[发明专利]下行时间反转非正交多址接入系统的设计与优化方法

权利要求书

1.下行时间反转非正交多址接入系统的设计与优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)构建通信系统模型：在常规时间反转多址接入系统的基础上，通过分组，每组中的用户数为1或2，每组有一个TR预滤波器，用户数为2的组中的用户在接收端有一个连续干扰消除检测器；

(2)采用基于信道相关性和信道增益差的分组方法进行分组；

(3)以系统和速率最大化为优化目标，构造在用户最小速率和基站的总发送功率约束下用户发送功率的优化数学模型；

所述数学模型包括对用户信干噪比、用户传输速率和系统和速率进行建模，具体如下：

第i，1≤i≤N，组中近用户和远用户的信干噪比分别为：

式中，2i-1、2i分别表示近用户和远用户；M表示将K个用户分成M个组；P_k为发送功率；g_i为预处理滤波器抽头系数的矢量形式；σ²为信道的噪声方差；记H_k为一个(2L-1)×L维的Toeplitz矩阵，即

其中L为多径数，h_k[n]表示用户k的信道脉冲响应，对H_k进行抽样得到用户k的等效信道矩阵H_k；第i组用户信干噪比的表达式中其中表示H_k的第L_D行；上标H表示矢量或矩阵的共轭转置运算，上标“*”表示共轭运算；

对于组内只有一个用户的组，即Ni≤M，用户的接收信干噪比为：

用户k(k＝1,2,…,K)的可达传输速率为

式中，B表示系统带宽，D表示上采样因子；

系统和速率为

优化问题构造为

s.t.C₁:

C₂:P_k≥0,k＝1,2,…,K

C₃:R_k≥R_min,k＝1,2,…,K

其中P_max表示基站总的发送功率，R_min表示用户的最小速率，R_k表示用户k的可达传输速率；

(4)将功率优化问题转换成SINR优化问题，将K个用户的信干噪比用矩阵进行代换，优化问题中的约束条件转换和目标函数转换，然后利用KKT条件得出优化变量与拉格朗日乘子之间的关系，其中转换后的优化问题为：

s.t.C₁:1^T(I-TΦ)^-1Tσ²＝P_max

C₂:ρ(TΦ)＜1

C₃:γ_k≥η,k＝1,2,…,K

式中，1表示长度为K的全1列向量，是由用户最小速率要求转换而来的最小SINR要求，ρ(TΦ)表示矩阵TΦ的谱半径；I表示单位矩阵；Φ为一个K×K维的矩阵；σ²为所有元素都为σ²的K维列向量，表示由K个用户的信号功率组成的列矢量；T为一个K×K维的对角矩阵，其对角元素为定义Φ为一个K×K维的矩阵，具体取值为：

所述利用KKT条件得出优化变量与拉格朗日乘子之间的关系，优化问题的拉格朗日函数为

其中，γ＝[γ₁ γ₂ … γ_K]^T为K个用户信干噪比组成的列矢量，λ和μ_k(k＝1,2,…,K)为拉格朗日乘子，μ＝[μ₁ μ₂ … μ_K]^T，KKT条件为

经过化简，KKT条件可转化为

其中，

(5)利用迭代SINR注水算法获得用户符号的发送功率，具体为：第一次迭代时各用户信号的功率初始为P_max/K，计算出该功率分配下K个用户的初始SINR，再根据初始SINR计算t_k；采用二分搜索法得到满足约束的最小λ值，并得到分配给各用户的SINRγ_k(k＝1,2,...,K)和功率分配向量P；将本次迭代得到的功率分配向量与上一次迭代得到的功率分配向量进行比较，判断迭代是否收敛，若未收敛则根据当前的SINR计算t_k，进行下一轮的迭代，否则结束迭代。