[發明專利]一種上行MIMO-NOMA無線通信系統波束成形方法

有效

• 申請號: 201910669194.7
• 申請日: 2019-07-24
• 公開（公告）號: CN110299937B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 徐友云;申瑞娟;王小明
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/0413
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 曹坤

本發明公開了一種上行MIMO?NOMA無線通信系統波束成形方法，該方法適用于多小區多用戶MIMO?NOMA無線通信系統上行波束成形，該方法包括以下幾個步驟：對于最大化系統總速率問題應用拉格朗日對偶轉換和二次轉換得到拉格朗日輔助因子以及二次轉換輔助向量的表達式；對于轉換后的凸優化問題，應用拉格朗日乘子法，得到波束成形向量的表達式；以最大系統總速率為目標，應用迭代運算得到每個用戶的波束成形向量。與傳統的上行功率分配方法相比，本方法能夠得到較好的系統總速率，且應用NOMA的系統性能優于應用正交多址接入系統的性能。

技術領域

本發明涉及無線移動通信領域通信信號傳輸方法，具體涉及一種上行多入多出非正交多址(MIMO-NOMA)無線通信系統的波束成形的方法。

背景技術

非正交多址接入技術(Non-Orthogonal?Multiple?Access；NOMA)被認為是第五代移動通信的關鍵技術。非正交多址接入技術的基本思想是在發射端使用疊加編碼，使多個用戶的信息在同樣的時間、頻率資源上傳輸；在接受端采用串行干擾自消除技術(Successive?Interference?Cancellation；SIC)進行解碼。多輸入多輸出技術(Multiple-Input?Multiple-Output；MIMO)可以同時傳輸多個數據流，MIMO技術與NOMA系統聯合可以進一步提高系統傳輸速率和頻譜利用率。由于NOMA使用串行干擾自消除技術解調時利用的是用戶之間的功率差異，所以MIMO-NOMA系統的功率分配和波束成形技術受到廣泛的關注。目前已經有很多專家學者對下行MIMO-NOMA功率分配和波束成形方法做了研究，并且證明了NOMA系統性能優于正交多址接入系統。值得一提的是，上行非正交多址接入技術波束成形技術比較困難，目前對上行波束成形方法的研究微乎其微，所以找到一種上行鏈路波束成形方法極為重要。

經對現有技術的文獻檢索發現，H.Wang等人在《IEEE?Communications?Letters,May.2018,vol.22,no.5,pp.1106-1109.(IEEE通信快報，2018年五月，第22卷，第5期，第1106-1109頁)》上發表了題為“A?Novel?Power?Minimization?Precoding?Scheme?forMIMO-NOMA?Uplink?Systems(一種新的MIMO-NOMA上行鏈路系統功率最小化預編碼方案)”一文，該文在已經分好NOMA簇的基礎上，提出了一種基于消除簇間干擾的預編碼方法，證明了應用該方法的功率消耗低于應用正交多址接入方法的功率消耗。但是，該方法僅僅考慮單小區，不適用于多小區。另檢索發現，C.W.Sung?and?Y.Fu在《2016IEEE?83rd?VehicularTechnology?Conference(VTC?Spring),2016,pp.1-5.(2016年IEEE第83屆車載技術大會，2016年，1-56頁)》上發表了題為“A?Game-Theoretic?Analysis?of?Uplink?Power?Controlfor?a?Non-Orthogonal?Multiple?Access?System?with?Two?Interfering?Cells(具有兩個小區的非正交多址接入系統的上行功率控制的博弈分析)”一文，該文對應用博弈方法對多小區NOMA系統的功率分配問題進行研究，構造了分布式功率控制方法，保證收斂到納什均衡，且在滿足一定條件下該均衡在功率消耗上是最優的。但是遺憾的是該研究只考慮了兩個用戶的情況，且只用于單天線NOMA的場景。另檢索發現，H.Wang等人在《IEEECommunications?Letters,Dec.2018,vol.22,no.12,pp.1-6(IEEE通信快報，2018年十二月，第20卷，第12期，第1-6頁)》上發表了題為“Precoding?Design?for?Two-Cell?MIMO-NOMA?Uplink?With?CoMP?Reception(具有協作多點傳輸的雙小區MIMO-NOMA上行鏈路預編碼設計)”，該文以最小功率消耗為目標，提出了一種波束成形方案，對共用同一頻率的NOMA用戶的預編碼矩陣進行聯合設計，證明了應用該方法的系統性能優于平均功率和正交多址接入的系統性能。