CN110266408A

CN110266408A - 一种多数据流的单输入多输出无线传输方法

Info

Publication number: CN110266408A
Application number: CN201910592532.1A
Authority: CN
Inventors: 盛彬; 张辉; 顾嘉雯; 张佳丽
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2019-09-20
Anticipated expiration: 2039-07-03
Also published as: CN110266408B

Abstract

本发明公开了一种适用于单输入多输出（SIMO）系统的多数据流无线传输方法。首先发送端发送导频信号，接收端估计发送天线到每根接收天线之间的信道参数并将其反馈给发送端；其次，发送端根据信道的强弱给每个数据流分配不同的发送功率并合在一起发送；接下来，接收端先在信道最弱的天线上解调功率最强的数据流；接收端在信道次弱的天线上将功率最强的数据流产生的干扰去除掉，然后解调功率次强的数据流；最后，接收端判断是否还有未解调数据流的天线。如果有，接收端在信道第n弱的天线上将功率最强的n‑1数据流产生的干扰去除掉，然后解调功率第n强的数据流。如果没有，则结束循环，输出最终结果。

Description

一种多数据流的单输入多输出无线传输方法

技术领域

本发明是一种多数据流的单输入多输出传输方法，可提高传输数据率，属于移动通信系统中的多天线技术领域。

背景技术

目前，第五代移动通信系统(5G)的标准化工作已经结束，正在开始大规模商用。5G采用多天线技术，要求基站配备的天线数最小不少于32根。由此可见，基站采用更大规模的天线数是未来通信系统发展的一个趋势。在毫米波频段，终端也可以采用多天线。但是，考虑到价格和天线尺寸等问题，微波频段的终端多采用单天线或少量天线。考虑到微波频段的覆盖优势以及对高速移动的支持，单天线或少量天线的终端将会在未来的通信系统中长期存在。另外，5G定义了三大应用场景，分别是增强移动宽带(eMBB)，超高可靠超低时延通信(URLLC)和大规模物联网业务(mMTC)。其中，在mMTC场景中，考虑到成本和价格因素，物联网终端也会大量采用单天线，由此和基站之间形成SIMO的无线传输系统。与收发两端都配备多天线的多输入多输出(MIMO)系统不同，SIMO系统由于有一方只有单天线，所以允许发送的数据流只有1个。

传统的多址接入技术采用正交的资源，降低了接收端信号检测的复杂度。随着器件的进步和非线性检测技术的发展，人们开始研究非正交的多址接入技术(NOMA)。在NOMA中，多个用户在相同资源上重叠发送，在接收端采用复杂的串行干扰抵消方法来实现各用户信号的正确检测。理论上，基于的非线性多用户检测，无论在上行还是下行，都能够达到仙农(Shannon)容量的极限。但是，因设备结构和技术原因，系统的最大功率域强度值非常有限，功率域能够划分用户的层次数也不可能太多。另外，传统基于多用户的非正交接入与多用户上行功率控制也相冲突，增加了基站在系统层面资源配置时的复杂度。

发明内容

本发明的目的是针对SIMO系统，通过在相同的天线上发送不同功率的数据流，有效提高系统的传输速率，并据此进一步提供一种快速可靠、实现复杂度低的传输方法。

为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：

一种多数据流的单输入多输出无线传输方法，包括以下步骤：步骤1)、发送端发送导频信号，接收端计算发送天线到每根接收天线之间的信道参数并将其反馈给发送端；

步骤2)、发送端根据信道的强弱给每个数据流分配不同的发送功率并合在一起发送；

步骤3)、接收端先在信道最弱的天线上解调功率最强的数据流；

步骤4)、接收端在信道次弱的天线上将功率最强的数据流产生的干扰去除掉，然后解调功率次强的数据流；

步骤5)、接收端在信道第n弱的天线上将功率最强的n-1数据流产生的干扰去除掉，然后解调功率第n强的数据流；

步骤6)、接收端是否还有未解调数据流的天线，如果有，跳转到步骤5)；否者结束循环，输出最终结果。

进一步的，所述发送端包括1根发送天线，接收端包括3根基站天线，所述基站天线1的信道参数为h₁，基站天线2的信道参数为h₂，基站天线3的信道参数为h₃，假设基站天线1的信道比天线2的信道强，基站天线2的信道比基站天线3的信道强，即|h₁|²＞|h₂|²＞|h₃|²，基站分配功率P₁给数据流1，P₂给数据流2，P₃给数据流3，基站天线1上接收的信号为下述公式一：

基站天线2接收的信号为下述公式二，基站天线3上接收的信号为下述公式三：

其中，X₁(n)、X₂(n)和X₃(n)分别表示用户在第n个时刻上发送的数据流1、数据流2和数据流3中的符号；w₁(n)表示天线1上的加性白高斯噪声；w₂(n)表示天线2上的加性白高斯噪声，w₃(n)表示天线3上的加性白高斯噪声。

进一步的，步骤3)中，接收端先在信道最弱的天线上解调功率最强的数据流，信道最弱的天线为基站天线3，解调基站天线3接收到的数据符号X₁(n)，为如下述公式四：

进一步的，步骤4)中，接收端在信道次弱的天线上将功率最强的数据流产生的干扰去除掉，然后解调功率次强的数据流；次弱天线为基站天线2，基站天线2得到抵消干扰后的接收信号为如下述公式五：

其中表示经过硬判决或软判决之后得到的比特序列，然后重新生成的BPSK、QPSK或其它星座图符号；得到用户发送的数据流2中的数据符号，为如下述公式六：

进一步的，步骤6)中，利用步骤3)、步骤4)处理得出的和在基站天线1得到抵消干扰后的接收信号为如下公式七：

其中和表示重新生成的BPSK、QPSK或其它星座图符号；最后，得到用户发送的数据流1中的数据符号为：

本发明的有益效果：

1.本发明的方法能提高SIMO系统的传输速率；

2.本发明的方法用于单用户，所以与功率控制没有任何冲突，不增加基站在系统层面资源配置时的复杂度；

本方法对现有其他成熟的多址技术和移动通信标准影响不大，可以与5G的OFDMA简单地结合，收发两端只需增加简单的额外计算，不需要增加任何额外硬件设备。

本发明通过将NOMA的思想引入到SIMO系统中，本发明提出了一种多数据流的SIMO无线传输技术，应用于终端采用单天线的场景，比如mMTC。所提技术可以提高传输速率，降低系统配置的复杂度，并且与现有系统没有任何冲突，不增加任何硬件和设备，可以标准化。

附图说明

图1、多数据流SIMO原理图；

图2、本发明的数据结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要特别注意的是，在以下的描述中，由于对一些已知的技术和功能的详细描述可能会淡化本发明的内容，这些描述在这里将被忽略。

实施例1

考虑一个简单的单输入多输出(SIMO)系统，基站有3根天线，用户有1根天线，更多天线的SIMO系统以此类推。用户使用1根天线在相同的物理资源，比如时间，发送数据给基站。由于发送端只有1根天线，传统的SIMO系统只能发送一个数据流，也就是说用户在相同的物理资源上，比如一个时间片上，只能发送1个数据符号。

为了分析简单，假设发送信号经历的是平坦衰落(Flat fading)信道，基站天线1的信道参数为h1，天线2的信道参数为h2，天线3的信道参数为h3，且在数据传输期间保持不变。假设天线1的信道比天线2的信道强，天线2的信道比天线3的信道强，即|h₁|²＞|h₂|²＞|h₃|²，其中|·|表示取模操作。根据用户反馈的信道参数信息，基站分配功率P₁给数据符号流1，P₂给数据流2，P₃给数据流3，且P₁>P₂>P₃，如图1、图2所示。经过信道，基站天线1上接收的信号为：

其中，X₁(n)、X₂(n)和X₃(n)分别表示用户在第n个时刻上发送的数据流1、数据流2和数据流3中的符号，采用BPSK、QPSK或其它星座图调制；w₁(n)表示天线1上的加性白高斯噪声。同理，基站天线2上接收的信号如公式二，基站天线3上接收的信号如公式三：

其中，w₂(n)和w₃(n)表示天线2和3上的加性白高斯噪声。

由于天线3的信道条件最不好，可先解调其接收到的数据符号X₁(n)，即

在解调的过程中，由于数据符号X₂(n)和X₃(n)的发送功率较低，且又经过弱信道，所以已经衰减很大，可以将其看作是白高斯噪声处理。假设采用串行干扰抵消(SIC)技术，利用估计出的在基站天线2得到抵消干扰后的接收信号为：

其中表示经过硬判决或软判决之后得到的比特序列，然后重新生成的BPSK、QPSK或其它星座图符号。然后，得到用户发送的数据流2中的符号为：

在解调的过程中，由于数据符号X₃(n)的发送功率较低，且又经过次弱信道，所以已经衰减较大，可以将其看作是白高斯噪声处理。利用估计出的和在基站天线1得到抵消干扰后的接收信号为：

其中和表示重新生成的BPSK、QPSK或其它星座图符号。最后，得到用户发送的数据流1中的符号为：

这时，由于发送信号中已没有其它数据符号需要解调，不需要再进行SIC处理，可直接输出结果。如果发送信号还包括其它数据符号，则需要在其它天线上再进行SIC处理和解调。

根据以上描述，可以得到一种多数据流的SIMO无线传输方法的实现步骤如下：

步骤1)、发送端发送导频信号，接收端计算发送天线到每根接收天线之间的信道参数并将其反馈给发送端；

步骤6)、接收端是否还有未解调数据流的天线，如果有，跳转到步骤5)；否则结束循环，输出最终结果。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种多数据流的单输入多输出无线传输方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)发送端发送导频信号，接收端计算发送天线到每根接收天线之间的信道参数并将其反馈给发送端；

2)发送端根据信道的强弱给每个数据流分配不同的发送功率并合在一起发送；

3)接收端先在信道最弱的天线上解调功率最强的数据流；

4)接收端在信道次弱的天线上将功率最强的数据流产生的干扰去除掉，然后解调功率次强的数据流；

5)接收端在信道第n弱的天线上将功率最强的n-1数据流产生的干扰去除掉，然后解调功率第n强的数据流；

6)接收端是否还有未解调数据流的天线，如果有，跳转到步骤5)；如果否，结束循环，输出最终结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述发送端包括1根发送天线，接收端包括3根基站天线，所述基站天线1的信道参数为h₁，基站天线2的信道参数为h₂，基站天线3的信道参数为h₃，假设基站天线1的信道比天线2的信道强，基站天线2的信道比基站天线3的信道强，即|h₁|²＞|h₂|²＞|h₃|²，基站分配功率P₁给数据流1，P₂给数据流2，P₃给数据流3，基站天线1上接收的信号为下述公式一：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤3)中，接收端先在信道最弱的天线上解调功率最强的数据流，信道最弱的天线为基站天线3，解调基站天线3接收到的数据符号X₁(n)，为如下述公式四：

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤4)中，接收端在信道次弱的天线上将功率最强的数据流产生的干扰去除掉，然后解调功率次强的数据流；次弱天线为基站天线2，基站天线2得到抵消干扰后的接收信号为如下述公式五：

其中表示经过硬判决或软判决之后得到的比特序列，然后重新生成符号；得到用户发送的数据流2中的数据符号，为如下述公式六：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤6)中，利用步骤3)、步骤4)处理得出的和在基站天线1得到抵消干扰后的接收信号为如下公式七：

其中和表示重新生成符号；最后，得到用户发送的数据流1中的数据符号为：