CN110429960A - 一种非正交的多输入单输出无线传输方法 - Google Patents

一种非正交的多输入单输出无线传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非正交的多输入单输出无线传输方法，包括如下步骤：(1)发送端发送导频信号，接收端估计每根发送天线到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分配每根天线的发送功率，信道弱的天线分配低的发送功率，信道强的天线分配高的发送功率；(3)发送端在每根天线上以不同的发送功率发送不同的数据符号；(4)接收端解调接收信号中发送功率最强的数据符号，并在解调完成后，将其产生的干扰在接收信号中去除；(5)接收信号中是否还有未解调的数据符号，如果有，跳转到步骤(4)；否者结束循环，输出最终结果。本发明能够有效提高系统的传输速率，快速可靠、实现复杂度低。

Description

一种非正交的多输入单输出无线传输方法
技术领域
本发明涉及移动通信系统中的多天线技术领域，尤其是一种非正交的多输入单输出无线传输方法。
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。从系统标准来看，5G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，物联网中的终端也会大量采用单天线或少量天线。
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。所以，传统NOMA技术的频率利用率非常有限，与5G系统高速率、广覆盖、大容量、低时延、海量连接数的基本要求有一定距离。另外，传统多用户的非正交接入与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
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种非正交的多输入单输出无线传输方法，能够有效提高系统的传输速率，快速可靠、实现复杂度低。
为解决上述技术问题，本发明提供一种非正交的多输入单输出无线传输方法，包括如下步骤：
(1)发送端发送导频信号，接收端估计每根发送天线到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分配每根天线的发送功率，信道弱的天线分配低的发送功率，信道强的天线分配高的发送功率；
(3)发送端在每根天线上以不同的发送功率发送不同的数据符号；
(4)接收端解调接收信号中发送功率最强的数据符号，并在解调完成后，将其产生的干扰在接收信号中去除；
(5)接收信号中是否还有未解调的数据符号，如果有，跳转到步骤(4)；否者结束循环，输出最终结果。
优选的，步骤(1)中，发送端发送导频信号，接收端估计每根发送天线到接收天线之间的信道参数并将其反馈给发送端具体为：假设发送信号经历的是平坦衰落信道，天线1的信道参数为h1，天线2的信道参数为h2，且在数据传输期间保持不变；假设天线1的信道比天线2的信道弱，即|h1|2＜|h2|2，其中|·|表示取模操作。
优选的，步骤(2)和步骤(3)中，发送端根据信道的强弱分配每根天线的发送功率，信道弱的天线分配低的发送功率，信道强的天线分配高的发送功率，发送端在每根天线上以不同的发送功率发送不同的数据符号具体为：根据用户反馈的信道参数信息，基站分配功率P1给天线1，P2给天线2，且P1<P2，经过信道，用户接收信号为：
其中，X1(n)和X2(n)分别表示基站在第n个时刻在天线1和天线2上发送的数据符号，采用BPSK或QPSK调制；w(n)表示加性白高斯噪声。
优选的，步骤(4)中，接收端解调接收信号中发送功率最强的数据符号，并在解调完成后，将其产生的干扰在接收信号中去除具体为：由于天线2的发送功率高，可先解调其发送的数据符号，即
在解调的过程中，由于天线1的发送功率较低，且又经过弱信道，所以X1(n)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技术，利用估计出的天线2的数据，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，得到的比特序列重新生成的BPSK或QPSK符号；最后，得到天线1发送的数据符号为：
优选的，步骤(5)中，接收信号中是否还有未解调的数据符号，如果有，跳转到步骤(4)；否者结束循环，输出最终结果具体为：由于接收信号r(n)中已没有其它数据符号，不需要再进行SIC处理，可直接输出结果；如果接收信号还包括第3个数据符号，则需再进行一次SIC处理，在同时抵消掉X1(n)和X2(n)的干扰后，方可解调。
本发明的有益效果为：能提高MISO系统的传输速率；适用于单用户，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；与5G的OFDMA简单地结合，发送端只需增加简单的额外计算，接收端不需要增加任何额外处理。
附图说明
图1为本发明的非正交MISO原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种非正交的多输入单输出无线传输方法，包括如下步骤：
(1)发送端发送导频信号，接收端估计每根发送天线到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分配每根天线的发送功率，信道弱的天线分配低的发送功率，信道强的天线分配高的发送功率；
(3)发送端在每根天线上以不同的发送功率发送不同的数据符号；
(4)接收端解调接收信号中发送功率最强的数据符号，并在解调完成后，将其产生的干扰在接收信号中去除；
(5)接收信号中是否还有未解调的数据符号，如果有，跳转到步骤(4)；否者结束循环，输出最终结果。
考虑一个简单的多输入单输出(MISO)系统，基站有2根天线，用户有1根天线，更多天线的MISO系统以此类推。基站的2根天线使用相同的物理资源，比如时间，同时发送数据给用户。由于接收端只有1根天线，传统的MISO系统只能发送一个数据流，也就是说基站的2根天线发送的必须是相同的符号。
为了分析简单，假设发送信号经历的是平坦衰落(Flat fading)信道，天线1的信道参数为h1，天线2的信道参数为h2，且在数据传输期间保持不变。假设天线1的信道比天线2的信道弱，即|h1|2＜|h2|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给天线1，P2给天线2，且P1<P2，如图1所示。经过信道，用户接收信号为：
其中，X1(n)和X2(n)分别表示基站在第n个时刻在天线1和天线2上发送的数据符号，采用BPSK或QPSK调制；w(n)表示加性白高斯噪声。
由于天线2的发送功率高，可先解调其发送的数据符号，即
在解调的过程中，由于天线1的发送功率较低，且又经过弱信道，所以X1(n)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，利用估计出的天线2的数据，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，得到的比特序列重新生成的BPSK或QPSK符号。最后，得到天线1发送的数据符号为：
这时，由于接收信号r(n)中已没有其它数据符号，不需要再进行SIC处理，可直接输出结果。如果接收信号还包括第3个数据符号，则需再进行一次SIC处理，在同时抵消掉X1(n)和X2(n)的干扰后，方可解调。
本发明应用于终端采用单天线或少量天线的场景，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，不增加任何设备，可以标准化。

Claims (5)

1.一种非正交的多输入单输出无线传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)发送端发送导频信号，接收端估计每根发送天线到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分配每根天线的发送功率，信道弱的天线分配低的发送功率，信道强的天线分配高的发送功率；
(3)发送端在每根天线上以不同的发送功率发送不同的数据符号；
(4)接收端解调接收信号中发送功率最强的数据符号，并在解调完成后，将其产生的干扰在接收信号中去除；
(5)接收信号中是否还有未解调的数据符号，如果有，跳转到步骤(4)；否者结束循环，输出最终结果。
2.如权利要求1所述的非正交的多输入单输出无线传输方法，其特征在于，步骤(1)中，发送端发送导频信号，接收端估计每根发送天线到接收天线之间的信道参数并将其反馈给发送端具体为：假设发送信号经历的是平坦衰落信道，天线1的信道参数为h1，天线2的信道参数为h2，且在数据传输期间保持不变；假设天线1的信道比天线2的信道弱，即|h1|2＜|h2|2，其中|·|表示取模操作。
3.如权利要求1所述的非正交的多输入单输出无线传输方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)中，发送端根据信道的强弱分配每根天线的发送功率，信道弱的天线分配低的发送功率，信道强的天线分配高的发送功率，发送端在每根天线上以不同的发送功率发送不同的数据符号具体为：根据用户反馈的信道参数信息，基站分配功率P1给天线1，P2给天线2，且P1<P2，经过信道，用户接收信号为：
其中，X1(n)和X2(n)分别表示基站在第n个时刻在天线1和天线2上发送的数据符号，采用BPSK或QPSK调制；w(n)表示加性白高斯噪声。
4.如权利要求1所述的非正交的多输入单输出无线传输方法，其特征在于，步骤(4)中，接收端解调接收信号中发送功率最强的数据符号，并在解调完成后，将其产生的干扰在接收信号中去除具体为：由于天线2的发送功率高，可先解调其发送的数据符号，即
在解调的过程中，由于天线1的发送功率较低，且又经过弱信道，所以X1(n)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技术，利用估计出的天线2的数据，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，得到的比特序列重新生成的BPSK或QPSK符号；最后，得到天线1发送的数据符号为：
5.如权利要求1所述的非正交的多输入单输出无线传输方法，其特征在于，步骤(5)中，接收信号中是否还有未解调的数据符号，如果有，跳转到步骤(4)；否者结束循环，输出最终结果具体为：由于接收信号r(n)中已没有其它数据符号，不需要再进行SIC处理，可直接输出结果；如果接收信号还包括第3个数据符号，则需再进行一次SIC处理，在同时抵消掉X1(n)和X2(n)的干扰后，方可解调。
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