[發(fā)明專利]基于信號(hào)虛擬分解空域和功率域聯(lián)合多址接入方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110536611.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-17
• 公開（公告）號(hào): CN113541752B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李釗;胡嬌嬌;暢志賢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/0456
• 分類號(hào): H04B7/0456;H04B7/06
• 代理公司: 西安嘉思特知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長(zhǎng)春

1.一種基于信號(hào)虛擬分解的空域和功率域聯(lián)合多址接入方法，適用在多個(gè)期望發(fā)射機(jī)和一個(gè)公共接收機(jī)的無線上行通信系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟：

(1)所述無線上行通信系統(tǒng)由N個(gè)期望發(fā)射機(jī)Tx_k、1個(gè)公共接收機(jī)和1個(gè)調(diào)和發(fā)射機(jī)Tx_c組成，k＝1,2,…,N，公共接收機(jī)和期望發(fā)射機(jī)共享信道矩陣，公共接收機(jī)將各個(gè)期望發(fā)射機(jī)的信道矩陣共享給調(diào)和發(fā)射機(jī)，同時(shí)期望發(fā)射機(jī)Tx_k將實(shí)際發(fā)送數(shù)據(jù)信息共享給調(diào)和發(fā)射機(jī)；

(2)每個(gè)期望發(fā)射機(jī)Tx_k根據(jù)自己與公共接收機(jī)之間的信道矩陣，設(shè)計(jì)期望發(fā)射機(jī)預(yù)編碼向量p_k，k＝1,2,…,N，期望發(fā)射機(jī)Tx_k根據(jù)所述期望發(fā)射機(jī)預(yù)編碼向量p_k向公共接收機(jī)發(fā)送攜帶數(shù)據(jù)x′_k的信號(hào)s′_k，其中，x′_k表示期望發(fā)射機(jī)向公共接收機(jī)實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)；

(3)調(diào)和發(fā)射機(jī)通過遍歷以選定一正交基，并將該正交基包含的基向量所表征的空間特征作為公共接收機(jī)恢復(fù)出的多路期望信號(hào)的方向，并求解能夠與期望發(fā)射機(jī)的實(shí)際發(fā)送信號(hào)相互作用，以得到恢復(fù)出的期望信號(hào)的調(diào)和信號(hào)，并進(jìn)一步計(jì)算得到調(diào)和發(fā)送數(shù)據(jù)x_c及其調(diào)和發(fā)射機(jī)預(yù)編碼向量p_c，調(diào)和信號(hào)s_c可虛擬地分解成多個(gè)相互正交的虛擬調(diào)和信號(hào)分量，調(diào)和發(fā)射機(jī)將調(diào)和信號(hào)的信息以及選定的正交基共享給所有期望發(fā)射機(jī)，并同時(shí)將所得的正交基共享給公共接收機(jī)，調(diào)和發(fā)射機(jī)向公共接收機(jī)發(fā)送一路攜帶調(diào)和數(shù)據(jù)的調(diào)和信號(hào)；

(4)期望發(fā)射機(jī)Tx_k根據(jù)調(diào)和發(fā)射機(jī)選定的正交基，確定公共接收機(jī)處的匹配濾波向量，并計(jì)算濾波后的期望數(shù)據(jù)增益α_k，期望發(fā)射機(jī)將計(jì)算所得的濾波后的期望數(shù)據(jù)增益α_k發(fā)送給公共接收機(jī)，公共接收機(jī)采用調(diào)和發(fā)射機(jī)共享的正交基，確定濾波向量并對(duì)接收到的混合信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，并用濾波輸出除以期望數(shù)據(jù)增益α_k，以恢復(fù)出期望數(shù)據(jù)x_k；

步驟(3)中具體為：

(3a)調(diào)和發(fā)射機(jī)根據(jù)恢復(fù)出的期望信號(hào)s_k，k＝1,2,…,N，s_k的單位方向向量以及實(shí)際發(fā)送信號(hào)s′_k在上的正交投影為得到虛擬調(diào)和信號(hào)分量：

其中，由，k＝1,2,…,N所構(gòu)成的正交向量構(gòu)成一組正交基；

調(diào)和發(fā)射機(jī)根據(jù)期望發(fā)射機(jī)的實(shí)際發(fā)送信號(hào)s′_k，通過遍歷得到使調(diào)和信號(hào)功率開銷最小的正交基，該正交基包含的向量為表示公共接收機(jī)Rx₀恢復(fù)出的多路期望信號(hào)的方向，公共接收機(jī)Rx₀恢復(fù)出的多路期望信號(hào)的方向分別位于該正交基包含的基向量所表征的空間方向上；

(3b)η_k＝||s_ck||²，k＝1,2,…,N為第k個(gè)期望發(fā)射機(jī)的發(fā)射信號(hào)所需的虛擬調(diào)和信號(hào)分量的功率開銷，在區(qū)間(0,||s′_k||²)內(nèi)對(duì)η_k進(jìn)行遍歷取值，對(duì)于遍歷過程中的每個(gè)η_k值都是根據(jù)式(2)得到一個(gè)單位向量并判斷是否滿足條件：

對(duì)滿足式(3)的第一個(gè)子式的及其對(duì)應(yīng)的η_k進(jìn)行保存，若一個(gè)η_k出現(xiàn)多個(gè)符合式(3)的第一個(gè)子式的則將這些符合條件的記作，k＝1,2,…,N，將對(duì)應(yīng)的η_k記為并進(jìn)行保存；

對(duì)具有不同下標(biāo)k的進(jìn)行組合，每一個(gè)k僅從j_k＝1,2,…中選取一個(gè)j_k作為上述組合中的一個(gè)元素，得到多個(gè)組合將每組中的任意兩個(gè)元素代入式(3)的第二個(gè)子式進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)任意兩個(gè)元素均滿足式(3)的第二個(gè)子式的進(jìn)行保存，并計(jì)算保存的每一組所對(duì)應(yīng)的調(diào)和功率開銷，第t組對(duì)應(yīng)的調(diào)和功率開銷選取最小的記為并得到與之對(duì)應(yīng)的記為為遍歷得到的正交基，將期望發(fā)射機(jī)實(shí)際發(fā)送的信號(hào)恢復(fù)到該正交基包含的基向量所表征的空間方向上，調(diào)和發(fā)射機(jī)的功率開銷最小，為調(diào)和信號(hào)表示為：

(3c)計(jì)算調(diào)和信號(hào)的發(fā)送的預(yù)編碼向量p_c以及調(diào)和信號(hào)發(fā)送數(shù)據(jù)x_c，根據(jù)以及計(jì)算得到的最小功率開銷P_cmin可得根據(jù)由式(4)得到的調(diào)和信號(hào)，令參數(shù)a_k和b_k，為已知量，其中是調(diào)和發(fā)射機(jī)的天線個(gè)數(shù)，調(diào)和發(fā)射機(jī)的調(diào)和發(fā)送數(shù)據(jù)表示為x_c＝a_c+b_ci，定義可得b_c＝a_ctanθ_c，其中θ_c由調(diào)和發(fā)射機(jī)在相位區(qū)間[0,2π)選取，P_c表示調(diào)和發(fā)射機(jī)發(fā)送調(diào)和信號(hào)的發(fā)射功率，調(diào)和信號(hào)的預(yù)編碼向量其中a_ck和b_ck，為未知量，且||p_c||＝1，則有由此可得根據(jù)復(fù)數(shù)的實(shí)部和虛部對(duì)應(yīng)相等的原則，得到方程組：

對(duì)式(5)所包含的所有子式的等號(hào)兩邊取平方并相加，得得到調(diào)和信號(hào)攜帶的調(diào)和發(fā)送數(shù)據(jù)為：

x_c＝a_c+a_ctanθ_ci (6)

其中，

由||p_c||＝1，對(duì)等號(hào)兩邊同時(shí)除以得得到調(diào)和信號(hào)的預(yù)編碼向量為：

調(diào)和發(fā)射機(jī)將調(diào)和信號(hào)的信息以及遍歷所得的正交基共享給所有期望發(fā)射機(jī)，并同時(shí)將所得的正交基共享給公共接收機(jī)，調(diào)和發(fā)射機(jī)向公共接收機(jī)發(fā)送一路攜帶調(diào)和數(shù)據(jù)的調(diào)和信號(hào)；

所述步驟(4)中具體為：

期望發(fā)射機(jī)Tx_k，k＝1,2,…,N用波束成形的方式，以發(fā)射功率和預(yù)編碼p_k向公共接收機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)x′_k的信號(hào)s′_k，調(diào)和發(fā)射機(jī)以發(fā)射功率P_cmin和預(yù)編碼p_c向公共接收機(jī)調(diào)和發(fā)送數(shù)據(jù)x_c的調(diào)和信號(hào)s_c，在公共接收機(jī)處Rx₀，對(duì)恢復(fù)出的各個(gè)相互正交的期望信號(hào)分量進(jìn)行匹配濾波，期望發(fā)射機(jī)根據(jù)來自調(diào)和發(fā)射機(jī)選定的正交基信息確定公共接收機(jī)處的匹配濾波向量，該濾波向量記為 k＝1,2,…,N，則期望發(fā)射機(jī)根據(jù)調(diào)和發(fā)射機(jī)共享的調(diào)和信號(hào)信息和正交基計(jì)算出濾波后得到的期望數(shù)據(jù)x_k的增益α_k，k＝1,2,…,N為：

期望發(fā)射機(jī)將濾波后的期望數(shù)據(jù)增益α_k發(fā)送給公共接收機(jī)，公共接收機(jī)采用調(diào)和發(fā)射機(jī)共享的正交基確定濾波向量f_k，對(duì)接收到的混合信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，并用濾波輸出除以期望數(shù)據(jù)增益α_k，從而恢復(fù)出期望數(shù)據(jù)x_k：