[发明专利]临空阵列通信非正交多址接入上行传输方法

说明书

本发明公开了临空阵列通信非正交多址接入上行传输方法，属于临空通信技术领域。首先构建通信场景，地面基站和每个临空基站之间进行毫米波定向通信，得到信道响应向量；选择临空基站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；利用波束赋形向量w对各临空基站的有效信道增益做出排序，针对有效信道增益排序为地面基站将发射信号s₁优先解码并消除，再解码发射信号s₂，得到各空基的可达率；当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。对约束条件求解，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。本发明有效提高了频谱效率，计算复杂度低，实现了快速波束赋形和功率控制。

技术领域

本发明属于临空通信技术领域，具体是一种临空阵列通信非正交多址接入上行传输方法。

背景技术

近年来，临空通信的应用和发展引起了世界各国的关注。临空通信包括临近空间通信和低空通信。在20km-100km的高空，用飞艇或大型无人机作为临空基站，在20km以下的低空用无人机作为临空基站，实现地面基站与远程用户的连接。利用临空飞行器进行临空通信，可以有效补充和完善现有的通信系统，由于临空飞行器具有良好的机动性和稳定性，临空通信能够实现偏远地区的通信覆盖和快速应对突发状况的应急通信。

随着用户数量和通信需求的增长，需要投入更多的飞艇和无人机建立临空基站来保障通信的稳定性，这就需要地面基站与临空基站建立稳定的通信链路。然而，随着用户数量的快速增长，传统的正交多址接入方式下，基站的单个射频只能连接一个用户，这就限制了用户的接入数量，导致无法满足通信需求。

而非正交多址接入(Non Orthogonal Multiple Access，NOMA)与正交多址接入不同，基站能够在同一个时域/频域/码域资源块上接入多个用户，在功率域对他们加以区分。地面基站通过非正交多址接入方式连接多个临空基站，临空基站以非正交多址接入方式连接多个地面用户，可以成倍提高接入用户数量。

在临空通信中，传统频谱资源十分有限，可利用的微波频段已无法满足通信需求。毫米波(30-300GHz)有着丰富的带宽，被视为未来星基通信的一项关键技术。由于毫米波较强的距离衰减特性，通常采用阵列天线来提高接收信号的功率。而毫米级的波长使得在飞行器上搭载大规模阵列天线成为可能。

在临空通信中采用毫米波阵列天线非正交多址接入方法，可以增大临空基站和用户的接入数量并提高频谱资源利用率，这就涉及到了如何进行临空基站间联合功率控制和地面基站的波束赋形问题。

发明内容

本发明针对上述问题，在上行临空非正交多址接入通信系统中，采用优化方法设计了上行系统的功率控制和波束赋形，发射端通过设计波束赋形向量同时瞄准2个方向，同时接收端控制不同功率的发射信号，从而实现最大化可达率之和的目的；具体是一种临空阵列通信非正交多址接入上行传输方法。

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。

针对第一种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。

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；