[发明专利]一种基于非正交多址接入技术的稳健波束成形的设计方法

说明书

本发明公开了一种基于非正交多址接入技术的稳健波束成形的设计方法，本发明建立NOMA的系统模型，在满足用户服务质量的同时能最小化发射功率，满足未来移动通信技术中节能减耗的要求，利用凸优化方法，对所建非凸的系统函数松弛变换，然后利用内点法进行求解。由于所求的解是松弛后的结果，对不满足原问题中的解需要利用高斯随机近似算法求原问题的近似解，相比于现有的建模及处理方法，本发明能在估计误差存在的条件下消耗最小的发射功率保证用户的服务质量。

技术领域

本发明涉及涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于非正交多址接入技术的稳健波束成形的设计方法。

背景技术

随着移动终端的普及和互联网、物联网的飞速发展，第四代移动通信(4G)已经逐渐不能满足现代人们的生活生产需求。多家公司相继提出5G标准，主要包括连接设备的海量性、频谱利用的高效性、传输速率的低时延和应用的多样性等特点。面对5G的标准，空口技术必须具有相当的灵活性，4G中的多址接入技术不再适用与5G的场景中。为了应对5G的挑战，进一步提升系统容量和频谱效率，基于非正交多址接入(Non-Orthogonal MultipleAccess，简称NOMA)的无线传输技术成为未来移动通信系统的最具前景的技术之一，逐渐引起学术界和工业界的兴趣。

非正交多址接入技术是一种新型的多址接入技术。相比较于现有的正交多址接入技术，非正交多址接入允许多用户共享同样的无线资源，采用更先进的接收机实现信号的译码与干扰的消除。非正交多址接入技术具有传输速率大，频带利用率高，支持更多设备连接等诸多优点。目前，主流的非正交多址接入是将多用户的信号同时接入同一频段，通过多用户不同的信道增益，控制发送功率域进行叠加传输。采用串行干扰消除接收端，利用用户信号的信噪比不同实现用户信息的最优接收，基本原理如图1。

通过自动功率控制的多址接入一大优势是其设计比较简单，除了用户信号间的联合调制之外，在发射机侧的物理层设计过程中几乎没有大的变化。然而，就是由于这样的简单性，除了根据用户数据间的功率不同的特征之外，没有其他方法来区分来自不同数据层的数据符号。另一方面，无线信道并不像有线信道固定并可预见，而是受各种因素的影响具有很大的随机性。实际应用中对信道进行估计时，由于估计误差、量化误差和反馈时延等，发射机和接收机之间估计的信道状态信息存在误差。信道估计的精度将直接影响整个系统的性能，较小的信道状态信息(CSI)估计误差往往带来通信系统性能严重下降。因此，在研究NOMA的功率分配时应该考虑CSI误差，用更稳健的方法去设计波束成形向量。

随着NOMA的出现，稳健算法在其中的应用也相继展开。目前许多学者已研究出单天线的功率控制算法，对于多天线下存在信道估计误差的稳健波束成形设计仍然是一个开放的问题。目前研究者针对不同信道估计误差建模的方法，致力于寻找足够优良的的稳健波束成形算法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供一种基于非正交多址接入技术的稳健波束成形的设计方法，以抵抗由于信道估计中的二阶无界误差中导致系统性能的下降。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种基于非正交多址接入技术的稳健波束成形的设计方法，具体包括系统函数建模和非凸原问题的处理：

所述系统函数建模具体包含如下步骤：

步骤1，对蜂窝网中MISO单小区下行链路中存在的二阶无界的信道估计误差进行建模；

步骤2，将用户根据信道的增益不同进行排序，由SIC译码的顺序建立用户的信噪比公式；

步骤3，确定中断事件产生的条件，建立满足用户服务质量的概率约束条件最小化发射功率的系统函数；

所述非凸原问题的处理具体包含如下步骤：

步骤4，用半正定规划整理原问题，简化带中断事件的概率约束条件；