[发明专利]多天线空分多址和SCMA非正交多址结合的下行传输方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种多天线空分多址和SCMA非正交多址结合的下行传输方法。本发明的一个目标是在频谱利用率不变的情况下提高每个用户的有效数据速率和保密性。另外，通过与多天线空分多址以及发射端预编码技术的结合，降低接收端解码的复杂度，提高频谱利用率。本发明中提出的新型传输结构相较于传统的ZF预编码+MIMO结构不仅有更高的频谱利用率，误码性能也有提升。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种多天线空分多址和SCMA非正交多址结合的下行传输方法。

背景技术

多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技术通过在无线通信系统的收发两端配置多根天线，能够在单输入单输出(Single Input Single Output，SISO)无线通信系统的基础上，成倍的将系统容量提升，极大地提高了系统的频谱效率(SpectrumEfficient，SE)。垂直贝尔实验室分层空时结构(Vertical-Bell Laboratories Layered-Space-Time,V-BLAST)通常与MIMO系统结合来提升系统频谱效率。在V-BLAST结构中，发射信号可以在空间上进行多路复用，所有天线在同一时刻同时发送信号，但是这也带来了信道间干扰(inter-channel interference，ICI)的问题。如果在接收端采用最小均方误差(Minimum Mean-Squared Error,MMSE)等检测方法来消除ICI干扰，用户端所需硬件的复杂度会随着基站端发射天线的增加呈指数上升，用户终端的功耗也会过高。

针对上述问题，利用信道互异性或者反馈将接收端的信号检测技术相对应地映射为发射端预编码的技术被提出。预编码技术与接收端的检测技术作用基本相当，它们的目的均是为了消除ICI干扰，区别在于发射端的预编码技术解决了接收端使用检测器导致复杂度以及功耗过高的问题。常见的线性预编码算法有迫零(Zero-Forcing,ZF)预编码、最小均方误差预编码和块对角化(Block Diagonalization,BD)预编码等。其中，ZF预编码和BD预编码已被用于长期演进系统(Long Term Evolution,LTE)的非码本预编码传输方式中。

在无线通信系统中，多址接入方式是多用户共享有限资源(时、频、码)的一种有效手段。现有的多址接入方式主要有以下几种：频分多址(Frequency Division MultipleAccess,FDMA)、时分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)、码分多址(CodeDivision Multiple Access,CDMA)。面对低延迟通信，高传输速率，频谱资源稀缺的挑战，很多公司希望利用非正交多址技术改变空口接入方式来提高通信资源的利用率。华为公司提出的稀疏码分多址接入技术(Sparse Code Multiple Access)是一种当前研究比较热门的5G多址接入技术。SCMA通过将用户输入的比特信息流直接映射为多维的稀疏码字，用户共享频谱资源的方式，实现了过载接入，提高了频谱利用率。同时利用码字的稀疏特性，SCMA接收端采用消息传递算法(Message Passing Algorithms,MPA)实现近似最优的多用户检测。

然而上文提及的SCMA技术在用于下行传输时用户端复杂度仍然很高，在与MIMO结构直接结合之后复杂度更是呈指数型上升，同时由于共享频谱资源，即多个用户的数据承载在同一子载波上，使得每个用户都需要解码出所有用户的数据，而其中只有一小部分属于用户自己需要的数据，这就会造成有效数据速率仍然较低且保密性差的问题，这在实际系统中是难以被接受的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是采用一种基于多天线空分多址和SCMA非正交多址结合的新型下行传输方案，从而降低用户端复杂度，提高用户的有效数据速率和保密性，同时在ZF预编码+MIMO基础上提升传输性能。