CN109714776B - 一种用于海域长距覆盖的混合多址接入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于海域长距覆盖的混合多址接入方法，先根据上报位置信息判断同一波束覆盖下是否存在多用户分离问题，接着通过距离域分离度、角度域分离度等参数确定各用户多址方式的最优划分，最后提出相应的最优资源分配方案。本发明的优点：有效解决了海域长距离同一波束覆盖下多用户接收信号相互干扰的问题，提高了资源利用率。

Description

一种用于海域长距覆盖的混合多址接入方法
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种用于海域长距覆盖的混合多址接入方法。
背景技术
发展智慧海洋是贯彻建设海洋强国方略的重要举措。以覆盖范围广、传输速率高为主要特点的海域宽带通信***，作为智慧海洋信息传输体系的重要组成部分，也因而成为海洋无线通信领域研究的热点。现有技术中，为实现长距离覆盖，海域宽带通信***主要利用赋型天线形成的波束为不同用户提供接入服务。由于天线波束具有较好的方向集中特性，因而可以有效支持长距离通信。因海域覆盖期望距离极大，且波束宽度随距离扩张，导致在同一波束覆盖范围内，很大概率存在远近不同用户。该状况下，各用户的接收信号相互干扰，对信号正确接收造成严重影响，因而需要有效的方法实现同一波束下不同用户信号的分离。
同一波束覆盖范围下的多个用户可以通过分配不同时频资源的方式彼此区分开来，但会导致单个用户占用的传输资源严重减缩，造成资源利用率下降，进而引发传输速率受限。现有技术中缺少合理高效的用户分离方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种新型的支持海域长距离覆盖的混合多址接入方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
采用上述技术方案，由于对同一波束覆盖下的多个远近不同的用户，利用NOMA多址技术进行用户分离，实现更高的多址传输效率并提高资源利用率；另一方面，当不同用户角度域差别足够大时，可通过分配不同波束进行SDMA多址传输。根据海域用户位置信息，通过距离域分离度、角度域分离度等参数确定各用户多址方式的最优划分，并提出相应的最优资源分配方案。采用本发明所提方案，不仅可以根据上报位置信息有效进行用户分离，而且大大提高了***频谱利用率。
附图说明
图1为本发明中接入方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本具体实施方式披露了一种用于海域长距覆盖的混合多址接入方法，参看图1是该接入方法的流程图，具体包括如下步骤：
步骤1、基站根据接收到的用户上报位置信息，判断同一波束覆盖下的用户终端数是否大于1，用户数量大于1，则进入步骤2，否则进入步骤7；
步骤2、判断基站信号由近及远依次到达不同用户的距离差是否均满足5～8dB的信号衰落，若满足，则进入步骤3，否则进入步骤4；
步骤3、采用NOMA多址接入方式对不同用户信号进行分离，具体包括以下步骤：
3a、根据不同用户所在位置距基站远近的不同，分别将用户分类为近站用户和远站用户并标记，以下以两用户为例，其中近站用户分配较小的发送功率p1，远站用户分配较大的发送功率p2，且有发送总功率p＝p1+p2，不同用户在功率域上进行复用；
3b、将不同用户信号以各自所分配的功率进行发送，传输的混叠信号为
Figure BDA0001939462220000031
其中s1为发送给近站用户的信号，s2为发送给远站用户的信号，发送信号占用相同的时频资源，主动引入干扰；
3c、接收端接收混叠信号为yi＝hi·x+wi,i＝1或2，hi其中表示基站到用户i的信道矩阵，wi表示用户i接收的噪声与干扰总和。
因远站用户受近站用户干扰较小，可直接利用等式
Figure BDA0001939462220000032
求解远站用户信号
Figure BDA0001939462220000033
对于近站用户，可利用串行干扰消除技术，首先根据
Figure BDA0001939462220000034
求解除远站用户信号
Figure BDA0001939462220000035
然后消除远站用户对近站用户的干扰
Figure BDA0001939462220000036
最后求解近站用户信号
Figure BDA0001939462220000037
实现不同用户信号的分离。
步骤4、判断多用户之间夹角的最小值是否大于基站天线阵列子波束的扫描精度，若大于则进入步骤5，否则进入步骤6；
步骤5、采用SDMA多址接入方式对不同用户信号进行分离，具体包括以下步骤：
5a、基站侧根据同一波束下不同用户所在位置与天线法线夹角不同，将原始波束切分成多条更窄的子波束，使每条子波束单独服务其中单个用户，不同用户在空间域上进行复用，指向不同用户的最优权向量可利用最大比传输预编码求解，表达式为
Figure BDA0001939462220000038
其中为
Figure BDA0001939462220000039
表示波束j覆盖下，多天线基站到用户i的下行信道，H表示对复数矩阵取共轭；
5b、将不同用户信号以各自所分配的子波束进行发送，发送信号占用相同的时频资源，因方向波束不同可实现无干扰传输；
5c、接收端不同用户簇处于不同波束覆盖下，而同一用户簇的不同用户又处于不同子波束覆盖下，利用空间角度域首先对用户簇进行粗分离，然后分别对各用户簇下的不同用户进行单独分离；
步骤6、同一波束覆盖范围内的多个用户，若既不满足空间距离域分离条件，也不满足空间角度域分离条件，则可采用FDMA多址方式支持不同用户的分离，将波束频域传输带宽切分成多段，每个用户分别占用其中一段；
步骤7、基站将准备好的用户数据按照以上选定的多址接入方式进行发送。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围内。
实施例2
本具体实施方式披露了同一波束覆盖多用户模式下混合多址接入***具体以海域基站为多用户提供服务为例，利用方向波束对用户进行集中覆盖，当同一波束覆盖下存在多个用户时，可根据用户间距和用户间夹角的不同组合来选择不同的多址接入方式，从而实现用户分离。NOMA多址接入利用串行干扰消除技术分离不同用户，SDMA多址接入利用不同方向子波束分离不同用户。整个***由模块101、模块102、模块103和模块104组成，其中模块101是海域多天线基站，主要作用是负责数据收发，为终端用户提供接入服务；模块102是用户终端，一般指用户收发数据的设备，如手机、笔记本等；模块103是天线波束，主要作用是对目标用户进行集中覆盖，提供优质服务；模块104是无线通信链路，主要作用是传输无线信号。
实施例3
本实施例相对于实施例1，通过增加如下优选过程进行优化资源分配，
1、可根据海域用户上报位置信息，通过距离域分离度、角度域分离度等参数确定各用户多址方式的最优划分，并提出相应的最优资源分配方案。
2、距离域以用户间距作为分离度参数，对应于NOMA多址接入；角度域以用户间夹角作为分离度参数，对应于SDMA多址接入。分别计算以上两种用户分离方法的性能，确定各用户多址方式划分的依据。
3、***以用户平均误码率作为性能指标，用于指示用户分离程度的好坏，并以此为中间媒介建立用户间距与用户夹角之间的联系。
4、根据建立的联系获悉何种组合下，采用NOMA多址方式用户分离程度更好，在何种组合下，采用SDMA多址方式用户分离程度更好，又在何种组合下，采用NOMA或SDMA都不能很好地分离不同用户，因而需要考虑FDMA等其他多址方式。
5、当用户平均误码率大于e-4时，可判定当前多址方式不能较好分离用户，需选用其他多址方式。
6、在计算不同多址***下用户平均误码率时，应设定统一的***基本参数，例如都经过瑞利衰落信道、采用Turbo信道编码、采用16QAM调制、采用深度为40bit的交织、采用OFDM波形等。
7、若采用SDMA多址方式，同一波束覆盖下不同用户可以利用最大比传输(MRT)预编码分别求出指向各用户的最优权向量，最大比传输预编码为
Figure BDA0001939462220000051
其中为
Figure BDA0001939462220000052
表示波束j覆盖下，所有远程天线单元对用户i的下行信道，H表示对复数矩阵取共轭。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于海域长距覆盖的混合多址接入方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、基站根据接收到的用户上报位置信息，判断同一波束覆盖下的用户终端数是否大于1，用户数量大于1，则进入步骤2；
步骤2、判断基站信号由近及远依次到达不同用户的距离差是否均满足5～8dB的信号衰落，若满足，则进入步骤3，否则进入步骤4；
步骤3、采用根据距离分离的第一多址接入方式对不同用户信号进行分离；
步骤4、判断多用户之间夹角的最小值是否大于基站天线阵列子波束的扫描精度，若大于则进入步骤5，否则进入步骤6；
步骤5、采用根据夹角分离的第二多址接入方式对不同用户信号进行分离，
步骤6、同一波束覆盖范围内的多个用户，若既不满足空间距离域分离条件，也不满足空间角度域分离条件，则可采用第三多址方式支持不同用户的分离，将波束频域传输带宽切分成多段，每个用户分别占用其中一段；
步骤7、基站将准备好的用户数据按照以上选定的多址接入方式进行发送。
2.根据权利要求1所述的一种用于海域长距覆盖的混合多址接入方法，其特征在于，所述步骤3中还包括如下步骤：
3a、根据不同用户所在位置距基站远近的不同，分别将用户分类为近站用户和远站用户并标记，所述近站用户和远站用户分配到的发送功率之和等于发送总功率，不同用户在功率域上进行复用；
3b、将不同用户信号以各自所分配的功率进行发送，发送信号占用相同的时频资源，主动引入干扰，传输的混叠信号为
Figure FDA0003637564960000011
其中s1为发送给近站用户的信号，s2为发送给远站用户的信号，x为传输的混叠信号；
3c、接收端接收混叠信号，混叠信号通过如下公式计算得到：yi＝hi·x+wi,i＝1或2，hi其中表示基站到用户i的信道矩阵，wi表示用户i接收的噪声与干扰总和；
3d、分离信号，计算远站用户信号，计算方程如下：
Figure FDA0003637564960000021
其中，y2为远站用户接收到的信号，p2为远站用户分配的发送功率，
Figure FDA0003637564960000022
为远站用户信号；
计算除近站用户以外的用户信号，
Figure FDA0003637564960000023
其中， p2为远站用户分配的发送功率，
Figure FDA0003637564960000024
为远站用户信号；
消除远站用户对近站用户的干扰
Figure FDA0003637564960000025
求解近站用户信号
Figure FDA0003637564960000026
其中，y1为近站用户接收到的信号，p1为近站用户分配的发送功率，p2为远站用户分配的发送功率，
Figure FDA0003637564960000027
为分离出的远站用户信号，hi其中表示基站到用户i的信道矩阵，wi表示用户i接收的噪声与干扰总和；实现不同距离用户信号的分离。
3.根据权利要求1所述的一种用于海域长距覆盖的混合多址接入方法，其特征在于，所述步骤5中还包括如下步骤：
5a、基站侧根据同一波束下不同用户所在位置与天线法线夹角不同，将原始波束切分成多条更窄的子波束，使每条子波束单独对应其中的单个用户，不同用户在空间域上进行复用，指向不同用户的最优权向量利用最大比传输预编码求解，表达式为
Figure FDA0003637564960000028
其中
Figure FDA0003637564960000029
表示波束j覆盖下，多天线基站到用户i的下行信道，H表示对复数矩阵取共轭；
5b、将不同用户信号以各自所分配的子波束进行发送，发送信号占用相同的时频资源；
5c、接收端不同用户簇处于不同波束覆盖下，而同一用户簇的不同用户又处于不同子波束覆盖下，利用空间角度域首先对用户簇进行粗分离，然后分别对各用户簇下的不同用户进行单独分离。
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