[发明专利]临空阵列通信非正交多址接入上行传输方法

权利要求书

1.临空阵列通信非正交多址接入上行传输方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、针对上行临空非正交多址接入通信系统，构建地面基站和临空基站之间的通信场景模型；

通信场景包括：1.地面基站对多个临空基站的上行传输；2.临空基站对多个地面用户的上行传输；3.地面基站服务多个低空无人机的上行传输；

步骤二、针对第一种场景模型，地面基站采用半波间距的均匀线性阵列天线，和每个临空基站之间进行毫米波定向通信，得到与各临空基站的信道响应向量；

地面基站和临空基站i的信道响应向量h_i公式为：

其中，i＝1,2；λ_i,l表示临空基站i的第l条径的复系数，L_i表示临空基站i的多径分量总个数，Ω_i,l表示临空基站i的第l条径在地面基站接收角的余弦值，a(·)表示指向向量的函数，其表达式为

a(N,Ω)＝[e^jπ0Ω,e^jπ1Ω,e^jπ2Ω,…,e^jπ(N-1)Ω]

a(N,Ω)取决于阵列天线的几何结构；

步骤三、针对临空基站i的各路径，选择最强路径上的信道响应向量作为地面基站与临空基站i的有效信道响应向量h_i；

h_i＝λ_ia(N,Ω_i)

其中λ_i表示临空基站i的最强路径的复系数，即|λ_i|≥|λ_i,l|；

步骤四、利用恒模约束下的波束赋形向量w，对各临空基站的有效信道增益做出相应排序，得到各空基信号的解码优先级顺序；

波束赋形向量w的恒模约束为各分量模长相等

有效信道增益取决于信道增益和阵列增益，针对有效信道增益空基1的信号解码时的优先级高于空基2的信号解码优先级；

针对有效信道增益空基2的信号解码时的优先级高于空基1的信号解码优先级；

步骤五、地面基站接收两个临空基站同时发射的叠加信号；

信号如下

s_i表示临空基站i给地面基站发送的发射信号，p_i为临空基站i的发射信号功率；n表示地面基站天线上的高斯白噪声，其平均功率记为σ²；

步骤六、针对有效信道增益排序为地面基站将发射信号s₁优先解码并在叠加的信号y中消除掉，再解码发射信号s₂，得到各空基的可达率；

采用串行干扰消除法将发射信号s₁从叠加的信号y中消除；

采用香农公式分别计算两个空基的可达率，如下：

空基1的可达率R₁为：

空基2的可达率R₂为：

步骤七、当所有临空基站的可达率之和达到最大化时，设计联合优化功率控制及波束赋形需满足的约束条件；

可达率之和达到最大化也就是目标函数，如下：

需满足的约束条件如下：

0≤p₁≤P

0≤p₂≤P

其中r_i表示临空基站i的最低可达率约束。P为临空基站的发射信号的最大功率；

步骤八、对需满足的约束条件求解，得到各临空基站相应的功率分配和地面基站的波束赋形方案，取得良好的性能。

2.如权利要求1所述的临空阵列通信非正交多址接入上行传输方法，其特征在于，所述的步骤一中的地面基站对多个临空基站的上行传输的场景，具体构建如下：

地面基站有N元天线阵列，在同一时域/频域/码域资源块内连接2个单天线远程临空基站，两个临空基站分别为空基1和空基2；在地面基站一端，每根天线分支有一个相位转换器和功率放大器，所有的功率放大器有相同的比例因子，因此波束赋形向量，即天线权系数向量每一个分量的模长相等，称之为恒模约束。

3.如权利要求1所述的临空阵列通信非正交多址接入上行传输方法，其特征在于，所述的步骤八具体步骤如下：

首先、将最大化的各个临空基站的可达率之和，拆分为功率控制及波束增益分配子问题和波束赋形两个子问题，并引入中间变量进行转换；

在理想波束赋形下，波束增益满足：

由此，功率控制及波束增益分配子问题表述为：

可达率之和达到最大化为：

需满足的条件如下：

0≤p₁≤P

0≤p₂≤P

波束赋形子问题表述为：

其中，为功率控制及波束增益分配子问题中c₂的最优解；

然后、对转换后的功率控制及波束增益分配子问题进行求解；

最优的功率控制就是两个空间基站都以最大功率发射信号，即

波束增益分配最优解为：

同时、用标准的凸优化工具对转换后的波束赋形子问题进行求解；

通过对波束赋形子问题中的最优相位进行搜索，得到一系列标准凸优化问题：

其中Re()表示复数的实部，M为相位搜索总个数，m＝1,2...,M；

取目标函数值最大的解作为优化问题的最优解w^*，利用w^*来设置各天线权重，从而实现波束赋形。