[发明专利]一种上行MIMO-NOMA无线通信系统波束成形方法

说明书

本发明公开了一种上行MIMO‑NOMA无线通信系统波束成形方法，该方法适用于多小区多用户MIMO‑NOMA无线通信系统上行波束成形，该方法包括以下几个步骤：对于最大化系统总速率问题应用拉格朗日对偶转换和二次转换得到拉格朗日辅助因子以及二次转换辅助向量的表达式；对于转换后的凸优化问题，应用拉格朗日乘子法，得到波束成形向量的表达式；以最大系统总速率为目标，应用迭代运算得到每个用户的波束成形向量。与传统的上行功率分配方法相比，本方法能够得到较好的系统总速率，且应用NOMA的系统性能优于应用正交多址接入系统的性能。

技术领域

本发明涉及无线移动通信领域通信信号传输方法，具体涉及一种上行多入多出非正交多址(MIMO-NOMA)无线通信系统的波束成形的方法。

背景技术

非正交多址接入技术(Non-Orthogonal Multiple Access；NOMA)被认为是第五代移动通信的关键技术。非正交多址接入技术的基本思想是在发射端使用叠加编码，使多个用户的信息在同样的时间、频率资源上传输；在接受端采用串行干扰自消除技术(Successive Interference Cancellation；SIC)进行解码。多输入多输出技术(Multiple-Input Multiple-Output；MIMO)可以同时传输多个数据流，MIMO技术与NOMA系统联合可以进一步提高系统传输速率和频谱利用率。由于NOMA使用串行干扰自消除技术解调时利用的是用户之间的功率差异，所以MIMO-NOMA系统的功率分配和波束成形技术受到广泛的关注。目前已经有很多专家学者对下行MIMO-NOMA功率分配和波束成形方法做了研究，并且证明了NOMA系统性能优于正交多址接入系统。值得一提的是，上行非正交多址接入技术波束成形技术比较困难，目前对上行波束成形方法的研究微乎其微，所以找到一种上行链路波束成形方法极为重要。

经对现有技术的文献检索发现，H.Wang等人在《IEEE Communications Letters,May.2018,vol.22,no.5,pp.1106-1109.(IEEE通信快报，2018年五月，第22卷，第5期，第1106-1109页)》上发表了题为“A Novel Power Minimization Precoding Scheme forMIMO-NOMA Uplink Systems(一种新的MIMO-NOMA上行链路系统功率最小化预编码方案)”一文，该文在已经分好NOMA簇的基础上，提出了一种基于消除簇间干扰的预编码方法，证明了应用该方法的功率消耗低于应用正交多址接入方法的功率消耗。但是，该方法仅仅考虑单小区，不适用于多小区。另检索发现，C.W.Sung and Y.Fu在《2016IEEE 83rd VehicularTechnology Conference(VTC Spring),2016,pp.1-5.(2016年IEEE第83届车载技术大会，2016年，1-56页)》上发表了题为“A Game-Theoretic Analysis of Uplink Power Controlfor a Non-Orthogonal Multiple Access System with Two Interfering Cells(具有两个小区的非正交多址接入系统的上行功率控制的博弈分析)”一文，该文对应用博弈方法对多小区NOMA系统的功率分配问题进行研究，构造了分布式功率控制方法，保证收敛到纳什均衡，且在满足一定条件下该均衡在功率消耗上是最优的。但是遗憾的是该研究只考虑了两个用户的情况，且只用于单天线NOMA的场景。另检索发现，H.Wang等人在《IEEECommunications Letters,Dec.2018,vol.22,no.12,pp.1-6(IEEE通信快报，2018年十二月，第20卷，第12期，第1-6页)》上发表了题为“Precoding Design for Two-Cell MIMO-NOMA Uplink With CoMP Reception(具有协作多点传输的双小区MIMO-NOMA上行链路预编码设计)”，该文以最小功率消耗为目标，提出了一种波束成形方案，对共用同一频率的NOMA用户的预编码矩阵进行联合设计，证明了应用该方法的系统性能优于平均功率和正交多址接入的系统性能。