[发明专利]一种低成本的大规模非正交多接入方法

说明书

本发明公开了一种低成本的大规模非正交接入方法。小区中心布置一个多天线基站，周围的设备分成若干个簇。基站和设备之间的数据传输分为三个部分：信道估计，上行数据传输和下行数据传输。首先通过优化方案确定这个三个部分的时长，然后开始传输数据。信道估计阶段，所有设备同时向基站发射训练序列，基站通过信道估计获得每个簇的等效信道状态信息。上行数据传输阶段，设备通过叠加编码将信号发射出去，基站端通过接收波束接收信号。下行数据传输阶段，基站对每个簇的发射信号进行叠加编码，然后把叠加编码后的信号再经波束成形后发射出去。本发明为构建低成本的大规模接入的物联网提供了一种有效的无线接入方法。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种低成本的大规模非正交多接入方法。

背景技术

近年来，移动互联网的兴起使得物联网行业得到了飞速发展，未来的无线网络需要支持大规模设备的同时接入。在当前广泛采用的正交多接入技术中，如时分多址接入(TDMA)、频分多址接入(FDMA)和码分多址接入(CDMA)，一个无线资源块只能分配给一个设备。由于无线资源的稀缺性，传统的正交多址接入技术很难支持大规模设备的同时接入。在这种情况下，非正交多接入技术得到了大量的研究，并被广泛认为是5G等未来宽带无线通信系统的关键技术之一。

非正交多址接入技术主要利用发射端的叠加编码和接收端的串行干扰抵消实现高效的多设备接入。当接入设备数较大时，串行干扰抵消的复杂度将非常大。因此需要将设备分为多个簇，并只在每个簇内进行串行干扰抵消，从而有效降低设备的计算复杂度。然而，设备分簇将引入新的簇间干扰。为了进一步提高非正交多址接入技术的性能，必须有效抑制簇间干扰。另外，在大规模设备接入的情况下，传统的正交信道估计方法需要极长的训练序列，这将导致每个时隙只有很少的时间用于信号传输，且如果训练序列大于信道的相干时间，这将导致信道估计的失效。

此外，随着基站天线数量的剧增，高精度的模数转换将会大大提高通信设备的成本，从而限制通信事业的发展。在基站采用低精度的模数转换方案，可以有效降低通信设备的成本。另外，由于物联网节点的快速增长，网络耗能也在不断攀升。合适的分配信道估计时长，上行数据传输时长和下行数据传输时长，可以有效地降低通信系统的总能量消耗。

发明内容

本发明为了解决上述方案中大规模设备接入时训练序列较长、频谱效率较低、计算复杂度较高、高模数转换精度会提高成本、信息传输耗能较高等问题，提出了一种低成本的大规模非正交多接入方法。

本发明所采用的具体技术方案如下:

一种低成本的大规模非正交多接入方法，包括如下步骤：

1)基站根据信道长期统计信息，获得所有下行信道的大尺度衰落信息α_i,i＝1...N，其中N为设备的数量；

2)基于下行信道的大尺度衰落信息，基站将设备分为M个簇，其中第m个簇包含N_m个设备；

3)基站根据时长优化方案确定信道估计阶段、上行数据传输阶段和下行数据传输阶段的时长；

4)信道估计阶段，基于一种非正交的信道估计方法，基站可以获得第m个簇的散射部分的等效信道状态信息

5)基站根据所获得的等效信道状态信息，为第m个簇设计接收波束和发射波束

6)在上行数据传输阶段，所有设备的信号通过叠加编码的方式发送出去，基站通过接收波束接收信号；

7)基站接收信号，通过串行干扰抵消方法获取有效信号；

8)在下行信息传输阶段，基站将每个簇内的所有设备的信号进行叠加编码，然后通过发射波束对叠加编码后的信号进行波束成形，最后将波束成形后的信号一起发射出去；

9)设备接收信号，通过串行干扰抵消方法获取有效信号。