[发明专利]一种临空阵列通信非正交多址接入公平性传输方法

摘要

本发明公开了一种临空阵列通信非正交多址接入公平性传输方法，属于临空通信技术领域。构建地面基站和临空基站之间的通信场景，地面基站对K个临空基站发送的信号进行叠加发射，经过信道响应以及天线噪声，形成混合信号，并被每个临空基站都接收到；计算各临空基站的信道增益||hk||2，得到各空基信号的解码优先级顺序和各个空基的可达率；设计联合收发端的功率分配及优化波束赋形需满足的约束条件，最大化所有空基的最小可达率，简化目标函数和约束条件，推导最优功率分配；转化目标函数求解；简化波束赋形问题，得到最优波束赋形向量。本发明提高了地面基站接入空基数量，具有较低的计算复杂度，保证了各空基传输的公平性。

主权项

1.一种临空阵列通信非正交多址接入公平性传输方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、针对下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；通信场景包括：1.地面基站对多个临空基站的下行传输；2.临空基站对地面用户的下行传输；3.地面基站服务多个低空无人机的下行传输；步骤二、针对第一种场景模型，地面基站将对K个临空基站发送的功率归一化信号进行叠加发射；叠加信号表达式为：sk表示地面基站给临空基站k发送的发射信号，pk为地面基站对临空基站k的发射信号功率；k＝1,2,…,K；步骤三、叠加信号s经过地面基站和临空基站之间的信道响应以及天线噪声，形成混合信号，并被每个临空基站都接收到；临空基站k接收的信号为：其中h_k是地面基站和空基k的信道响应向量，通过地面基站采用半波间距的均匀线性阵列天线和临空基站之间进行毫米波定向通信得到；计算公式为：其中λk,l表示空基k的第l条径的复系数，Ωk,l表示空基k的第l条径在地面基站发射角的余弦值，Lk表示空基k的多径分量总个数，a(·)表示指向向量的函数，其表达式为a(N,Ω)＝[ejπ0Ω,ejπ1Ω,ejπ2Ω,…,ejπ(N‑1)Ω]Ta(N,Ω)取决于阵列天线的几何结构；w表示波束赋形向量，nk表示空基k天线上的高斯白噪声，其平均功率记为σ2；步骤四、根据混合信号中的信道响应向量，计算各临空基站的信道增益||hk||2，并做出排序，得到各空基信号的解码优先级顺序；步骤五、针对有效信道增益排序为||h1||2≥||h2||2≥…≥||hK||2，空基K直接解码sK，空基K‑1先解码sK并根据串行干扰删除法删除，然后解码sK‑1，以此类推，空基1先依次解码sK,sK‑1,…,s2并删除，最后解码s1；得到各个空基的可达率；空基k的可达率为：步骤六、设计联合收发端的功率分配及优化波束赋形需满足的约束条件，最大化所有空基的最小可达率；目标函数如下：约束条件如下：Subject to pk≥0,k＝1,2,…,K||w||≤1其中||w||≤1表示对波束赋形向量的功率约束；P表示地面基站的最大发射功率；步骤七、通过引进中间变量简化目标函数和约束条件；记所有空基的最小可达率为r，则原问题等价于Subject to Rk≥r,k＝1,2,…,Kpk≥0,k＝1,2,…,K||w||≤1步骤八、在给定任意波束赋形向量w及固定最小可达率r的情况下，推导最优功率分配；空基k的最优功率分配为：其中η＝2r‑1，并且此时必然所有空基的可达率都等于r；步骤九、根据每个空基的最优功率分配，计算所有空基的功率之和；计算公式如下：步骤十、在最优功率分配下，转化目标函数如下：||w||≤1步骤十一、通过二分法求解转化后的目标函数η，并简化波束赋形问题，得到最优波束赋形向量；具体步骤为：首先、在给定范围[0,Γ]内用二分法搜索η的最小值；其中设定初始值η_min＝0,η_max＝Γ，取简化波束赋形问题为：Subject to ||w||≤1然后、判断目标函数η的最小值是否小于等于P，如果是，取继续求解上述简化波束赋形问题；否则，取继续求解上述简化波束赋形问题；直至η满足精度要求；步骤十二、根据单相位转换器结构和双相位转换器结构，将最优的波束赋形向量模长进行归一化；分别为