一种正交功率分层多址传输方法

1.本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种正交功率分层多址传输方法。


背景技术：

2.在无线通信技术领域，多址技术是重要的研究内容，现有方案主要包括时分、频分、码分等几种典型的多址和复用方式，通过为不同用户分配不同的时间资源、频谱资源或地址码来实现系统中多用户的区分。然而，现有方案存在一定的缺陷，在信号设计上难以兼顾正交性和良好的时频能量分布特性，因此限制了其在双选信道下抗衰落性能的提升。这导致现有多址系统误码性能仍然比较差，传输可靠性较低，因此，设计新型多址传输方法以进一步提升系统性能具有研究的价值。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为解决由于现有多址系统在信号设计上难以兼顾正交性和时频能量分布特性，导致在双选信道下误码性能差、通信可靠性低的问题，而提出了一种正交功率分层多址传输方法。
4.本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
5.一种正交功率分层多址传输方法，在上行链路，所述方法具体为：
6.步骤s1、对多址系统中的各用户进行编号，并分别对每个用户信源产生的基带数据进行调制；
7.其中，第i
′
个用户对应的调制结果为xi′
，i
′
＝1,2,3,...,m，m代表用户总数；
8.步骤s2、分别对多址系统中每个用户的调制结果进行符号映射，得到每个用户的符号映射结果；
9.其中，第i
′
个用户的符号映射结果si′
为：
[0010][0011]
其中，表示p行列的零矩阵；γ表示p行列的零矩阵，uk,k＝1,2,3,...,m是为第k个用户分配的资源块数，满足n是正整数；
[0012]
xi′
表示p行ui′
列的信号矩阵，信号矩阵xi′
由如下方式生成：
[0013]
xi′
t
＝mat(xi′
)
[0014]
其中，mat(
·
)表示矩阵化算子，上角标t代表矩阵的转置；
[0015]
步骤s3、对步骤s2获得的符号映射结果进行正交功率分层调制，分别获得每个用户对应的正交功率分层调制结果；
[0016]
其中，第i
′
个用户的正交功率分层调制结果为ti′
；
[0017]
ti′
＝vec(si′
fe)
[0018]
其中，vec(
·
)表示向量化算子，fe表示变换矩阵；
[0019]
步骤s4、分别对每个用户的正交功率分层调制结果进行处理，再将每个用户对应的处理结果分别通过天线发射至信道；
[0020]
步骤s5、接收机对从信道中接收的信号进行处理，获得数字基带信号r；
[0021]
步骤s6、对步骤s5获得的数字基带信号r进行数据恢复，得到恢复后的数字基带信号r：
[0022][0023]
其中，表示反变换矩阵；
[0024]
步骤s7、根据步骤s6获得的数字基带信号r进行用户数据提取，分别提取出每个用户传输的数据；
[0025]
提取出的第i
′
个用户传输的数据yi′
为：
[0026]
yi′
＝vec(gi′rt
)
[0027]
其中，gi′
为数据提取矩阵；
[0028]
所述数据提取矩阵gi′
由如下方式生成：
[0029][0030]
其中，φ表示ui′
行列的零矩阵，ψ表示ui′
行列的零矩阵，表示ui′
行ui′
列的单位矩阵；
[0031]
步骤s8、分别对提取出的每个用户传输的数据进行数字解调，恢复出每个用户的0、1比特数据。
[0032]
进一步地，所述变换矩阵fe为：
[0033][0034]
其中，[fe]
w,v
表示矩阵fe中的第w行第v列元素，w＝0,1,...,l-1，v＝0,1,...,l-1，i为虚数单位，exp(
·
)表示以自然常数e为底的指数函数，βq为变换参数；
[0035]
变换参数βq,q＝0,1,...,l-1由如下方法生成：
[0036][0037]
其中，表示向下取整，mod表示取余数。
[0038]
进一步地，所述反变换矩阵为：
[0039]
[0040]
其中，表示矩阵中的第w行第v列元素。
[0041]
进一步地，所述矩阵化算子mat(
·
)由如下方式实现：
[0042][0043]
其中，mat(h)表示将长度为n的列向量h转换为大小为a
×
b的矩阵，n＝ab；ed＝[01×
(d-1)
101×
(b-d)
]
t
表示长度为b的列向量，bd＝[0a×
δ i
a 0a×
γ
]
t
表示大小为n
×
a的矩阵，δ＝a(d-1)，γ＝a(b-d)；
[0044]
向量化算子vec(
·
)为：
[0045][0046]
其中，vec(h)表示将大小为a
×
b的矩阵h转换为长度为n的列向量，n＝ab。
[0047]
更进一步地，所述步骤s4中，分别对每个用户的正交功率分层调制结果进行处理，处理的方式具体为：
[0048]
每个用户的正交功率分层调制结果均依次经过添加循环前缀、数/模转换和上变频处理；
[0049]
所述步骤s5中，接收机对从信道中接收的信号进行处理，处理方法为：
[0050]
信号通过信道的传输到达接收端，接收机对接收到的信号依次进行下变频、模/数转换、移除循环前缀和信道均衡处理。
[0051]
一种正交功率分层多址传输方法，在下行链路，所述方法具体为：
[0052]
步骤c1、对多址系统中的各用户进行编号，并分别对传输的每个用户的基带数据进行调制；
[0053]
其中，第i
′
个用户数据对应的调制结果为bi′
，i
′
＝1,2,3,
…
,m，m代表用户总数；
[0054]
步骤c2、对步骤c1获得的调制结果进行符号映射，得到符号映射结果q：
[0055]
q＝[b
1 b
2 ... b
m 0
p
×
(l-m)
]
p
×
l
[0056]
其中，bi′
表示p行ui′
列的信号矩阵，ui′
是为第i
′
个用户分配的资源块数，l＝2n，n是正整数，bi′
由如下方式生成：
[0057]bi
′
t
＝mat(bi′
)
[0058]
其中，mat(
·
)表示矩阵化算子；
[0059]
步骤c3、对步骤c2获得的符号映射结果q进行正交功率分层调制，得到长度为pl的基带发送序列z；
[0060]
z＝vec(qfe)
[0061]
其中，vec(
·
)表示向量化算子，fe表示变换矩阵；
[0062]
步骤c4、对步骤c3获得的基带发送序列z进行处理，再将处理结果通过天线发射至信道；
[0063]
步骤c5、接收机从信道中接收信号，并对接收到的信号进行处理，获得处理后的数字基带信号f；
[0064]
步骤c6、对步骤c5中获得的处理后数字基带信号f进行数据恢复，得到数据恢复结
果f；
[0065][0066]
其中，表示反变换矩阵；
[0067]
步骤c7、根据数据恢复结果f进行用户数据提取，提取出传输的第i
′
个用户的数据，i
′
＝1,2,3,...,m；
[0068]
提取出传输的第i
′
个用户的数据为yi′
：
[0069]
yi′
＝vec(gi′ft
)
[0070]
其中，gi′
为数据提取矩阵；
[0071]
数据提取矩阵gi′
由如下方式生成：
[0072][0073]
其中，φ表示ui′
行列的零矩阵，uk表示为第k个用户分配的资源块数，ψ表示ui′
行列的零矩阵，表示ui′
行ui′
列的单位矩阵；
[0074]
步骤c8、每个用户分别对提取出的数据yi′
进行数字解调，恢复出每个用户的0、1比特数据。
[0075]
进一步地，所述变换矩阵fe表示为：
[0076][0077]
其中，[fe]
w,v
表示矩阵fe中的第w行第v列元素，w＝0,1,...,l-1，v＝0,1,...,l-1，i为虚数单位，exp(
·
)表示以自然常数e为底的指数函数，变换参数βq,q＝0,1,...,l-1由如下方法生成：
[0078][0079]
其中，表示向下取整，mod表示取余数。
[0080]
进一步地，所述反变换矩阵为：
[0081][0082]
其中，表示矩阵中的第w行第v列元素。
[0083]
进一步地，所述矩阵化算子mat(
·
)由如下方式实现：
[0084][0085]
其中，mat(h)表示将长度为n的列向量h转换为大小为a
×
b的矩阵，n＝ab；ed＝[01×
(d-1) 1 01×
(b-d)
]
t
表示长度为b的列向量，bd＝[0a×
δ i
a 0a×
γ
]
t
表示大小为n
×
a的矩阵，δ＝a(d-1)，γ＝a(b-d)。
[0086]
更进一步地，所述向量化算子vec(
·
)为：
[0087][0088]
其中，vec(h)表示将大小为a
×
b的矩阵转换为长度为n的列向量，n＝ab。
[0089]
本发明的有益效果是：
[0090]
本发明提出了一种正交功率分层多址传输方法，在本发明所提方案中，通过信号功率分层叠加来实现多用户的正交多址与复用，不同用户可以占据相同的时频资源而不会产生相互干扰。在发送端，对经过符号映射的信号进行变换实现正交功率分层调制；在接收端，对经过反变换的信号进行用户数据提取来完成不同用户传输信号的恢复。由于在保证信号正交性的同时实现了良好的信号能量时频分布设计，因此在双选信道下，所提方案具有较强的信道补偿能力，大幅度提升了系统的误码性能，保证了多址系统的通信可靠性。同时该方法对现有通信方法具有较好的兼容性。
附图说明
[0091]
图1是本发明的一种正交功率分层多址传输方法的上行链路发射机系统框图；
[0092]
图2是本发明的一种正交功率分层多址传输方法的上行链路接收机系统框图；
[0093]
图3是本发明的一种正交功率分层多址传输方法的下行链路发射机系统框图；
[0094]
图4是本发明的一种正交功率分层多址传输方法的下行链路接收机系统框图。
具体实施方式
[0095]
具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式。本实施方式所述的一种正交功率分层多址传输方法，在上行链路，所述方法具体为：
[0096]
步骤s1、对多址系统中的各用户进行编号，并分别对每个用户信源产生的基带数据进行调制；
[0097]
其中，第i
′
个用户对应的调制结果为xi′
，i
′
＝1,2,3,
…
,m，m代表用户总数；
[0098]
步骤s2、分别对多址系统中每个用户的调制结果进行符号映射，得到每个用户的符号映射结果；
[0099]
其中，第i
′
个用户的符号映射结果si′
为：
[0100][0101]
其中，表示p行列的零矩阵；γ表示p行列的零矩阵，uk,k＝1,
2,3,
…
,m是为第k个用户分配的资源块数，满足n是正整数；
[0102]
xi′
表示p行ui′
列的信号矩阵，信号矩阵xi′
由如下方式生成：
[0103]
xi′
t
＝mat(xi′
)
[0104]
其中，mat(
·
)表示矩阵化算子，上角标t代表矩阵的转置；
[0105]
步骤s3、对步骤s2获得的符号映射结果进行正交功率分层调制，分别获得每个用户对应的正交功率分层调制结果；
[0106]
其中，第i
′
个用户的正交功率分层调制结果为ti′
；
[0107]
ti′
＝vec(si′
fe)
[0108]
其中，vec(
·
)表示向量化算子，fe表示变换矩阵；
[0109]
步骤s4、分别对每个用户的正交功率分层调制结果进行处理，再将每个用户对应的处理结果分别通过天线发射至信道；
[0110]
步骤s5、接收机对从信道中接收的信号进行处理，获得数字基带信号r；
[0111]
步骤s6、对步骤s5获得的数字基带信号r进行数据恢复，得到恢复后的数字基带信号r：
[0112][0113]
其中，表示反变换矩阵；
[0114]
步骤s7、根据步骤s6获得的数字基带信号r进行用户数据提取，分别提取出每个用户传输的数据；
[0115]
提取出的第i
′
个用户传输的数据yi′
为：
[0116]
yi′
＝vec(gi′rt
)
[0117]
其中，gi′
为数据提取矩阵；
[0118]
所述数据提取矩阵gi′
由如下方式生成：
[0119][0120]
其中，φ表示ui′
行列的零矩阵，ψ表示ui′
行列的零矩阵，表示ui′
行ui′
列的单位矩阵；
[0121]
步骤s8、分别对提取出的每个用户传输的数据进行数字解调，恢复出每个用户的0、1比特数据。
[0122]
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述变换矩阵fe为：
[0123][0124]
其中，[fe]
w,v
表示矩阵fe中的第w行第v列元素，w＝0,1,
…
,l-1，v＝0,1,
…
,l-1，i为虚数单位，exp(
·
)表示以自然常数e为底的指数函数，βq为变换参数；
[0125]
变换参数βq,q＝0,1,
…
,l-1由如下方法生成：
[0126][0127]
其中，表示向下取整，mod表示取余数。
[0128]
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0129]
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，所述反变换矩阵为：
[0130][0131]
其中，表示矩阵中的第w行第v列元素，变换参数βq,q＝0,1,
…
,l-1与具体实施方式二所述相同。
[0132]
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
[0133]
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是，所述矩阵化算子mat(
·
)由如下方式实现：
[0134][0135]
其中，mat(h)表示将长度为n的列向量h转换为大小为a
×
b的矩阵，n＝ab；ed＝[01×
(d-1) 1 01×
(b-d)
]
t
表示长度为b的列向量，bd＝[0a×
δ i
a 0a×
γ
]
t
表示大小为n
×
a的矩阵，δ＝a(d-1)，γ＝a(b-d)；
[0136]
向量化算子vec(
·
)为：
[0137][0138]
其中，vec(h)表示将大小为a
×
b的矩阵h转换为长度为n的列向量，n＝ab。
[0139]
其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
[0140]
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是，所述步骤s4中，分别对每个用户的正交功率分层调制结果进行处理，处理的方式具体为：
[0141]
每个用户的正交功率分层调制结果均依次经过添加循环前缀、数/模转换和上变频处理；
[0142]
所述步骤s5中，接收机对从信道中接收的信号进行处理，处理方法为：
[0143]
信号通过信道的传输到达接收端，接收机对接收到的信号依次进行下变频、模/数转换、移除循环前缀和信道均衡处理。
[0144]
其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
[0145]
具体实施方式六、结合图3和图4说明本实施方式。本实施方式所述的一种正交功率分层多址传输方法，在下行链路，所述方法具体为：
[0146]
步骤c1、对多址系统中的各用户进行编号，并分别对传输的每个用户的基带数据进行调制；
[0147]
其中，第i
′
个用户数据对应的调制结果为bi′
，i
′
＝1,2,3,...,m，m代表用户总数；
[0148]
步骤c2、对步骤c1获得的调制结果进行符号映射，得到符号映射结果q：
[0149]
q＝[b
1 b
2 ... b
m 0
p
×
(l-m)
]
p
×
l
[0150]
其中，bi′
表示p行ui′
列的信号矩阵，ui′
是为第i
′
个用户分配的资源块数，l＝2n，n是正整数，bi′
由如下方式生成：
[0151]bi
′
t
＝mat(bi′
)
[0152]
其中，mat(
·
)表示矩阵化算子；
[0153]
步骤c3、对步骤c2获得的符号映射结果q进行正交功率分层调制，得到长度为pl的基带发送序列z；
[0154]
z＝vec(qfe)
[0155]
其中，vec(
·
)表示向量化算子，fe表示变换矩阵；
[0156]
步骤c4、对步骤c3获得的基带发送序列z进行处理，再将处理结果通过天线发射至信道；
[0157]
对基带发送序列z进行处理是指对基带发送序列依次进行添加循环前缀、数/模转换和上变频处理；
[0158]
步骤c5、接收机从信道中接收信号，并对接收到的信号进行处理，获得处理后的数字基带信号f；
[0159]
接收机对接收到的信号进行处理是指对接收到的信号依次进行下变频、模/数转换、移除循环前缀和信道均衡处理；
[0160]
步骤c6、对步骤c5中获得的处理后数字基带信号f进行数据恢复，得到数据恢复结果f；
[0161][0162]
其中，表示反变换矩阵；
[0163]
步骤c7、根据数据恢复结果f进行用户数据提取，提取出传输的第i
′
个用户的数据，i
′
＝1,2,3,...,m；
[0164]
提取出传输的第i
′
个用户的数据为yi′
：
[0165]
yi′
＝vec(gi′ft
)
[0166]
其中，gi′
为数据提取矩阵；
[0167]
数据提取矩阵gi′
由如下方式生成：
[0168][0169]
其中，φ表示ui′
行列的零矩阵，uk表示为第k个用户分配的资源块数，ψ表示
ui′
行列的零矩阵，表示ui′
行ui′
列的单位矩阵；
[0170]
步骤c8、每个用户分别对提取出的数据yi′
进行数字解调，恢复出每个用户的0、1比特数据。
[0171]
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是，所述变换矩阵fe表示为：
[0172][0173]
其中，[fe]
w,v
表示矩阵fe中的第w行第v列元素，w＝0,1,...,l-1，v＝0,1,...,l-1，i为虚数单位，exp(
·
)表示以自然常数e为底的指数函数，变换参数βq,q＝0,1,...,l-1由如下方法生成：
[0174][0175]
其中，表示向下取整，mod表示取余数。
[0176]
其它步骤及参数与具体实施方式六相同。
[0177]
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是，所述反变换矩阵为：
[0178][0179]
其中，表示矩阵中的第w行第v列元素，变换参数βq,q＝0,1,
…
,l-1与具体实施方式七所述相同。
[0180]
其它步骤及参数与具体实施方式六或七相同。
[0181]
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是，所述矩阵化算子mat(
·
)由如下方式实现：
[0182][0183]
其中，mat(h)表示将长度为n的列向量h转换为大小为a
×
b的矩阵，n＝ab；ed＝[01×
(d-1) 1 01×
(b-d)
]
t
表示长度为b的列向量，bd＝[0a×
δ i
a 0a×
γ
]
t
表示大小为n
×
a的矩阵，δ＝a(d-1)，γ＝a(b-d)。
[0184]
其它步骤及参数与具体实施方式六至八之一相同。
[0185]
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是，所述向量化算子vec(
·
)为：
[0186][0187]
其中，vec(h)表示将大小为a
×
b的矩阵转换为长度为n的列向量，n＝ab。
[0188]
其它步骤及参数与具体实施方式六至九之一相同。
[0189]
本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的计算模型和计算流程，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。