基于信号虚拟分解空域和功率域联合多址接入方法及系统与流程

interference alignment",proc.ieee globecom,pp.4260
‑
4265,2008.设计的ia通过在干扰源对干扰进行预处理，可以在受干扰接收机处将多个干扰映射到有限的子空间中，从而使期望信号而不受干扰的影响。但是，ia的可行性受限于系统的参数设置，如发射机和接收机的数量以及发射机或接收机的天线数等。文献w.noh et al.,"adaptive transmission control in multiple interference neutralization groups,"ieee communications letters,vol.20,no.3,pp.526
‑
529,march 2016.设计的in利用信号间的相互作用，通过产生一个中和信号，可以在受干扰接收机处抵消掉干扰。但是in产生中和信号需要消耗发射功率，会导致期望通信的性能损失。并且当干扰很强时，受干扰接收机对应的发射机可能缺少足够的功率来产生中和信号，从而导致in不可用。文献z.li,y.liu,k.g.shin,j.liu and z.yan,"interference steering to manage interference in iot,"in ieee internet of things journal,vol.6,no.6,pp.10458
‑
10471,dec.2019.设计的is通过生成一个导向信号改变干扰的空间特征，从而将干扰调整至与期望通信正交的子空间。与in相比，is功率开销降低，但是需要消耗空间自由度(degree of freedom,dof)放置导向后的干扰，这一开销与ia类似。
4.现有技术存在的问题是：以频率、时间、码子和空间等区分用户通信的多址方式的资源利用率低，无法适应日益增长的通信需求。虽然noma和vsdma能够显著提高系统的频谱资源利用率，但由于在noma中接收机采用sic，使其复杂度和处理时延增加，并且sic存在误差传播的问题，而vsdma存在萃取发射机功耗过大的问题。
5.解决上述技术问题的难度和意义：当系统中存在多个具有通信需求的用户时，多个用户的并发传输之间存在相互干扰，将影响接收机的接收效果(如误码率增加)，如何以较低的资源开销管理多个用户通信之间的干扰，实现多址，是值得研究的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于信号虚拟分解的空域和功率域联合多址接入(space and power domain virtual signal division based multiple access,spd
‑
vsdma)方法。
7.本发明是这样实现的，在存在多个期望发射机和一个公共接收机的上行通信系统中，引入一个调和发射机，使多个期望发射机可以在同一时间使用相同的频率向公共接收机发送信号，调和发射机通过对虚拟调和信号分量的功率开销进行遍历，使调和信号的功率开销最小，据此选定一个合适的正交基，将该正交基包含的基向量所表征的空间特征作为在公共接收机处恢复的多路期望信号的方向，进而求解能够与期望发射机的实际发送信号相互作用、以在公共接收机处恢复出多路相互正交的期望信号的调和信号，确定调和信号的预编码向量以及调和信号携带的数据符号，调和发射机根据调和信号的预编码向量及其携带的数据符号构造调和信号并发送给公共接收机，该调和信号可虚拟分解成多个相互正交的调和信号分量，调和信号分量与期望发射机实际发送的信号在公共接收机处相互作用，使公共接收机可以从接收到的混合信号中恢复出多路相互正交的信号，并从这些信号中恢复出多个用户的期望数据。
8.与vsdma相比，本发明具有以下特点：
9.(1)本发明中的调和信号是由空间域中多个相互正交的虚拟调和信号分量相互作
用而成，而vsdma中的萃取信号是由多个同相萃取信号分量叠加而成；
10.(2)本发明中的调和发射机通过对虚拟调和信号分量的功率开销进行遍历，使调和信号的功率开销最小，据此选定一个合适的正交基，将该正交基包含的基向量所表征的空间特征作为在公共接收机处恢复的多路期望信号的方向，而vsdma中是通过对虚拟分解因子进行遍历，从而直接对期望信号进行恢复；
11.(3)本发明能够使调和信号的功率开销最小化，是一种功率域的调整，并且该功率域的调整同时影响了调和信号的预编码向量设计，以及公共接收机恢复得到的多路期望信号的空间特征，本质上是空域和功率域的联合设计，而在vsdma中并未涉及功率域的调整。
12.进一步，所述一种基于信号虚拟分解的空域和功率域联合多址接入方法包括以下步骤：
13.(1)所述无线上行通信系统由n个期望发射机tx
k
(k＝1,2,
…
,n)、1个公共接收机和1个调和发射机tx
c
组成，公共接收机和期望发射机共享信道状态信息，公共接收机将各个期望发射机的信道状态信息共享给调和发射机，同时期望发射机tx
k
将实际发送数据信息共享给调和发射机；
14.(2)每个期望发射机tx
k
根据自己与公共接收机之间的信道矩阵，设计期望发射机预编码向量p
k
(k＝1,2,
…
,n)，期望发射机tx
k
根据所述期望发射机预编码向量p
k
向公共接收机发送携带数据x
k
′
的信号s
′
k
，其中，x
k
′
表示期望发射机向公共接收机实际发送的数据；
15.(3)调和发射机通过遍历以选定一正交基，并将该正交基包含的基向量所表征的空间特征作为公共接收机恢复出的多路期望信号的方向，并求解能够与期望发射机的实际发送信号相互作用，以得到恢复出的期望信号的调和信号，并进一步计算得到调和发送数据x
c
及其调和发射机预编码向量p
c
，调和信号s
c
可虚拟地分解成多个相互正交的虚拟调和信号分量，调和发射机将调和信号的信息以及选定的正交基共享给所有期望发射机，并同时将所得的正交基共享给公共接收机，调和发射机向公共接收机发送一路携带调和数据的调和信号；
16.(4)期望发射机tx
k
根据调和发射机选定的正交基，确定公共接收机处的匹配滤波向量，并计算滤波后的期望数据增益α
k
，期望发射机将计算所得的滤波后的期望数据增益α
k
发送给公共接收机，公共接收机采用调和发射机共享的正交基，确定滤波向量并对接收到的混合信号进行匹配滤波，并用滤波输出除以期望数据增益α
k
，以恢复出期望数据x
k
。
17.进一步，所述步骤一具体包括：
18.公共接收机rx0广播导频信号，各个期望发射机根据所述导频信号估计其与rx0之间的信道状态信息并反馈给rx0，rx0将各个期望发射机的信道状态信息共享给调和发射机，同时期望发射机将实际发送的数据信息共享给调和发射机，其中，公共接收机rx0与tx
k
之间的信道状态信息记为h
k
(k＝1,2,
…
,n)，rx0和tx
c
间的信道状态信息记为h
c
。
19.进一步，所述步骤二具体包括：
20.(2a)期望发射机tx
k
处预编码向量p
k
选取自对信道矩阵h
k
进行奇异值分解得到的右奇异矩阵的第一列向量，其中，携带数据x
k
′
为从与期望发射机tx
k
的原期望数据x
k
所属的相同调制符号集合中随机选取的，x
k
表示期望发射机希望发送给公共接收机的原期望数据；
21.(2b)调和发射机tx
c
向公共接收机rx0发送数据x
c
的调和信号，公共接收机对接收
到的调和信号进行虚拟正交分解，得到n个虚拟调和信号分量
[0022][0023]
其中，调和信号p
c
表示调和发射机发送调和信号的发射功率，s
ck
(k＝1,2,
…
,n)表示第k个虚拟调和信号分量，<s
cj
,s
cl
>表示虚拟调和信号分量s
cj
和s
cl
的内积，|
·
|表示计算模值，j,l∈{1,2,
…
,n}且j≠l；
[0024]
(2c)公共接收机rx0接收到的来自第k个期望发射机tx
k
的实际发送信号记为该分量与虚拟调和信号分量s
ck
相互作用，得到s
ck
s
′
k
，s
ck
s
′
k
是公共接收机恢复出的第k路期望信号s
k
，其中，表示tx
k
的发射功率。
[0025]
进一步，所述步骤三具体包括：
[0026]
(3a)调和发射机根据恢复出的期望信号s
k
(k＝1,2,
…
,n)的单位方向向量以及实际发送信号s
′
k
在上的正交投影为得到虚拟调和信号分量：
[0027][0028]
其中，由所构成的正交向量构成一组正交基；
[0029]
调和发射机根据期望发射机的实际发送信号s
′
k
，通过遍历得到使调和信号功率开销最小的正交基，该正交基包含的向量为表示公共接收机rx0恢复出的多路期望信号的方向，公共接收机rx0恢复出的多路期望信号的方向分别位于该正交基包含的基向量所表征的空间方向上。
[0030]
(3b)η
k
＝||s
ck
||2(k＝1,2,
…
,n)为第k个期望发射机的发射信号所需的虚拟调和信号分量的功率开销，在区间(0,||s
′
k
||2)内对η
k
进行遍历取值，对于遍历过程中的每个η
k
值都是根据式(2)得到一个单位向量并判断是否满足条件：
[0031][0032]
对满足式(3)的第一个子式的及其对应的η
k
进行保存，若一个η
k
出现多个符合式(3)的第一个子式的则将这些符合条件的记作将对应的η
k
记为并进行保存；
[0033]
对具有不同下标k的进行组合，每一个k仅从j
k
＝1,2,
…
中选取一个j
k
作为上述组合中的一个元素，可以得到多个组合将每组中的任意两个元素代入式(3)的第二个子式进行检验，对任意两个元素均满足式(3)的第二个子式的进行保存，并计算保存的每一组所对应的调和
功率开销，第t组对应的调和功率开销选取最小的记为并得到与之对应的记为即为遍历得到的正交基，将期望发射机实际发送的信号恢复到该正交基包含的基向量所表征的空间方向上，调和发射机的功率开销最小，为调和信号可以表示为：
[0034][0035]
(3c)计算调和信号的发送的预编码向量p
c
以及调和信号发送数据x
c
。根据以及计算得到的最小功率开销p
cmin
可得根据由式(4)得到的调和信号，令参数a
k
和为已知量，其中是调和发射机的天线个数，调和发射机的调和发送数据表示为x
c
＝a
c
b
c
i(定义可得b
c
＝a
c tanθ
c
)，其中θ
c
由调和发射机在相位区间[0,2π)选取；调和信号的预编码向量其中a
ck
和为未知量，且||p
c
||＝1，则有由此可得根据复数的实部和虚部对应相等的原则，可以得到方程组：
[0036][0037]
对式(5)所包含的所有子式(对应)的等号两边取平方并相加，得得到调和信号携带的调和发送数据为：
[0038]
x
c
＝a
c
a
c tanθ
c
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0039]
其中，
[0040]
由||p
c
||＝1，对等号两边同时除以得得到调和信号的预编码向量为：
[0041][0042]
调和发射机将调和信号的信息以及遍历所得的正交基共享给所有期望发射机，并同时将所得的正交基共享给公共接收机，调和发射机向公共接收机发送一路携带调和数据的调和信号。
[0043]
进一步，所述步骤四具体包括：
[0044]
期望发射机tx
k
(k＝1,2,
…
,n)用波束成形的方式，以发射功率和预编码p
k
向公共接收机发送数据x
k
′
的信号s
′
k
，调和发射机以发射功率p
cmin
和预编码p
c
向公共接收机调和发送数据x
c
的调和信号s
c
，在公共接收机处rx0，对恢复出的各个相互正交的期望信号分量进行匹配滤波，期望发射机根据来自调和发射机选定的正交基信息确定公共接收机处的匹配滤波向量，该滤波向量记为则期望发射机可以根据调和发射机共享的调和信号信息和正交基计算出滤波后得到的期望数据x
k
的增益α
k
(k＝1,2,
…
,n)为：
[0045][0046]
期望发射机将滤波后的期望数据增益α
k
发送给公共接收机，公共接收机采用调和发射机共享的正交基确定滤波向量f
k
，对接收到的混合信号进行匹配滤波，并用滤波输出除以期望数据增益α
k
，从而恢复出期望数据x
k
：
[0047][0048]
本发明的目的在于提供一种基于信号虚拟分解的空域和功率域联合多址接入方法，适应于包含多个发射机和一个公共接收机的上行无线通信系统。
[0049]
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明在上行通信系统中，调和发射机通过对虚拟调和信号分量的功率开销进行遍历，使调和信号的功率开销最小，据此选定一个合适的正交基，将该正交基包含的基向量所表征的空间特征作为在公共接收机处恢复的多路期望信号的方向，进而求解能够与期望发射机的实际发送信号相互作用、以得到多路相互正交的期望信号的调和信号，确定调和信号的预编码向量以及调和信号携带的数据符
号，调和发射机根据调和信号的预编码向量及其携带的数据符号构造调和信号并发送给公共接收机，该调和信号可虚拟分解成多个相互正交的调和信号分量，调和信号分量与期望发射机实际发送的信号在公共接收机处相互作用，使公共接收机可以从接收到的混合信号中恢复出多路相互正交的信号，并从这些信号中恢复出多个用户的期望数据，实现多址接入。该方法能够用于解决多用户通信系统中的干扰问题，提高通信系统的频谱效率。spd
‑
vsdma对调和信号的功率开销进行最小化，是一种功率域的调整，并且该功率域的调整同时影响了调和信号的预编码向量设计，以及公共接收机恢复得到的多路期望信号的空间特征，是一种空域和功率域的联合设计。
附图说明
[0050]
图1是本发明一种基于信号虚拟分解的空域和功率域联合多址接入方法(spd
‑
vsdma)的流程示意图；
[0051]
图2是本发明的系统模型示意图；
[0052]
图3是本发明在用户数n＝2时，spd
‑
vsdma原理示意图；
[0053]
图4是本发明的控制信息交互示意图；
[0054]
图5是本发明spd
‑
vsdma与迫零接收(zero
‑
forcing,zf)、匹配滤波(matched filtering,mf)、干扰导向(interference steering,is)、干扰中和(interference neutralization,in)以及基于信号虚拟分解的多址方法(virtual signal division based multiple access,vsdma)的系统平均频谱效率比较的示意图。
[0055]
图6是本发明spd
‑
vsdma与vsdma的调和信号功率的开销对比示意图。
具体实施方式
[0056]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0057]
本发明针对存在共道干扰的多用户上行通信场景，提出一种基于信号虚拟分解的空域和功率域联合多址接入方法，适用于包含多个期望发射机和一个公共接收机的无线通信系统，解决多路并发通信间的无线干扰问题。通过引入一个调和发射机，调和发射机通过对虚拟调和信号分量的功率开销进行遍历，使调和信号的功率开销最小，据此选定一个合适的正交基，将该正交基包含的基向量所表征的空间特征作为在公共接收机处恢复的多路期望信号的方向，进而求解能够与期望发射机的实际发送信号相互作用、以在公共接收机处恢复出期望信号的调和信号，确定调和信号的预编码向量以及调和信号携带的数据符号，调和发射机根据调和信号的预编码向量及其携带的调和数据构造调和信号并发送给公共接收机，该调和信号可虚拟分解成多个相互正交的调和信号分量，调和信号分量与期望发射机实际发送的信号在公共接收机处相互作用，使公共接收机可以从接收到的混合信号中恢复出多路相互正交的信号，并从这些信号中恢复出多个用户的期望数据。
[0058]
所提spd
‑
vsdma对调和信号的功率开销进行最小化，是一种功率域的调整，并且该功率域的调整同时影响了调和信号的预编码向量设计，以及公共接收机恢复得到的多路期望信号的空间特征，是一种空域和功率域的联合设计。所提方法可以使公共接收机无干扰
地恢复出多路期望数据，实现多址，提高系统的频谱效率。
[0059]
如图1所示，本发明实施例提供的应用于多用户上行通信系统的一种基于信号虚拟分解的空域和功率域联合多址接入方法包括以下步骤：
[0060]
步骤101，系统由n个期望发射机、1个公共接收机和1个调和发射机组成，公共接收机和期望发射机共享信道状态信息，公共接收机将各个期望发射机的信道状态信息共享给调和发射机，同时期望发射机将实际发送的数据信息共享给调和发射机；
[0061]
步骤102，每个期望发射机根据对自己与公共接收机之间的信道矩阵进行奇异值分解得到预编码向量p
k
(k＝1,2,
…
,n)。期望发射机tx
k
向公共接收机发送携带数据x
k
′
的信号s
′
k
；
[0062]
具体的，期望发射机tx
i
向公共接收机发送携带数据x
k
′
的信号s
′
k
，x
k
′
可以从与tx
k
的原期望数据x
k
所属的相同调制符号集合中随机选取。
[0063]
步骤103，调和发射机通过遍历以选定一个合适的正交基，并将该正交基包含的基向量所表征的空间特征作为在公共接收机处恢复的多路期望信号的方向，进而求解能够与期望发射机的实际发送信号相互作用，以在公共接收机处恢复出期望信号的调和信号，并进一步得到调和发送数据x
c
及其调和预编码向量p
c
，调和发射机将调和信号的信息以及选定的正交基共享给所有期望发射机，并将该正交基同时共享给公共接收机，调和发射机将调和信号发送给公共接收机；
[0064]
具体的，调和信号可虚拟地分解成多个相互正交的虚拟调和信号分量。
[0065]
步骤104，期望发射机计算滤波后的期望数据增益α
k
(k＝1,2,
…
,n)，并将滤波后的期望数据增益发送给所述公共接收机，公共接收机用匹配滤波向量对恢复出的混合信号进行滤波，恢复出期望数据x
k
。
[0066]
具体的，期望发射机tx
k
(k＝1,2,
…
,n)根据来自调和发射机的选定的正交基信息确定公共接收机处的匹配滤波向量，计算滤波后的期望数据增益α
k
(k＝1,2,
…
,n)，并将滤波后的期望数据增益α
k
发送给公共接收机，公共接收机采用调和发射机共享的正交基确定滤波向量对接收到的混合信号进行滤波，并用滤波输出除以期望数据增益α
i
，恢复出期望数据x
i
。
[0067]
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
[0068]
如图2所示，本发明研究无线通信上行传输系统。系统中存在n个期望发射机，所有期望发射机向一个公共接收机rx0发送信号。tx
k
表示第k个期望发射机，配备了根天线，发射功率为其中k＝1,2,
…
,n。n个期望发射机均采用波束成形(beamforming,bf)方式向公共接收机发送单路数据流。期望发射机不再发送期望数据x
k
，而是发送数据x
k
′
，所有的期望发射机采用相同的调制方式，x
k
′
可以从与tx
i
的原期望数据x
i
所属的相同调制符号集合中随机选取。为了在公共接收机处正确区分来自n个期望发射机的信号，引入调和发射机tx
c
，其配备根天线，发射功率为p
c
。tx
c
发送一路调和信号，携带调和发送数据x
c
。另外，公共接收机rx0配备根接收天线。和分别表示tx
k
与rx0、tx
c
与rx0之间的信道状态信息(channel state information,csi)，tx
k
需要将自己的数据信息及其与rx0之间的csi共享给调和发射机。上
述信道矩阵服从零均值、单位方差的复高斯分布。假设信道状态在一个由若干个连续时隙构成的块(block)内保持不变，用于csi和控制信令传递的链路是稳定、无差错的，并且传输延迟与信道变化的时间尺度相比可以忽略不计。rx0可以通过来自期望发射机机的反馈准确获得所有信道的csi。多个期望发射机到rx0的信号传输之间存在相互干扰，引入调和发射机向rx0发送一路调和信号，与期望发射机发送的信号在rx0处相互作用，可以使rx0从接收混合信号中恢复出多路相互正交的期望信号，进而从这些期望信号中解调出用户数据信息。spd
‑
vsdma对调和信号的功率开销进行最小化，是一种功率域的调整，并且该功率域的调整同时影响了调和信号的预编码向量设计，以及公共接收机恢复得到的多路期望信号的空间特征，是一种空域和功率域的联合设计。
[0069]
图3给出spd
‑
vsdma的设计原理。调和信号s
c
可以虚拟分解为s
c1
和s
c2
，它们与期望发射机的实际发送信号s1′
和s2′
分别作用，可以在rx0处恢复出相互正交的期望信号s1与s2，s1与s2的空间特征可以由一组标准正交基确定，该正交基所包含的基向量的空间特征分别对应信号矢量s1和s2的方向。
[0070]
本发明的实现步骤如下：本实施例的适用场景是假设发射机与接收机已经建立了时间同步，接下来可以按照本发明的操作进行多用户通信。本实施例中的数据信息包括期望发射机发送的数据信息、期望发射机的实际发送数据信息，以及调和发射机发送的调和数据信息。
[0071]
步骤1，系统由2个期望发射机、1个公共接收机和1个调和发射机组成，公共接收机和期望发射机共享信道状态信息，公共接收机将各个期望发射机的信道状态共享给调和发射机，同时期望发射机将实际发送的符号信息共享给调和发射机；
[0072]
具体而言，系统包含的2个期望发射机为tx1和tx2，1个调和发射机为tx
c
，其中公共接收机rx0广播导频信号，各个期望发射机估计信道信息并反馈给rx0，然后公共接收机rx0将各个期望发射机的信道状态信息共享给调和发射机，同时期望发射机将实际发送的符号信息共享给调和发射机。公共接收机rx0与tx
k
(k＝1,2)之间的信道状态信息记为h
k
(k＝1,2)，rx0和tx
c
间的信道状态信息记为h
c
。
[0073]
步骤2，期望发射机tx1和tx2根据自己与公共接收机之间的信道矩阵设计预编码向量p
k
(k＝1,2)。两个期望发射机向公共接收机发送携带符号x
k
′
(k＝1,2)的信号s
′
k
(k＝1,2)；
[0074]
(2a)两个期望发射机的预编码向量p1和p2可以通过分别对信道矩阵h1和h2进行奇异值分解获得，其中期望发射机的预编码选取自对信道矩阵进行奇异值分解得到的右奇异矩阵的第一列向量。期望发射机tx1和tx2采用二进制相移键控(binary phase shift keying,bpsk)调制，x1′
和x2′
可以分别从与期望发射机的原期望数据x1和x2所属的相同调制符号集合ω＝{
‑
1,1}中随机选取，其中，x
′
k
(k＝1,2)表示期望发射机向公共接收机实际发送的数据符号，x
k
(k＝1,2)表示期望发射机希望发送给公共接收机的原期望数据。
[0075]
(2b)调和发射机tx
c
向公共接收机rx0发送携带数据x
c
的调和信号，公共接收机对接收到的调和信号进行虚拟地正交分解，得到2个虚拟调和信号分量，即：
[0076][0077]
其中，调和信号p
e
表示调和发射机发送调和信号的发射功率，s
c1
和s
c2
表示虚拟调和信号分量，〈s
c1
,s
c2
>表示虚拟调和信号分量s
c1
和s
c2
的内积，|
·
|表示计算模值。
[0078]
(2c)公共接收机rx0接收到的来自期望发射机tx1和tx2的实际发送信号为该分量与虚拟调和信号分量s
ck
(k＝1,2)相互作用，得到s
ck
s
′
k
，s
ck
s
′
k
也是公共接收机恢复出的第k路期望信号s
k
，即s
k
＝s
ck
s
′
k
，其中，和表示期望发射机的发射功率。
[0079]
步骤3，调和发射机通过遍历以选定一个合适的正交基，并将该正交基包含的基向量所表征的空间特征作为在公共接收机处恢复的多路期望信号的方向，进而求解能够与期望发射机的实际发送信号相互作用，以在公共接收机处恢复出期望信号的调和信号，并进一步得到调和信号携带的调和发送数据x
c
及其调和预编码向量p
c
，其中调和信号可虚拟地分解成多个相互正交的虚拟调和信号分量，调和发射机将调和信号的信息以及所选定的正交基共享给所有期望发射机，并将所选定的正交基同时共享给公共接收机，调和发射机将调和信号发送到公共接收机；
[0080]
(3a)调和发射机根据不同的正交基进行多址设计会产生不同的调和信号功率开销，为了使在给定的正交基下最小化调和信号的功率开销，将恢复出的期望信号s1和s2的单位方向向量记为和则实际发送信号在期望信号方向上的正交投影为可以得到虚拟调和信号分量为式(2)，其中k＝1,2，由和所构成的正交向量构成一组正交基。调和发射机根据期望发射机的实际发送信号s
′
k
，可以通过遍历得到使调和信号功率开销最小的正交基，该正交基包含的向量即表示公共接收机rx0恢复出的两路期望信号的方向。
[0081]
(3b)令η1＝||s
c1
||2，η2＝||s
c2
||2表示第k(k＝1,2)个期望发射机发送的信号所需的虚拟调和信号分量的功率开销，在区间(0,||s1′
||2)内对η1进行遍历取值，对于遍历过程中的每一个η1值，都可以在k＝1时根据式(2)得到一个单位向量并判断每一个在k＝1时符合式(3)的第一个子式的单位向量对k＝1时满足式(3)的第一个子式的及其对应的η1进行保存，对于一个η1，可能会出现多个在k＝1时符合式(3)的第一个子式的对于每一个符合式(3)的第一个子式的根据求解单位向量且所得单位向量需在k＝2时满足式(3)的第一个子式，根据η2＝||s
c2
||2求解η2，将这些符合式(3)的和分别记作和并保存每一组对应的功率开销，第t组对应的功率开销记为得到调和功率开销，选取最小的记为并得到对应的和分别记为和则和即为遍历得到的正交基，将期望发射机
发送的信号恢复到该正交基包含的基向量所表征的空间方向上，调和发射机的功率开销最小，为调和信号可以表示为：
[0082][0083]
(3c)计算调和信号的发射预编码向量以及调和信号携带的调和发送数据。根据以及计算得到的最小功率开销p
cmin
可得以及按照式(11)得到的调和信号，令参数a1，a2，b1和b2为已知量，调和发射机的发送数据符号可以表示为x
c
＝a
c
b
c
i(定义可得b
c
＝a
c tanθ
c
)，其中θ
c
由调和发射机在相位区间[0,2π)选取。调和信号的预编码向量其中a
c1
，a
c2
，b
c1
和b
c2
为未知数，且||p
c
||＝1，则有由此可以得到则根据复数的实部和虚部对应相等的原则，可以得到方程组式(5)，其中k＝1,2。
[0084]
对式(5)所包含的所有子式的等号两边取平方并相加，可得故可以得到调和信号携带的符号为：
[0085]
x
e
＝a
c
a
c tanθ
c
i (12)
[0086]
由||p
c
||＝1，对等号两边同时除以可得可得到调和信号的预编码向量为：
[0087][0088]
调和发射机将调和信号的信息以及遍历所得的正交基共享给所有期望发射机，并同时将所得的正交基共享给公共接收机，调和发射机向公共接收机发送一路携带调和数据的调和信号。
[0089]
步骤4，期望发射机tx1和tx2根据来自调和发射机的选定的正交基确定公共接收机处的匹配滤波向量，并计算滤波后的期望数据增益α1和α2，然后将计算所得的期望数据增益发送给公共接收机，公共接收机采用调和发射机共享的正交基确定滤波向量对接收到的混合信号进行滤波，并用滤波输出除以期望数据增益，恢复出期望数据x1和x2。
[0090]
(4a)期望发射机tx
k
(k＝1,2)用波束成形的方式，以发射功率和预编码p
k
(k＝1,2)分别向公共接收机发送数据x1′
和x2′
的信号，调和发射机以发射功率p
cmin
和调和预编码p
c
向公共接收机发送携带调和发送数据x
e
的调和信号，在公共接收机处，对恢复出的期望信号分量进行匹配滤波，期望发射机根据来自调和发射机的选定的正交基确定公共接收机处的匹配滤波向量，该滤波向量记为和则期望发射机可以根据调和发射机共享的调和信号信息和正交基计算出滤波后得到的期望数据的增益为：
[0091][0092]
(4b)期望发射机将滤波后的期望数据增益发送给公共接收机，公共接收机采用调和发射机共享的正交基确定滤波向量对接收到的混合信号进行滤波，并用滤波输出除以期望数据增益，恢复出期望数据x1和x2：
[0093][0094]
可以得到系统的频谱效率为：
[0095][0096]
图4给出了本发明的控制信息交互示意图。如图所示，第一阶段对应于步骤(1)，期望发射机将其信道状态信息共享给公共接收机，并将实际发送的符号信息共享给调和发射机，然后公共接收机再将期望发射机的信道状态信息共享给调和发射机。第二阶段对应于步骤(3)和(4)，调和发射机根据遍历得到的正交基和调和信号，并将调和信号和选定的正交基共享给期望发射机，也将选定的正交基共享给公共接收机，期望发射机根据调和发射机共享的正交基和调和信号信息，进一步计算得到期望数据增益，然后将此增益共享给公共接收机。
[0097]
下面结合仿真对本发明的应用效果作详细的描述。
[0098]
一、仿真条件：
[0099]
为了对本发明性能进行评估，我们假设通信系统包括两个期望发射机tx1和tx2，一个调和发射机tx
c
以及一个公共接收机rx0，假设所有发射机和接收机均配置两根天线。tx1和tx2采用bpsk调制，且分别向rx0发送数据x1′
和x2′
的实际发送信号s1′
和s2′
。期望发射机向公共接收机传输的期望数据为x1和x2，其中x1′
,x2′
,x1,x2均取自调制符号集ω＝{
‑
1,1}。
tx1和tx2的发射功率相同，为噪声功率为信噪比(signal
‑
to
‑
noise ratio,snr)为在仿真中，选取snr∈[
‑
10,20]db。
[0100]
将zf、mf、is、in以及vsdma与所提方案在上述通信场景中进行性能仿真与比较。
[0101]
二、仿真内容：
[0102]
说明书附图的图5给出了期望发射机个数n＝2时，采用spd
‑
vsdma、zf、mf、is、in以及vsdma的系统平均频谱效率(spectral efficiency,se)随信噪比变化的情况。如图4所示，spd
‑
vsdma与vsdma的se性能几乎重叠，并且优于其它方法的se，这是由于spd
‑
vsdma与vsdma均能够保证恢复得到的多路期望信号在公共接收机处互相正交，从而消除了多路期望信号间的相互干扰。采用zf接收，虽然期望信号间也不存在干扰，但是期望信号的功率会有所损失，因此spd
‑
vsdma的性能优于zf。在低信噪比时，mf的se优于zf，与spd
‑
vsdma接近。这是由于mf能够最大化期望信号功率的接收，其性能主要取决于干扰的强度，当信噪比低时，两路期望信号间的干扰较小，噪声是影响se的主要因素，因此mf的性能与spd
‑
vsdma相当；当信噪比升高时，并发信号之间的干扰增强，mf的接收信干噪比降低，导致其性能劣于spd
‑
vsdma。应当注意的是，以上关于is和in的对比仿真中，期望发射机的总发射功率是相等的，即spd
‑
vsdma的调和发射机的功率会被平均分配给is和in的两个期望发射机。采用is时，期望发射机需要消耗一部分的功率用于导向信号的发送，以使公共接收机观测到的多路期望信号互相正交，但是导向信号的功率开销会使用于期望数据发送的功率降低，因此is的se劣于spd
‑
vsdma。由于两个期望发射机的发射功率相同，in需要较高的功率开销，导致用于发送期望数据的功率更小，而且in为了恢复出期望信号，会中和掉一路干扰，使得在接收机处只能恢复出一路数据信息，所以in的se最低。
[0103]
图6给出spd
‑
vsdma和vsdma的调和功率开销的仿真比较，我们将两种方法的调和功率开销对vsdma的功率开销进行归一化。如图所示，spd
‑
vsdma的调和功率开销始终低于vsdma，约为vsdma功率开销的93％。这是因为相比于vsdma，spd
‑
vsdma通过遍历得到使调和信号功率开销最小的一组正交基，能够最大程度地节约调和发射机的功率开销。
[0104]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。