一种正交功率分层多址传输方法

技术特征：
1.一种正交功率分层多址传输方法，其特征在于，在上行链路，所述方法具体为：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；其中，第i
′
个用户对应的调制结果为x
i
′
，i
′
＝1,2,3,...,m，m代表用户总数；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；其中，第i
′
个用户的符号映射结果s
i
′
为：s
i
′
＝[λ x
i
′ γ]
p
×
l
其中，λ表示p行列的零矩阵；γ表示p行列的零矩阵，u
k
,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；x
i
′
表示p行u
i
′
列的信号矩阵，信号矩阵x
i
′
由如下方式生成：x
i
′
t
＝mat(x
i
′
)其中，mat(
·
)表示矩阵化算子，上角标t代表矩阵的转置；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；其中，第i
′
个用户的正交功率分层调制结果为t
i
′
；t
i
′
＝vec(s
i
′
f
e
)其中，vec(
·
)表示向量化算子，f
e
表示变换矩阵；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；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；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：其中，表示反变换矩阵；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；提取出的第i
′
个用户传输的数据y
i
′
为：y
i
′
＝vec(g
i
′
r
t
)其中，g
i
′
为数据提取矩阵；所述数据提取矩阵g
i
′
由如下方式生成：其中，φ表示u
i
′
行列的零矩阵，ψ表示u
i
′
行列的零矩阵，表示u
i
′
行u
i
′
列的单位矩阵；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。2.根据权利要求1所述的一种正交功率分层多址传输方法，其特征在于，所述变换矩阵f
e
为：其中，[f
e
]
w,v
表示矩阵f
e
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，β
q
为变换参数；变换参数β
q
,q＝0,1,...,l-1由如下方法生成：其中，其中，表示向下取整，mod表示取余数。3.根据权利要求2所述的一种正交功率分层多址传输方法，其特征在于，所述反变换矩阵为：其中，表示矩阵中的第w行第v列元素。4.根据权利要求3所述的一种正交功率分层多址传输方法，其特征在于，所述矩阵化算子mat(
·
)由如下方式实现：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；e
d
＝[01×
(d-1) 1 01×
(b-d)
]
t
表示长度为b的列向量，b
d
＝[0
a
×
δ i
a 0
a
×
γ
]
t
表示大小为n
×
a的矩阵，δ＝a(d-1)，γ＝a(b-d)；向量化算子vec(
·
)为：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。5.根据权利要求4所述的一种正交功率分层多址传输方法，其特征在于，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：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；
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：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。6.一种正交功率分层多址传输方法，其特征在于，在下行链路，所述方法具体为：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；其中，第i
′
个用户数据对应的调制结果为b
i
′
，i
′
＝1,2,3,...,m，m代表用户总数；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：q＝[b
1 b2ꢀ…ꢀ
b
m 0
p
×
(l-m)
]
p
×
l
其中，b
i
′
表示p行u
i
′
列的信号矩阵，u
i
′
是为第i
′
个用户分配的资源块数，l＝2
n
，n是正整数，b
i
′
由如下方式生成：b
i
′
t
＝mat(b
i
′
)其中，mat(
·
)表示矩阵化算子；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；z＝vec(qf
e
)其中，vec(
·
)表示向量化算子，f
e
表示变换矩阵；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；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；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；其中，表示反变换矩阵；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；提取出传输的第i
′
个用户的数据为y
i
′
：y
i
′
＝vec(g
i
′
f
t
)其中，g
i
′
为数据提取矩阵；数据提取矩阵g
i
′
由如下方式生成：其中，φ表示u
i
′
行列的零矩阵，u
k
表示为第k个用户分配的资源块数，ψ表示u
i
′
行列的零矩阵，表示u
i
′
行u
i
′
列的单位矩阵；
步骤c8、每个用户分别对提取出的数据y
i
′
进行数字解调，恢复出每个用户的0、1比特数据。7.根据权利要求6所述的一种正交功率分层多址传输方法，其特征在于，所述变换矩阵f
e
表示为：其中，[f
e
]
w,v
表示矩阵f
e
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β
q
,q＝0,1,...,l-1由如下方法生成：其中，其中，表示向下取整，mod表示取余数。8.根据权利要求7所述的一种正交功率分层多址传输方法，其特征在于，所述反变换矩阵为：其中，表示矩阵中的第w行第v列元素。9.根据权利要求8所述的一种正交功率分层多址传输方法，其特征在于，所述矩阵化算子mat(
·
)由如下方式实现：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；e
d
＝[01×
(d-1) 1 01×
(b-d)
]
t
表示长度为b的列向量，b
d
＝[0
a
×
δ i
a 0
a
×
γ
]
t
表示大小为n
×
a的矩阵，δ＝a(d-1)，γ＝a(b-d)。10.根据权利要求9所述的一种正交功率分层多址传输方法，其特征在于，所述向量化算子vec(
·
)为：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。

技术总结
一种正交功率分层多址传输方法，它属于无线通信技术领域。本发明解决了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。本发明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。在双选信道下，本发明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。本发明方法可以应用于无线通信技术领域。应用于无线通信技术领域。应用于无线通信技术领域。


技术研发人员：沙学军 宋鸽 房宵杰 李尊琦 廖壮壮
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2022.01.04
技术公布日：2022/4/8