[發(fā)明專利]一種基于大規(guī)模MIMO-OTFS的徑分多址接入方法

有效

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• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN112087247B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張順;李牧野;李紅艷;馬建鵬;劉禹杉
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于大規(guī)模MIMO?OTFS的徑分多址接入方法，使用OTFS調(diào)制，得到大規(guī)模MIMO?OTFS角度?延遲?多普勒域接收信號模型和角度?延遲?多普勒域上行主、次3D信道模型；利用大規(guī)模MIMO?OTFS信道在角度?延遲?多普勒域的彌散特性，設(shè)計(jì)用戶角度域分組和路徑調(diào)度算法，在用戶端合理分配角度域資源；在調(diào)度好的接收格點(diǎn)位置接收不同用戶的導(dǎo)頻和有效數(shù)據(jù)，使用最小二乘估計(jì)器估計(jì)其信道，并用最大比合并的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)；使用上行傳輸中的用戶分組和路徑調(diào)度算法指導(dǎo)下行接入過程。本發(fā)明能降低多用戶間的干擾，實(shí)現(xiàn)用戶大規(guī)模接入，有效提升頻譜利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于大規(guī)模MIMO-OTFS的徑分多址接入方法。

背景技術(shù)

目前：大規(guī)模MIMO是下一代通信網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)有前途的技術(shù)。通過在基站上使用大量天線，可以實(shí)現(xiàn)在能量和容量效率方面的顯著增益。利用準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信息，可以分析系統(tǒng)的可達(dá)速率、量化網(wǎng)絡(luò)干擾、優(yōu)化資源分配并得出系統(tǒng)的能量效率。進(jìn)而，可以優(yōu)化大規(guī)模MIMO的信號處理單元，例如波束形成、預(yù)編碼、用戶調(diào)度和數(shù)據(jù)檢測。但是，以當(dāng)用戶以較高的速度運(yùn)動時(shí)，信道會隨時(shí)間變化。在有限的信道相干時(shí)間內(nèi)獲取時(shí)變信道將更具挑戰(zhàn)性。

為了突破以上瓶頸，研究者們提出了兩類解決方法：基于自回歸(AR)模型的方案和基于基擴(kuò)展模型(BEM)的方案。對于時(shí)間選擇性大規(guī)模MIMO信道，基于AR的方案中包括以下內(nèi)容：(1)根據(jù)時(shí)變信道在相鄰時(shí)間塊內(nèi)的關(guān)聯(lián)性，建立了時(shí)變信道的AR模型；(2)開發(fā)基于期望最大化(EM)算法的稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)(SBL)框架以學(xué)習(xí)時(shí)間和空間信道參數(shù)；(3)使用卡爾曼濾波進(jìn)行上行時(shí)變信道跟蹤；(4)利用用戶信道的空間信息，對下行信道參數(shù)進(jìn)行恢復(fù)并降維，跟蹤下行時(shí)變信道。在雙選擇性大規(guī)模MIMO信道衰落情況下，基于BEM的方案中包括以下內(nèi)容：(1)根據(jù)空間基擴(kuò)展模型(SBEM)，提出了廣義的空間基擴(kuò)展模型(G-SBEM)以使用數(shù)個(gè)非正交基表示信道；(2)利用復(fù)指數(shù)BEM(CE-BEM)和提出的G-SBEM，建立稀疏信道估計(jì)模型；(3)提出兩個(gè)基于壓縮感知理論的算法：準(zhǔn)塊同時(shí)正交匹配跟蹤(QBSO)算法和自適應(yīng)QBSO算法，以恢復(fù)信道估計(jì)模型中的準(zhǔn)塊稀疏系數(shù)矩陣。

此外，一種被稱為正交時(shí)頻空間(OTFS)調(diào)制新型的二維調(diào)制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在傳統(tǒng)的OFDM方案中，有效數(shù)據(jù)是在時(shí)頻域上進(jìn)行映射和處理的。因此，通常會采用插入導(dǎo)頻的方式估計(jì)時(shí)頻域內(nèi)的時(shí)變信道。但是，OTFS提供了新的二維信號空間，即延遲-多普勒域。相應(yīng)地，可在延遲-多普勒域上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)映射和解映射。有趣的是，時(shí)變信道可以用延遲-多普勒域上的幾個(gè)常參數(shù)來等效描述。有研究通過考慮時(shí)變物理散射模型，推導(dǎo)了延遲-多普勒域上的顯式輸入輸出模型。重要的是，證明了延遲-多普勒域上的等效信道是由每個(gè)散射路徑的參數(shù)確定的，例如延遲和多普勒頻率。另外一種在OTFS系統(tǒng)的上行多址方法被提出，其中為用戶分配了延遲-多普勒域資源塊，該資源塊在域中以相等的間隔間隔開。針對時(shí)變大規(guī)模MIMO的多用戶接入問題，對于信道估計(jì)，基于AR模型的框架通常假定大規(guī)模MIMO信道處于塊衰落狀態(tài)，并且塊內(nèi)的時(shí)變特性將丟失。盡管基于BEM的方案可以表征給定塊內(nèi)的大規(guī)模MIMO信道動態(tài)特征，但BEM的參數(shù)對用戶移動性條件敏感。此外，兩個(gè)模型都存在模型近似誤差，特別是在高速條件下，誤差將變得不可忽略。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是，這兩種方案并非來自時(shí)變物理散射模型，并且無法捕獲內(nèi)在因素，從而有效地量化和描述時(shí)變信道。對于信號恢復(fù)，OTFS提供了時(shí)變信道的新觀點(diǎn)。然而,OTFS的重要特征是，在延遲-多普勒域上，將以不同的雙循環(huán)移位結(jié)構(gòu)接收許多信號塊。因此，低復(fù)雜度的數(shù)據(jù)檢測方法不易設(shè)計(jì)。此外，在大規(guī)模MIMO-OTFS系統(tǒng)中接入大量用戶，由于不同用戶的信道具有不同的彌散特性，其用戶間干擾管理問題較為復(fù)雜。若對每個(gè)用戶等間隔的分配延遲-多普勒域中的資源塊，又將造成頻譜資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷為：