[发明专利]大规模MIMO空域稀疏非正交接入实现方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，公开了大规模MIMO空域稀疏非正交接入实现方法。基站天线均匀分布，天线按不同的扩展角映射为角度域的簇；获取基站到用户的角度域信道矩阵；构建空间稀疏码分矩阵，确定功率分配矩阵，并发送数据；采用ZF迫零法和MPA消息传递联合算法可以得到角度域中某一波束中的用户信号。本发明利用角度域信道特性大幅压缩大规模天线阵列的高维度特性，利用稀疏码分多址技术提升服务用户数量，通过功率调整减少多簇间传输干扰，提升系统容量。本发明在大规模MIMO系统中利用角度域信道特征信息，减少信道反馈开销；采用空间稀疏码分复用技术，提升服务连接数量，为未来密集场景接入提供解决思路。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及大规模MIMO空域稀疏非正交接入实现方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

大规模天线阵列基于多用户波束成形原理，通过在基站布置几百根天线实现在同一频率资源上同时为多个用户传输数据。这种对空间资源的挖掘，可以充分利用有限的频带资源，带来网络容量的巨大提升。因此，大规模天线阵列作为下一代5G通信系统的关键备选技术，在提升能效和频谱利用率方面具有巨大的应用潜力。与此同时，在基于大规模天线阵列的无线通信系统中，如何准确高效的获取信道状态信息(CSI)是亟待解决的难题。就时分复用(TDD)系统而言，基于上下行链路的相关性，通过上行信道训练可以获得信道状态信息 (CSI)。由于频分复用(FDD)系统中上下行信道不再满足相关性，因此采用下行信道训练获取信道状态信息(CSI)，用户估计下行信道并将CSI上行反馈给基站。但是信道训练和CSI反馈的开销与系统中天线规模呈正比，因此在大规模天线系统中，上述获取信道状态信息的方法带来了巨大开销。为了解决这一问题，两阶段预编码方案应运而生，主要包括以下内容：(1)对系统中所有用户按照不同扩展角进行分簇，同一簇内的用户可以近似认为具有相同的信道协方差矩阵。簇与簇之间的协方差矩阵相互独立并且占据不同角度的波束空间。(2)基于上述分簇思想，首先第一阶段采用预波束成形方案以消除不同簇之间的干扰。为了进一步消除簇内干扰，第二阶段采用传统MU-MIMO系统中的预编码技术来区分不同用户，消除簇内子波束之间的干扰。大连接、服务质量(QoS) 保障、高吞吐量、低时延是未来5G通信标准的基本要求。这也意味着在大规模天线阵列通信系统中，同一簇内密集分布着许多用户，并且有大量不同的接入请求。

综上所述，现有技术存在的问题是：

大规模MIMO传输系统通过将大规模MIMO高维信道转换为角度域低维度信道表征用以减少信道反馈开销。一方面，大量方法以此低纬度角度域信道为基准，采用诸如迫零(ZF)及最小均方误差(MMSE)的传统多用户MIMO技术来实现多用户的正交传输，即同时同频服务的用户数等于低纬度角度域信道空间维数，此类方法在设计中直接搬移传统多天线服务用户的策略，在未来超密集网络部署中，大量用户集中于小区特定的位置，在此场景下，正交传输方案受限于低纬度角度域空间维数，难以服务大量用户，限制了网络容量的提升。另一方面，一些方法尝试打破上述正交传输方案的瓶颈，引入了非正交传输策略思想，试图在大规模MIMO中采用诸如稀疏码分多址(SCMA)和模分复用 (PDMA)等新型非正交传输策略来服务用户。目前对于此非正交方案在大规模 MIMO中的应用，现有方法仅仅采用随机矩阵理论等推导SINR，并得出系统和速率、系统容量等理论指标，未考虑大规模MIMO高维信道的有效转化，且并未考虑此类非正交传输策略在大规模MIMO系统中切实有效的实现方案，仅仅基于理想条件得出理论指标分析，缺乏有效、低复杂度的非正交具体实施方案。

解决上述技术问题的难度和意义：

大规模MIMO空域稀疏非正交接入实现方法难点在于发送端非正交映射表征：最优非正交映射矩阵获取、最优功率分配方案获取以及接收端非正交解调算法设计。设计基于大规模MIMO系统的非正交传输机制可以实现空时频资源的过载，有效提升资源利用率，增加服务用户数，为未来超密集场景接入提供解决思路。

发明内容