CN114245348A - 基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法及装置 - Google Patents

基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法及装置。该方法包括：确定无蜂窝网络架构系统模型中用户端对应的提供服务的无线接入点；基于每个无线接入点所对应的服务用户端集合的业务需求类型，对无线接入点的待发送信号进行差异化处理确定发送信号方式；基于功率分配规则，对待发送信号进行功率分配确定功率分配信息；基于下行链路信道的信道状态信息进行预编码处理确定预编码信息；基于功率分配信息和预编码信息，采用叠加编码策略将不同发送信号方式下的待发送信号编码到同一时频资源块上并通过不同发射功率进行叠加传输。本发明提供的方法，能够通过联合信号处理来获取额外的信号处理增益，提升了系统性能。

Description

基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法及装置
技术领域
本发明涉及大数据分析技术领域，具体涉及一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法及装置。另外，还涉及一种电子设备及处理器可读存储介质。
背景技术
近年来，无线通信技术快速发展，随着业务类型的不断多样化，不同的业务类型对网络具有不同的需求。通常运营商需要为用户端集合提供各自需求的服务，比如语音通信服务等单播模式。同时运营商又需要提供共同需求的多播业务，比如通用信令或视频广播业务等多播模式，这就使得需要能够同时支持单播业务和多播业务的传输策略，无缝的针对多种不同的业务需求提供不同的服务，因此对多种业务的联合传输进行研究成为当前关注的重点。
现有技术中，在蜂窝网络的传输架构下，通常采用多点协作的联合信号处理方式，但是该信号的联合处理只能解决小区内干扰的问题，小区间的信号干扰仍然存在，导致信号干扰增大，增大了用户接收信息的误码率。而通过回程链路在中央处理单元共享所有要传输的数据包括广播信息、组播信息和单播信息，导致该种方式中回程链路需要承载的数据量极大，在回程容量受限的情况下，将不能保证数据的顺利传输。同时，由于上述方案并未改变底层的蜂窝网络架构基础，在实际传输中这些技术的技能提升往往有限，难以大规模应用。因此，如何设计一种多业务联合传输方案以实现减少小区间的干扰和边缘效应、降低回程容量的消耗，提升系统的增益成为亟待解决的难题。
发明内容
为此，本发明提供一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法及装置，以解决现有技术中存在的多业务联合传输方案局限性较高，导致系统性能较差的缺陷。
第一方面，本发明提供一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法，包括：
确定无蜂窝网络架构系统模型中用户端对应的无线接入点；
基于所述无线接入点处服务用户端集合的业务需求类型，对所述无线接入点的待发送信号进行差异化处理确定相应的发送信号方式；
基于预设的功率分配规则，对所述无线接入点的待发送信号进行功率分配确定相应的功率分配信息；
基于所述无线接入点与所述用户端之间下行链路信道的信道状态信息进行预编码处理确定相应的预编码信息；
基于所述功率分配信息和所述预编码信息，采用叠加编码策略将不同发送信号方式下的待发送信号编码到同一时频资源块上并通过不同的发射功率进行叠加传输。
进一步的，所述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法，还包括：
在所述无蜂窝网络架构系统模型下，确定基于所述无线接入点与所述用户端之间上行链路信道的信道状态信息；
基于所述上行链路信道的信道状态信息和信道互易性原则，确定下行链路信道的信道状态信息。
进一步的，基于所述无线接入点处服务用户端集合的业务需求类型，对所述无线接入点的待发送信号进行差异化处理确定相应的发送信号方式，具体包括：若所述无线接入点服务用户端集合的业务需求为组播业务，则对所述无线接入点的全阶组播信息进行处理，确定相应的发送信号方式为组播发送；和/或，若所述无线接入点服务用户端集合的业务需求为广播业务，则对所述无线接入点的广播信息进行处理，确定相应的发送信号方式为广播发送；和/或，若所述无线接入点服务用户端集合的业务需求为单播业务，则对所述无线接入点的单播信息进行处理，确定相应的发送信号方式为单播发送。
进一步的，所述预编码信息，具体包括：所述单播信息的预编码向量、所述全阶组播信息的预编码向量以及所述广播信息的预编码向量。
进一步的，所述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法，还包括：基于预设的无线接入点选择及功率分配联合优化策略，以最大化所述无蜂窝网络架构系统模型总和信号传输速率为目标，以所述无线接入点和所述用户端之间的匹配因子矩阵和功率分配矩阵为优化变量，联合进行无线接入点的选择和发射功率的分配，确定优化后的功率分配矩阵和无线接入点服务矩阵。
第二方面，本发明还提供一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法，包括：
获取无蜂窝网络架构系统模型中无线接入点传输的发送信号；
基于预设的连续干扰删除规则，按照所述发送信号发射功率的大小进行译码，并对译码后的业务信息进行整合，得到目标信号。
第三方面，本发明还提供一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置，包括：
服务关系确定单元，用于确定无蜂窝网络架构系统模型中用户端对应的无线接入点；
发送信号方式确定单元，用于基于所述无线接入点处服务用户端集合的业务需求类型，对所述无线接入点的待发送信号进行差异化处理确定相应的发送信号方式；
功率分配单元，用于基于预设的功率分配规则，对所述无线接入点的待发送信号进行功率分配确定相应的功率分配信息；
预编码单元，用于基于所述无线接入点与所述用户端之间下行链路信道的信道状态信息进行预编码处理确定相应的预编码信息；
叠加编码单元，用于基于所述功率分配信息和所述预编码信息，采用叠加编码策略将不同发送信号方式下的待发送信号编码到同一时频资源块上并通过不同的发射功率进行叠加传输。
进一步的，所述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置，还包括：
上行信道信息确定单元，用于在所述无蜂窝网络架构系统模型下，确定基于所述无线接入点与所述用户端之间上行链路信道的信道状态信息；
下行信道状态信息确定单元，用于基于所述上行链路信道的信道状态信息和信道互易性原则，确定下行链路信道的信道状态信息。
进一步的，所述发送信号方式确定单元，具体用于：若所述无线接入点服务用户端集合的业务需求为组播业务，则对所述无线接入点的全阶组播信息进行处理，确定相应的发送信号方式为组播发送；和/或，若所述无线接入点服务用户端集合的业务需求为广播业务，则对所述无线接入点的广播信息进行处理，确定相应的发送信号方式为广播发送；和/或，若所述无线接入点服务用户端集合的业务需求为单播业务，则对所述无线接入点的单播信息进行处理，确定相应的发送信号方式为单播发送。
进一步的，所述预编码信息，具体包括：所述单播信息的预编码向量、所述全阶组播信息的预编码向量以及所述广播信息的预编码向量。
进一步的，所述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置，还包括：联合优化单元，用于基于预设的无线接入点选择及功率分配联合优化策略，以最大化所述无蜂窝网络架构系统模型总和信号传输速率为目标，以所述无线接入点和所述用户端之间的匹配因子矩阵和功率分配矩阵为优化变量，联合进行无线接入点的选择和发射功率的分配，确定优化后的功率分配矩阵和无线接入点服务矩阵。
第四方面，本发明还提供一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置，包括：
信号获取单元，用于获取无蜂窝网络架构系统模型中无线接入点传输的发送信号；
信号译码单元，用于基于预设的连续干扰删除规则，按照所述发送信号发射功率的大小进行译码，并对译码后的业务信息进行整合，得到目标信号。
第五方面，本发明还提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述程序时实现如上述任意一项所述基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法的步骤。
第六方面，本发明还提供一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法的步骤。
本发明提供的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法，能够提高边缘用户的性能，减少了因小区间干扰而造成的损耗，同时可以通过联合的信号处理来获取额外的信号处理增益，保证了整个系统的总的系统性能和吞吐量，提升了整个系统的频谱效率，在减少回程链路开销的同时，具有较低的实现复杂度，并且能完成更大区域的覆盖。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法的流程示意图之一；
图2是本发明实施例提供的无蜂窝网络结构系统模型的示意图；
图3是本发明实施例提供的多业务信息叠加传输示意图；
图4是本发明实施例提供的三种发送信号方式的示意图；
图5是本发明实施例中本发明的收发端模型示意图；
图6是本发明实施例中，针对AP为6，用户为4的具体场景示例，所给出的关联关系及发送信号形式示意图；；
图7是本发明实施例提供的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置的结构示意图之一；
图8是本发明实施例提供的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法的流程示意图之二；
图9是本发明实施例提供的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置的结构示意图之二；
图10是本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面基于本发明所述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法，对其实施例进行详细描述。如图1所示，其为本发明实施例提供的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法的流程示意图之一，具体实现过程包括以下步骤：
步骤101：确定无蜂窝网络架构系统模型中用户端所对应的提供服务的无线接入点。
在本发明实施例中，所述无蜂窝网络架构系统模型是一种基于大规模MIMO(multiple-in multipleout，多进多出)技术和分布式天线技术的新型网络架构模型，即Cell Free Massive MIMO(无蜂窝大规模MIMO)。在该无蜂窝网络架构系统模型下，通过大量随机密集部署的无线接入点(AP，Access Point)在同一时频资块下为数量少得多的移动站(MSs)提供服务，而不是少量带有大规模天线阵列的基站来提供服务，所以在服务区内不存在小区的概念，因此也就不存在小区间干扰和跨区切换的问题，所有服务区可以作为一个整体。基于该无蜂窝网络架构系统模型能够大大提高边缘用户的性能，减少了因小区间干扰而造成的损耗，同时各个无线接入点可以通过前传链路(front-haul)与中央处理器(Centtral Processing Unit，CPU)相连，从而可以通过联合的信号处理来获取额外的信号处理增益。如图2所示，其为本发明实施例使用的无蜂窝网络架构系统模型。在无蜂窝网络中有一个中央处理器，来协调各个无线接入点，每个无线接入点都通过前馈网络连接到中央处理器上，每个无线接入点仅基于从其自身到所有用户端的信道估计来执行预编码。这些下行链路信道可以基于用户发送的上行导频信号来进行估计，从而利用时分双工系统的信道互易性，来进行下行链路信道的估计。其中，所述无线接入点是指无线AP(AccessPoint)，无线AP是一个无线网络的接入点，既用于实现无线设备(手机等移动设备及笔记本电脑等无线设备)用户进入有线网络的接入点，能够用于宽带家庭、大楼内部、校园内部、园区内部以及仓库、工厂等。
在本步骤中，根据以用户端为中心的原则，根据信道状况或者是预设选择策略来进行无线接入点的选择，并确定无线接入点和用户端之间的关联关系。
步骤102：基于所述无线接入点处服务用户端集合的业务需求类型，对所述无线接入点的待发送信号进行差异化处理确定相应的发送信号方式。
在本发明实施例中，可以无线接入点为中心，针对每个无线接入点的服务用户端集合，生成每个无线接入处相应的发送信号方式，比如广播发送、组播发送以及单播发送，具体如图4所示。在具体实施过程中，若所述无线接入点服务用户端集合的业务需求为组播业务，则对所述无线接入点的全阶组播信息进行处理，确定相应的发送信号方式为组播发送；和/或，若所述无线接入点服务用户端集合的业务需求为广播业务，则对所述无线接入点的广播信息进行处理，确定相应的发送信号方式为广播发送；和/或，若所述无线接入点服务用户端集合的业务需求为单播业务，则对所述无线接入点的单播信息进行处理，确定相应的发送信号方式为单播发送。
步骤103：基于预设的功率分配规则，对所述无线接入点的待发送信号进行功率分配确定相应的功率分配信息。
在本发明实施例中，可以系统信号发射速率最大化为优化目标，基于预设的功率分配规则，对无线接入点的各个待发送信号的功率分配，确定相应的功率分配信息。
步骤104：基于所述无线接入点与所述用户端之间下行链路信道的信道状态信息进行预编码处理确定相应的预编码信息。
在执行本步骤之前，需要预先在所述无蜂窝网络架构系统模型下，通过上行链路信道估计，确定基于所述无线接入点与所述用户端之间上行链路信道的信道状态信息(CSI，Channel State Information)；基于所述上行链路信道的信道状态信息和信道互易性原则，确定下行链路信道的信道状态信息。在本步骤中，可基于所述无线接入点与所述用户端之间下行链路信道的信道状态信息进行预编码确定相应的预编码信息。所述预编码信息包括所述单播信息的预编码向量、所述全阶组播信息的预编码向量以及所述广播信息的预编码向量等。
步骤105：基于所述功率分配信息和所述预编码信息，采用叠加编码策略将不同发送信号方式下的待发送信号编码到同一时频资源块上并通过不同的发射功率进行叠加传输。
在本发明实施例中，确定功率分配信息和预编码信息后，针对广播信息、组播信息以及单播信息，可基于所述功率分配信息和所述预编码信息，采用叠加编码策略在各个无线接入点处进行调制编码和预编码处理，将不同发送信号方式下的待发送信号编码到同一时频资源块上并通过不同的发射功率进行叠加传输。
下面通过具体实例对本发明实施例中，所提的无蜂窝网络架构系统模型中的多业务联合传输方案及系统模型进行详细介绍，其收发端的模型图如图5所示。假设该无蜂窝网络架构系统模型中共有K个单天线的用户端，且用户端集合为
Figure BDA0003413625370000091
AP数为M且每个AP配备有Nt根发射天线，AP端集合为
Figure BDA0003413625370000092
则本发明所提的多业务联合传输方案的系统收发模型如下：
首先，以用户端为中心，根据信道增益，并按照预设的选取策略选取每个用户端对应的无线接入点；令
Figure BDA0003413625370000098
表示所有无线接入点的集合。
Figure BDA0003413625370000093
其中每一项表示每个用户端选择的无线接入点集合；同时定义每个无线接入点处可服务用户集合
Figure BDA0003413625370000094
每一项
Figure BDA0003413625370000095
存放要分配给该无线接入点的服务用户集合。然后定义最终资源分配集合
Figure BDA0003413625370000096
每一项
Figure BDA0003413625370000097
表示每个无线接入点上的发射信号，存放要分配给该资源块上的的业务信息集合，在每个无线接入点处考虑单层RSMA(Rate-Splitting Multiple Access，速率分拆多址接入)的情况，即只考虑全阶组播信息和单播信息，则每一个无线接入点处的资源信号集合为：
Figure BDA0003413625370000101
保证一定会发送系统内全部用户的广播信息，和该无线接入点服务用户端集合的全阶组播信息以及各服务用户端的单播信息。
Figure BDA0003413625370000102
表示用户端和无线接入点之间的匹配关系矩阵，其中dm,k＝1表示第m个无线接入点和第k个用户端之间存在服务关系，若为dm,k＝0则表示该无线接入点和第k个用户端不存在服务关系，则每个AP处的发送信号方式为：
Figure BDA0003413625370000103
其中，
Figure BDA0003413625370000104
分别为AP m处针对单播信息、全阶组播信息、广播信息的预编码向量，其中针对单播信息可采用MRT(Maximum Ratio Transmission)预编码，而针对全阶组播信息和广播信息采用随机预编码；
Figure BDA0003413625370000105
为AP m处分配给用户k的私有信号的功率，
Figure BDA0003413625370000106
为分配给AP m处分配给全阶组播信号的功率，
Figure BDA0003413625370000107
代表AP m处分给广播信号的功率。在每个无线接入点处发送系统内所有用户端的广播信息和本无线接入点服务用户集合的全阶组播和单播信息。在无蜂窝网络架构系统模块下，每个用户端可以接收到来自所有无线接入点的发送信号，另外，
Figure BDA0003413625370000108
代表AP m和用户k之间的信道信息，
Figure BDA0003413625370000109
为AP m处的下行发送信号并已在上述的公式中给出，则第k个用户端处的接收信号为：
Figure BDA00034136253700001010
Figure BDA0003413625370000111
其中，预编码信息可采用MRT(Maximum Ratio Transmission)预编码得到。在上述接收信号公式中，①表示来自各个无线接入点的广播信息，②表示来自服务无线接入点处的，k在内的组内全阶组播信息，k接收端将其作为有用信息进行解码，③表示来自服务无线接入点处的，所提供的目标私有信号，④表示来自非服务无线接入点的组内全阶组播信息干扰，⑤表示来自各个无线接入点的非目标信号的私有信息干扰。⑥
Figure BDA0003413625370000112
是用户k处接收的加性高斯白噪声。
在用户端，每个用户需要基于SIC连续干扰删除来解码含有自身信息的目标数据流，假设解码过程从高阶流开始，直到1阶单播，即从K阶流开始解码，逐步降到1阶流。除了K阶和1阶流外，每个用户需要解码多个l阶流。假设πl表示一种解码l阶数据流sl的顺序。基于解码顺序πl在用户k处解码的l阶流向量为：
Figure BDA0003413625370000113
假设若i＜j，
Figure BDA0003413625370000114
在
Figure BDA0003413625370000115
之前解码。
第k个用户处解码广播信息的信干噪比(Signal to Interference plus NoiseRadio，SINR)表示为：
Figure BDA0003413625370000116
第m个AP处的全阶组播信息，在服务的AP k处解码的信干噪比为：
Figure BDA0003413625370000121
其中，①代表比其低阶的组内广播信息，解码顺序在其之后，②代表同阶的组播信号，但是在其之后被解码，③代表所有的私有信号，都会作为此刻解码信息的干扰。
第k个用户处，解码自身有用信号sk的信干噪比为：
Figure BDA0003413625370000122
为确保两个以上用户共享的流能够被所有目标用户成功解码，针对广播信息需确保所有的接收端都可以被正确解码，需要满足：
Figure BDA0003413625370000123
针对组内全阶组播信息，为保证所有的服务用户都可以正确解码，需要满足：
Figure BDA0003413625370000124
可得系统总的和速率为：
Figure BDA0003413625370000125
如图6所示，将以6AP，4用户为例，对所提的cell-free架构下的多业务联合传输方案进行一个具体示例场景的介绍：假设准备发送给个用户的信息为s1、s2、s3、s4。每个用户根据信道质量选择最好的三个AP为其提供服务，根据信道增益最大的原则假设AP1、AP2、AP3为用户1服务，AP2、AP3、AP4为用户2服务，AP3、AP4、AP5为用户3服务，AP4、AP5、AP6为用户4服务，则每个AP处的发送信号为：
Figure BDA0003413625370000131
在各个AP处对编码的数据流进行预编码并叠加以形成发送信号。在接收端，每个用户使用SIC解码包含其预期子消息的流，假设译码顺序为从高阶到低阶，且假设所有用户的3阶流的解码顺序为π3＝123→124→134→234，所有用户的2阶流的解码顺序为π2＝12→13→14→23→24→34，从而在每个接收端确定整个SIC的个过程。以接收端1为例，其接收信号为：
Figure BDA0003413625370000132
其中I是代表不会被解码的干扰信号，即s234、s34、s2、s3、s4
Figure BDA0003413625370000133
在本发明实施例中，下面提供一种以系统信号发射速率最大化为优化目标，基于预设的功率分配规则，对无线接入点的各个待发送信号的功率分配确定相应的功率分配信息对应的具体实现方式。简而言之，进行功率优化的求解，其可采用以下方法，具体实现过程包括：
可通过通分等运算将非凸的目标函数转化为两个凸函数相减形式的凸差(Difference of Convex，DC)规划问题，之后通过在可微点作一阶泰勒展开，将初始优化问题转化为凸问题，最后使用CVX工具箱对凸问题求解，具体的功率分配方式介绍如下：
优化目标函数为非凸函数，可通过通分等运算将目标函数转化为两个凸函数相减形式的凸差(Difference of Convex，DC)规划问题，之后通过在可微点作一阶泰勒展开，将初始优化问题转化为凸问题，运算操作转换示例如下：
Figure BDA0003413625370000141
将私有信号速率的公式带入优化目标函数中，因为广播信息和组内全阶组播信息，为保证正确解码，存在最小值的问题，因此在下面的功率优化公式中，引入辅助变量
Figure BDA0003413625370000142
并将其约束转化到约束条件中，优化目标函数可转化为如下：
Figure BDA0003413625370000143
Figure BDA0003413625370000144
Figure BDA0003413625370000145
Figure BDA0003413625370000146
Figure BDA0003413625370000147
Figure BDA0003413625370000148
Figure BDA0003413625370000149
其中，
Figure BDA00034136253700001410
如之前系统模型中所给出的公式所述。凸差规划问题进行求解，转化后的函数如式所示：
Figure BDA0003413625370000151
Figure BDA0003413625370000152
Figure BDA0003413625370000153
Figure BDA0003413625370000154
Figure BDA0003413625370000155
Figure BDA0003413625370000156
Figure BDA0003413625370000157
凸差规划问题直接求解十分困难，因此接下来对问题进行转化求解。首先令
Figure BDA0003413625370000158
对此函数在可微点
Figure BDA0003413625370000159
做一阶泰勒展开，得到：
Figure BDA00034136253700001510
Figure BDA00034136253700001511
Figure BDA00034136253700001512
Figure BDA00034136253700001513
Figure BDA00034136253700001514
根据一阶泰勒展开的公式：f(x)＝f(x0)+f'(x0)(x-x0)，对函数进行展开如下：
Figure BDA0003413625370000161
此时，优化目标函数变为：
Figure BDA0003413625370000162
提取其中的常数项，可将优化问题整理得到式：
Figure BDA0003413625370000171
Figure BDA0003413625370000172
Figure BDA0003413625370000173
Figure BDA0003413625370000174
Figure BDA0003413625370000175
Figure BDA0003413625370000176
Figure BDA0003413625370000177
其中，
Figure BDA0003413625370000178
如之前系统模型中所给出的公式所述。观察上式可知，此优化目标是凸的，而约束条件是非凸的，将C1和C2的约束条件，按照之前所讲的方法，进行凸差规划和一阶泰勒展开近似，将其转化为凸函数，并代入预设工具箱进行凸优化的求解，最终得到使系统和速率最大的功率分配优化方案，该使系统和速率最大的功率分配优化方案包含各个无线接入点处待发送信号对应的功率分配信息。
另外，在本发明实施例中，还包括基于预设的无线接入点选择及功率分配联合优化策略，以最大化所述无蜂窝网络架构系统模型总和信号传输速率为目标，以所述无线接入点和所述用户端之间的匹配因子矩阵和功率分配矩阵为优化变量，联合进行无线接入点的选择和发射功率的分配，确定优化后的功率分配矩阵和无线接入点服务矩阵。
下面提供一种基于预设的无线接入点选择及功率分配联合优化策略，以最大化所述无蜂窝网络架构系统模型总和信号传输速率为目标，以所述无线接入点和所述用户端之间的匹配因子矩阵和功率分配矩阵为优化变量，联合进行无线接入点的选择和发射功率的分配，确定优化后的功率分配矩阵和无线接入点服务矩阵对应的实现方案，具体包括如下内容：
本发明拟以最大化系统总的和速率为目标，以用户匹配因子矩阵和功率分配信息为变量。其中，P＝[P1；…；PM]表示不同无线接入点上分配的功率；
Figure BDA0003413625370000181
表示用户端和无线接入点之间的匹配因子，dm,k＝1代表第m个无线接入点和第k个用户端之间存在连接关系。
Figure BDA0003413625370000182
表示无线接入点上各个信息流分配的功率，针对不在服务范围内的用户，无线接入点将给该用户的目标信号分配的功率为0，即
Figure BDA0003413625370000183
此时基于速率分拆的Cell-Free架构下的优化问题模型可以表述如下，根据之前对系统模型的分析，以系统总的和速率为优化目标，优化问题如下：
Figure BDA0003413625370000184
Figure BDA0003413625370000185
Figure BDA0003413625370000186
Figure BDA0003413625370000187
Figure BDA0003413625370000188
Figure BDA0003413625370000189
为了保证公共信息的正确解码，存在一个最小值的问题，因此本发明引入辅助变量
Figure BDA00034136253700001810
将上述优化问题转变如下：
Figure BDA0003413625370000191
Figure BDA0003413625370000192
Figure BDA0003413625370000193
Figure BDA0003413625370000194
Figure BDA0003413625370000195
Figure BDA0003413625370000196
Figure BDA0003413625370000197
Figure BDA0003413625370000198
在上述优化问题中，约束条件C1和C2是为了解决最大最小值问题引入的辅助变量约束；约束条件C3表示各个无线接入点上的各个发射信号的总的功率之和为系统总功率Ptot；约束条件C4、C5、C6表示各个发送信号的发射功率为非负值；约束条件C7表示，dk,m是一个布尔值变量，取值为0或1，1表示第m个AP会为第k个用户提供服务，0则代表不存在服务关系。当D确定后，有关P的优化问题求解可采用之前介绍的功率分配求解方案：将非凸的目标函数转化为DC规划问题，并通过一阶泰勒展开进行替换最终转换为凸问题，并通过预设工具箱用内点法进行求解。
通过提供上述联合分配的优化方式，联合进行AP的选择和功率的分配。以使得系统达到更高的性能增益，具体的联合优化方案步骤表示如下：初始化D为全连接，即每个AP都为所有的用户进行服务，不带AP的选择功能；D带入优化式子，此刻服务关系矩阵已是确定值，根据之前所介绍的功率分配求解方案，即根据一阶泰勒展开和引入辅助变量的方法，来对优化问题针对P进行凸优化求解，求得此时的最佳P功率分配；进行迭代，拿本次生成的P中的私有信号分配来优化系统的无线接入点选择，根据判断在某AP处对私有信号分配的功率小于设定的最小阈值的话，则该AP不为该用户提供服务，相关dk,m置为0，重新生成D服务连接关系矩阵，并重复步骤2；直到整个系统的和速率收敛，则为最终的优化值。整体的算法流程如下。
在本发明实施例中，联合资源分配算法：
输入：每个AP和用户之间信道矩阵H、信道增益矩阵G、K个用户、M个AP、系统总功率Ptot、Pmin为不提供服务的功率最小阈值；
输出：功率分配矩阵
Figure BDA0003413625370000201
D服务关系矩阵。
1：初始化D为全1矩阵，即全连接初始化迭代变量i＝1；2：repeat；3：do；4：根据优化目标，带入此时的D分配矩阵，按照算法进行求解功率分配向量P；5：根据功率分配向量中对私有信号的分配，如果
Figure BDA0003413625370000202
则将相关服务关系置零，即D(m,k)＝0；6：
Figure BDA0003413625370000203
需要说明的是，本发明实施例中所有公式使用的相同参数所表示的物理含义相同，具体可参考上下文出现的解释，在此不再一一赘述。
在本发明实施例中，在无蜂窝网络架构系统模型下，本发明基于混合多业务传输的应用场景，根据系统状况和信道情况为每个用户端进行无线接入点的选择，同时在不同的无线接入点发射端进行差异化的处理，生成相应的广播信息、组播信息和单播信息，各个无线接入点可以通过前传链路(front-haul)与中央处理器(Centtral Processing Unit，CPU)相连，通过联合的信号处理来获取额外的信号处理增益。如图4所示，根据信息的性质不同，信息的处理方式不同。在无线接入点发射端，采用叠加编码策略在同一时频上传输信息，并通过不同的发射功率进行发送。
采用本发明实施例所述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法，能够提高边缘用户的性能，减少了因小区间干扰而造成的损耗，同时可以通过联合的信号处理来获取额外的信号处理增益，保证了整个系统的总的系统性能和吞吐量，提升了整个系统的频谱效率，在减少回程链路开销的同时，具有较低的实现复杂度，并且能完成更大区域的覆盖。
与上述提供的一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法相对应，本发明还提供一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置。由于该装置的实施例相似于上述方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置的实施例仅是示意性的。请参考图7所示，其为本发明实施例提供的一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置的结构示意图之一。
本发明所述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置，具体包括如下部分：
服务关系确定单元701，用于确定无蜂窝网络架构系统模型中用户端对应的无线接入点；
发送信号方式确定单元702，用于基于所述无线接入点处服务用户端集合的业务需求类型，对所述无线接入点的待发送信号进行差异化处理确定相应的发送信号方式；
功率分配单元703，用于基于预设的功率分配规则，对所述无线接入点的待发送信号进行功率分配确定相应的功率分配信息；
预编码单元704，用于基于所述无线接入点与所述用户端之间下行链路信道的信道状态信息进行预编码处理确定相应的预编码信息；
叠加编码单元705，用于基于所述功率分配信息和所述预编码信息，采用叠加编码策略将不同发送信号方式下的待发送信号编码到同一时频资源块上并通过不同的发射功率进行叠加传输。
进一步的，所述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置，还包括：上行信道信息确定单元，用于在所述无蜂窝网络架构系统模型下，确定基于所述无线接入点与所述用户端之间上行链路信道的信道状态信息；下行信道状态信息确定单元，用于基于上行链路信道的信道状态信息和信道互易性原则，确定下行链路信道的信道状态信息。
进一步的，所述发送信号方式确定单元，具体用于：若所述无线接入点服务用户端集合的业务需求为组播业务，则对所述无线接入点的全阶组播信息进行处理，确定相应的发送信号方式为组播发送；和/或，若所述无线接入点服务用户端集合的业务需求为广播业务，则对所述无线接入点的广播信息进行处理，确定相应的发送信号方式为广播发送；和/或，若所述无线接入点服务用户端集合的业务需求为单播业务，则对所述无线接入点的单播信息进行处理，确定相应的发送信号方式为单播发送。所述预编码信息，具体包括：所述单播信息的预编码向量、所述全阶组播信息的预编码向量以及所述广播信息的预编码向量。
进一步的，所述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置，还包括：联合优化单元，用于基于预设的无线接入点选择及功率分配联合优化策略，以最大化所述无蜂窝网络架构系统模型总和信号传输速率为目标，以所述无线接入点和所述用户端之间的匹配因子矩阵和功率分配矩阵为优化变量，联合进行无线接入点的选择和发射功率的分配，确定优化后的功率分配矩阵和无线接入点服务矩阵。
采用本发明实施例所述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置，能够提高边缘用户的性能，减少了因小区间干扰而造成的损耗，同时可以通过联合的信号处理来获取额外的信号处理增益，保证了整个系统的总的系统性能和吞吐量，提升了整个系统的频谱效率，在减少回程链路开销的同时，具有较低的实现复杂度，并且能完成更大区域的覆盖。
与上述提供的一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法和装置相对应，本发明还提供另一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法和装置。由于该用户端的方法和装置的实施例相似于上述无线接入点的方法和装置实施例，所以描述得比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的用户端的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法和装置的实施例仅是示意性的。如图8所示，其为本发明实施例提供的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法的流程示意图之二，具体实现过程包括以下步骤：
步骤801：获取无蜂窝网络架构系统模型中无线接入点传输的发送信号。
步骤802：基于预设的连续干扰删除规则，按照所述发送信号发射功率的大小进行译码，并对译码后的业务信息进行整合，得到目标信号。
具体的，在用户接收端获取无蜂窝网络架构系统模型中无线接入点传输的发送信号，基于预设的连续干扰删除规则，按照所述发送信号发射功率的大小进行译码，并对译码后的业务信息进行整合，得到目标信号。
请参考图9所示，其为本发明实施例提供的一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置的结构示意图之二。
本发明所述的用户端的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置，具体包括如下部分：
信号获取单元901，用于获取无蜂窝网络架构系统模型中无线接入点传输的发送信号；
信号译码单元902，用于基于预设的连续干扰删除规则，按照所述发送信号发射功率的大小进行译码，并对译码后的业务信息进行整合，得到目标信号。
需要说明的是，本发明实施例中所有公式使用的相同参数所表示的物理含义相同，具体可参考上下文出现的解释，在此不再一一赘述。
采用本发明实施例所述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法和装置，能够改善边缘用户的性能，有效提升了针对叠加发送信号的译码效率和准确性，提高了用户的使用体验。
与上述提供的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法相对应，本发明还提供一种电子设备。由于该电子设备的实施例相似于上述方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的电子设备仅是示意性的。如图10所示，其为本发明实施例公开的一种电子设备的实体结构示意图。该电子设备可以包括：处理器(processor)1001、存储器(memory)1002和通信总线1003，其中，处理器1001，存储器1002通过通信总线1003完成相互间的通信，通过通信接口1004与外部进行通信。处理器1001可以调用存储器1002中的逻辑指令，以执行基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法，该方法包括：确定无蜂窝网络架构系统模型中用户端对应的无线接入点；基于所述无线接入点处服务用户端集合的业务需求类型，对所述无线接入点的待发送信号进行差异化处理确定相应的发送信号方式；基于预设的功率分配规则，对所述无线接入点的待发送信号进行功率分配确定相应的功率分配信息；基于所述无线接入点与所述用户端之间下行链路信道的信道状态信息进行预编码处理确定相应的预编码信息；基于所述功率分配信息和所述预编码信息，采用叠加编码策略将不同发送信号方式下的待发送信号编码到同一时频资源块上并通过不同的发射功率进行叠加传输。
此外，上述的存储器1002中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：存储芯片、U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在处理器可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法。该方法包括：确定无蜂窝网络架构系统模型中用户端对应的无线接入点；基于所述无线接入点处服务用户端集合的业务需求类型，对所述无线接入点的待发送信号进行差异化处理确定相应的发送信号方式；基于预设的功率分配规则，对所述无线接入点的待发送信号进行功率分配确定相应的功率分配信息；基于所述无线接入点与所述用户端之间下行链路信道的信道状态信息进行预编码处理确定相应的预编码信息；基于所述功率分配信息和所述预编码信息，采用叠加编码策略将不同发送信号方式下的待发送信号编码到同一时频资源块上并通过不同的发射功率进行叠加传输。
又一方面，本发明实施例还提供一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法。该方法包括：确定无蜂窝网络架构系统模型中用户端对应的无线接入点；基于所述无线接入点处服务用户端集合的业务需求类型，对所述无线接入点的待发送信号进行差异化处理确定相应的发送信号方式；基于预设的功率分配规则，对所述无线接入点的待发送信号进行功率分配确定相应的功率分配信息；基于所述无线接入点与所述用户端之间下行链路信道的信道状态信息进行预编码处理确定相应的预编码信息；基于所述功率分配信息和所述预编码信息，采用叠加编码策略将不同发送信号方式下的待发送信号编码到同一时频资源块上并通过不同的发射功率进行叠加传输。
所述处理器可读存储介质可以是处理器能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法，其特征在于，包括：
确定无蜂窝网络架构系统模型中用户端对应的无线接入点；
基于所述无线接入点处服务用户端集合的业务需求类型，对所述无线接入点的待发送信号进行差异化处理确定相应的发送信号方式；
基于预设的功率分配规则，对所述无线接入点的待发送信号进行功率分配确定相应的功率分配信息；
基于所述无线接入点与所述用户端之间下行链路信道的信道状态信息进行预编码处理确定相应的预编码信息；
基于所述功率分配信息和所述预编码信息，采用叠加编码策略将不同发送信号方式下的待发送信号编码到同一时频资源块上并通过不同的发射功率进行叠加传输。
2.根据权利要求1所述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法，其特征在于，还包括：
在所述无蜂窝网络架构系统模型下，确定基于所述无线接入点与所述用户端之间上行链路信道的信道状态信息；
基于所述上行链路信道的信道状态信息和信道互易性原则，确定下行链路信道的信道状态信息。
3.根据权利要求1所述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法，其特征在于，基于所述无线接入点处服务用户端集合的业务需求类型，对所述无线接入点的待发送信号进行差异化处理确定相应的发送信号方式，具体包括：
若所述无线接入点服务用户端集合的业务需求为组播业务，则对所述无线接入点的全阶组播信息进行处理，确定相应的发送信号方式为组播发送；和/或，若所述无线接入点服务用户端集合的业务需求为广播业务，则对所述无线接入点的广播信息进行处理，确定相应的发送信号方式为广播发送；和/或，若所述无线接入点服务用户端集合的业务需求为单播业务，则对所述无线接入点的单播信息进行处理，确定相应的发送信号方式为单播发送。
4.根据权利要求3所述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法，其特征在于，所述预编码信息，具体包括：所述单播信息的预编码向量、所述全阶组播信息的预编码向量以及所述广播信息的预编码向量。
5.根据权利要求1所述的基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法，其特征在于，还包括：基于预设的无线接入点选择及功率分配联合优化策略，以最大化所述无蜂窝网络架构系统模型总和信号传输速率为目标，以所述无线接入点和所述用户端之间的匹配因子矩阵和功率分配矩阵为优化变量，联合进行无线接入点的选择和发射功率的分配，确定优化后的功率分配矩阵和无线接入点服务矩阵。
6.一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法，其特征在于，包括：
获取无蜂窝网络架构系统模型中无线接入点传输的发送信号；
基于预设的连续干扰删除规则，按照所述发送信号发射功率的大小进行译码，并对译码后的业务信息进行整合，得到目标信号。
7.一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置，其特征在于，包括：
服务关系确定单元，用于确定无蜂窝网络架构系统模型中用户端对应的无线接入点；
发送信号方式确定单元，用于基于所述无线接入点处服务用户端集合的业务需求类型，对所述无线接入点的待发送信号进行差异化处理确定相应的发送信号方式；
功率分配单元，用于基于预设的功率分配规则，对所述无线接入点的待发送信号进行功率分配确定相应的功率分配信息；
预编码单元，用于基于所述无线接入点与所述用户端之间下行链路信道的信道状态信息进行预编码处理确定相应的预编码信息；
叠加编码单元，用于基于所述功率分配信息和所述预编码信息，采用叠加编码策略将不同发送信号方式下的待发送信号编码到同一时频资源块上并通过不同的发射功率进行叠加传输。
8.一种基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输装置，其特征在于，包括：
信号获取单元，用于获取无蜂窝网络架构系统模型中无线接入点传输的发送信号；
信号译码单元，用于基于预设的连续干扰删除规则，按照所述发送信号发射功率的大小进行译码，并对译码后的业务信息进行整合，得到目标信号。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任意一项所述基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法的步骤。
10.一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任意一项所述基于无蜂窝网络架构的多业务联合传输方法的步骤。
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