-21 三星电子株式会社 用于先进无线通信系统中的显式csi报告的方法和装置
CN110892688A (zh) * 2017-07-13 2020-03-17 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 利用慢变信道协方差矩阵的无干扰地理区域映射

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101483467A (zh) * 2007-10-23 2009-07-15 中山大学 多输入多输出多址信道吞吐量最大化的方法
US20110187584A1 (en) * 2010-01-29 2011-08-04 Man-On Pun Method for Suppressing Clutter in Space-Time Adaptive Processing Systems
CN109075849A (zh) * 2016-04-19 2018-12-21 三星电子株式会社 用于先进无线通信系统中的显式csi报告的方法和装置
CN107276933A (zh) * 2017-06-14 2017-10-20 杭州电子科技大学 用于上行多用户mimo系统中基于二阶统计量的信道估计方法
CN110892688A (zh) * 2017-07-13 2020-03-17 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 利用慢变信道协方差矩阵的无干扰地理区域映射

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DANG JIAN，QI YUHAO，ZHANG ZAICHEN，WU LIANG: ""Low complexity and high performance symbol detection scheme for uplink wide-banded cyclic prefixed filter bank multiple access system without analysis filtering"", 《ELECTRONICS LETTERS》 *
曹志平，毕光国，张在琛: ""频率分析:基于滤波器组和门限倒谱的认知无线电频谱检测"", 《中国通信》 *

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