[发明专利]大规模MIMO空域稀疏非正交接入实现方法

权利要求书

1.大规模MIMO空域稀疏非正交接入实现方法，其特征在于，所述大规模MIMO空域稀疏非正交接入实现方法基于大规模MIMO均匀线性阵列信道模型，首先对高维信道进行低纬度角度域转化，通过低纬度角度域信道空间特性完成用户分簇，以用户簇空间有限信道维数为基准设计发送端非正交映射矩阵，联合迫零法(ZF)和消息传递算法(MPA)在接收端为用户设计非正交解调算法，基于此得出大规模MIMO系统非正交最优传输策略；

所述大规模MIMO空域稀疏非正交接入实现方法包括：

在大规模MIMO系统中，基站天线均匀分布，天线按不同的扩展角映射为角度域的簇；获取基站到用户的角度域信道矩阵；构建稀疏编码映射矩阵，确定功率分配矩阵，并发送数据；采用ZF迫零法和MPA消息传递联合算法可以得到角度域中某一波束中的用户信号；

所述大规模MIMO空域稀疏非正交接入实现方法包括以下步骤：

步骤一：在大规模MIMO系统中，基站有M根均匀分布的天线，天线按不同的扩展角Δθ_j(j＝1,2,...,J)映射为J个角度域的簇，其中第j个角度域l_j表示第j个簇的半径，D_j表示簇中心到基站的距离；

步骤二：第j个角度域使用的波束集合为服务的用户集合为K_j，每个用户装配有N根天线；其中在第j个角度域基站到第K_j个用户的角度域信道矩阵为G_j由第j个角度域的信道矩阵H_j经DFT变换得到；

步骤三：构建稀疏编码映射矩阵F_j，确定功率分配矩阵P_j，并发送数据；发送信号其中是用户数据，F_j是稀疏编码映射矩阵，P_j代表第j个角度域分配的功率；

步骤四：接收信号为其中n_j为服从的加性高斯白噪声，在接收端采用迫零法得到，其中迫零矩阵为归一化因子；定义[s_j]_n,k＝s_j,n,k为传输码字，[F_j]_n,k＝f_j,n,k为波束选择因子，为功率分配因子，因此第n个波束信号为g_j,n,k是G_j,k的第n列；采用MPA消息传递算法得到第j个角度域中第n个波束信号的第k个用户的信号为：

所述构建稀疏编码映射矩阵F_j的方法包括：

(1)依据K_j和d_f初始化和d_v；K_j是服务用户，是波束集合，d_f是单波束最大服务用户数，d_v是单用户最大占用波束数；

(2)基站在每个用户占据的波束上等功率发送训练帧，用户接收到后反馈给基站，基站依据j＝j_u,j_d估计得到该发送功率下用户的信噪比值ζ_j,n,k；其中簇内干扰簇间干扰

(3)如果并且为波束n选择信噪比最大的用户k；是波束n当前分配用户数，是用户k当前占用波束数；

(4)设置对应的稀疏码分复用矩阵中的F_n,k＝1；

(5)当单波束上服务用户数大于d_f时，后续其他用户不可使用该波束；当单用户占用波束大于d_v时，不可再为该用户分配波束，以保持矩阵的稀疏性；

(6)重复(3)和(4)直到无可使用的波束或无待分配的用户；

所述确定功率分配矩阵P_j方法包括：

(1)初始化单簇功率P＝P₀，迭代次数t＝0，功率迭代步长δ，容忍因子ε；

(2)根据公式计算簇j_u的功率，其中α,β,γ是KKT条件下的拉格朗日乘子；

(3)固定簇j_u的功率不变，在P_sum-P的条件下，由(2)计算簇j_d的分配功率并固定簇j_d的功率；

(4)由公式计算不同簇中用户的信噪比；其中如果各个簇中最小的用户信噪比之差小于容忍因子ε，基于公平性的功率分配已完成，结束功率分配；否则，P＝P₀+δ,t＝t+1，继续(3)的过程，直到迭代次数超出。

2.一种应用权利要求1所述大规模MIMO空域稀疏非正交接入实现方法的无线通信系统。