[发明专利]基于改进梯度投影法的低复杂度MIMO-NOMA系统信号检测方法

说明书

本发明公开一种基于改进梯度投影法的低复杂度MIMO‑NOMA系统信号检测方法，涉及无线通信技术。根据系统活跃用户的稀疏特性，利用凸优化算法思想，将系统模型转化为严格的二次规划问题；然后对该问题进行迭代求解，并对每次迭代结果进行预处理操作，达到对活跃用户及其信号有效的检测。本发明突破了传统检测方法中算法收敛速度慢的问题，对每次迭代结果进行预处理操作，不仅可使检测结果快速收敛，而且还能检测出活跃用户集合，其实现过程简单，应用范围广泛。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种低复杂度系统信号检测方法。

背景技术

在移动通信中，多址接入技术是用来解决多用户多接入问题的技术。从1G到4G，每一代移动通信系统的发展都伴随着多址接入技术的演进。其中，只能提供模拟语音业务的第一代移动通信系统(1G)采用的是频分多址(Frequency Division Multiple Access，FDMA)；第二代移动通信系统(2G)采用的是时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)；能支持数字语音业务和低速的数据业务；第三代移动通信系统(3G)以码分多址来实现多用户接入，用户峰值速率可以达到几十Mbps；第四代移动通信系统(4G)以正交频分多址(Orthogonal Division Multiple Access，OFDM)技术为核心，能大幅度提升数据速率。这四种多址技术分别在频域、时域、码域和时频域实现对资源的正交复用，从而避免多用户间的干扰。随着互联网和物联网的飞速发展，未来5G相比于现有的4G而言，频谱效率需提高5～15倍，连接数密度需提高10倍以上，此外，部分场景的时延要求需达到毫秒量级，同时，需接近100％可靠通信。正交多址方式(Orthogonal Multiple Access，OMA)由于其接入用户数严格受限于可用的正交资源，因此无法满足5G大容量、海量连接、低时延接入等的需求。为了解决这些难题，非正交多址(non-orthogonal multiple access，NOMA)技术作为第五代(fifth generation，5G)移动通信系统物理层关键技术之一，受到国内外学者的广泛关注。与正交多址(orthogonal multiple access，OMA)不同，NOMA通过在有限的资源里服务更多的用户，以实现大规模连接和低延迟传输。为了进一步提高系统频谱效率，现研究将多输入多输出(multiple-input multiple-output，MIMO)技术与NOMA技术相结合，即形成MIMO-NOMA。在MIMO-NOMA系统中，由于各用户间非正交信号干扰的存在，给上行多用户MIMO-NOMA系统信号检测带来了严重的挑战。综上所述，为了加快算法的收敛速度，同时考虑检测算法计算复杂度问题，设计低复杂度检测算法显得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是，针对MIMO-NOMA系统各用户间非正交信号干扰严重，信号检测方法计算复杂度大，本发明提出一种信号检测方法，根据系统活跃用户的稀疏特性，利用凸优化算法思想，将系统模型转化为严格的二次规划问题，然后对该问题进行迭代求解，并对每次迭代结果进行预处理操作，达到对活跃用户及其信号有效的检测。

本发明针对现有技术存在的上述技术问题，提出一种基于改进梯度投影法的低复杂度多输入多输出-非正交多址接入MIMO-NOMA系统信号检测方法。该方法包括步骤：从过载系统复数星座集合中获取第k个用户的发送符号x_k，将发送符号x_k调制到长度为N的扩展序列s_k上，叠加所有活动用户的信号，通过N个正交OFDM子载波同时发送，得到基站全部天线的接收信号矢量y_c；将复数域接收信号矢量y_c和等效信道矩阵H_c转化为实数域接收信号矢量y和等效信道矩阵H；根据公式：建立二次规划问题模型，通过改进的梯度投影算法，对最小化二次规划问题进行迭代求解，并在每次迭代完成后对该次迭代结果进行预处理，重复迭代，直至达到最大跌倒次数，根据预处理结果更新检测支持集Γ⁽ⁱ⁺¹⁾，输出信号检测结果。