一种上行高谱效多址接入业务共存方法

1.本发明涉及一种上行高谱效多址接入业务共存方法，属于无线通信技术领域。


背景技术：

2.近年来，随着信息通信技术的发展，新兴信息技术与工业经济的深度融合，逐渐改变了工业生产和商业模式，“工业互联网”成为了传统工业生产迭代转型的关键路径之一。
3.第五代移动通信(the5thgenerationmobilenetworks,5g)以其“低延迟、广连接、高带宽”的特点，被认为是驱动工业互联网蓬勃发展的关键技术之一。5g无线通信技术支持三种不同的业务类型：增强型移动宽带(embb)、大规模机器类通信(mmtc)和超可靠低时延通信(urllc)。其中，embb业务具有超高的数据传输速率，能够满足工业互联网中交互类场景，如实时直播、增强现实等的需求；mmtc业务支持大量设备接入，能够满足工业互联网中采集类设备大连接的需求，常用于大规模数据实时采集等。
4.在embb业务和mmtc业务共存的场景中，embb业务由于其高速率需求占用较多的频率资源，mmtc业务具有海量接入的特点，在有限的频率资源内易发生碰撞，而mmtc用户对数据速率要求不高，且其数据具有突发性，因而给mmtc用户分配单独的时频资源会造成资源的浪费。
5.因此，需要研究embb业务和mmtc业务在同一时频资源复用，并在保证embb用户的服务质量满足要求的同时，保证mmtc业务的多个设备也能参与到工业互联网中。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种上行高谱效多址接入业务共存方法，能够实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存，提高通信系统的频谱效率。
7.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种上行高谱效多址接入业务共存方法，包括：
9.获取增强型移动宽带用户和大规模机器类通信用户的位置信息，并根据所述位置信息估计各用户与无线接入点之间的角度信息；
10.根据所述角度信息设置门限值，筛选出符合所述门限值且信道质量最优的增强型移动宽带用户进行通信服务；
11.获取当前时隙被服务的增强型移动宽带用户的通信信息并反馈给无线接入点进行计算，获取当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰；
12.根据所述当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰和大规模机器类通信用户的信道差异性，选取若干个大规模机器类通信用户，与当前时隙被服务的增强型移动宽带用户共享同一时频资源，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存。
13.进一步的，获取增强型移动宽带用户和大规模机器类通信用户的位置信息，并根
据所述位置信息估计各用户与无线接入点之间的角度信息包括：
14.对整个通信系统建立坐标系，并采用无线定位技术，通过无线接入点获取增强型移动宽带用户和大规模机器类通信用户的位置信息；
15.根据所述位置信息，估计各用户与无线接入点之间的角度信息；
16.其中，所述角度信息为各用户与无线接入点配置的均匀直线阵之间的角度。
17.进一步的，根据所述角度信息设置门限值，筛选出符合所述门限值且信道质量最优的增强型移动宽带用户进行通信服务包括：
18.根据所述角度信息，通过无线接入点进行模拟波束成形设计，获取波束成形权矢量；
19.根据所述波束成形权矢量，通过无线接入点设置门限值，对增强型移动宽带用户进行筛选，获取符合所述门限值的增强型移动宽带用户构成用户子集；
20.从所述用户子集中筛选出信道质量最优的增强型移动宽带用户进行通信服务。
21.进一步的，所述波束成形权矢量的表达式如公式(1)所示：
[0022][0023]
公式(1)中，k为第k个增强型移动宽带用户，wk为第k个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，n为多天线阵元数，a(θk)为第k个增强型移动宽带用户的角度信息。
[0024]
进一步的，所述增强型移动宽带用户在单独传输时的数据速率满足的公式如公式(2)所示：
[0025][0026]
公式(2)中，k为第k个增强型移动宽带用户，gk为无线接入点配置的均匀直线阵对第k个增强型移动宽带用户的波束增益，lk为第k个增强型移动宽带用户的路径损耗，λ为波长，dk为第k个增强型移动宽带用户到无线接入点的距离，pk为第k个增强型移动宽带用户的发射功率，wk为第k个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，hk为第k个增强型移动宽带用户的信道矢量，hk＝ρka(θk)，ρk为第k个增强型移动宽带用户的信道的小尺度衰落，a(θk)为第k个增强型移动宽带用户的角度信息，σ2为加性高斯白噪声的方差，为增强型移动宽带用户的目标数据速率；
[0027]
根据所述增强型移动宽带用户在单独传输时的数据速率满足的公式，获取门限值的表达式，所述门限值的表达式如公式(3)所示：
[0028][0029]
公式(3)中，定义为门限值；
[0030]
根据所述波束成形权矢量，利用所述门限值，通过无线接入点对增强型移动宽带
用户进行筛选，筛选出满足的增强型移动宽带用户构成用户子集。
[0031]
进一步的，所述信道质量最优的增强型移动宽带用户的信道满足的公式如公式(4)所示：
[0032][0033]
公式(4)中，s为用户子集，j为第j个增强型移动宽带用户，即通过无线接入点设置门限值筛选出的增强型移动宽带用户，wj为第j个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，hj为第j个增强型移动宽带用户的信道矢量，i为第i个增强型移动宽带用户，即信道质量最优的增强型移动宽带用户，wi为第i个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，hi为第i个增强型移动宽带用户的信道矢量。
[0034]
进一步的，所述当前时隙被服务的增强型移动宽带用户在大规模机器类通信用户存在干扰的情况下的服务质量需求的表达式如公式(5)所示：
[0035][0036]
公式(5)中，q为第q个增强型移动宽带用户，即当前时隙被服务的增强型移动宽带用户，gq为无线接入点配置的均匀直线阵对第q个增强型移动宽带用户的波束增益，lq为第q个增强型移动宽带用户的路径损耗，pq为第q个增强型移动宽带用户的发射功率，wq为第q个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，hq为第q个增强型移动宽带用户的信道矢量，σ2为加性高斯白噪声的方差，为增强型移动宽带用户的目标数据速率，i为大规模机器类通信用户的总干扰，rq为第q个增强型移动宽带用户在大规模机器类通信用户存在干扰的情况下的服务质量需求；
[0037]
根据所述当前时隙被服务的增强型移动宽带用户在大规模机器类通信用户存在干扰的情况下的服务质量需求的表达式，获取当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰，所述当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰的表达式如公式(6)所示：
[0038][0039]
公式(6)中，i
max
为当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰。
[0040]
进一步的，所述当前时隙被服务的增强型移动宽带用户的通信信息包括当前时隙被服务的增强型移动宽带用户的路径损耗、发射功率、信道矢量、目标数据速率以及当前时隙被服务的增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量。
[0041]
进一步的，根据所述当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰和大规模机器类通信用户的信道差异性，选取若干个大规模机器类通信用户，与当前时隙被服务的增强型移动宽带用户共享同一时频资源，实现上行增强型移动
宽带业务和大规模机器类通信业务共存包括：
[0042]
根据所述当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰和大规模机器类通信用户的信道差异性，选取若干个已激活的大规模机器类通信用户，与当前时隙被服务的增强型移动宽带用户共享同一时频资源；
[0043]
利用非正交多址接入技术和串行干扰消除技术，对无线接入点接收到的由增强型移动宽带用户的信号和大规模机器类通信用户的信号构成的叠加信号进行解码，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存；
[0044]
其中，被选取的大规模机器类通信用户满足的公式如公式(7)所示：
[0045][0046]
公式(7)中，q为第q个增强型移动宽带用户，即当前时隙被服务的增强型移动宽带用户，m为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户，n为当前时隙被选取的第n个大规模机器类通信用户，m为当前时隙被选取的大规模机器类通信用户总数，wq为第q个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，即当前时隙被服务的增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，g
q,m
为无线接入点配置的均匀直线阵对当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的波束增益，l
q,m
为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的路径损耗，p
q,m
为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的发射功率，h
q,m
为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的信道矢量，g
q,n
为无线接入点配置的均匀直线阵对当前时隙被选取的第n个大规模机器类通信用户的波束增益，l
q,n
为当前时隙被选取的第n个大规模机器类通信用户的路径损耗，p
q,n
为当前时隙被选取的第n个大规模机器类通信用户的发射功率，h
q,n
为当前时隙被选取的第n个大规模机器类通信用户的信道矢量，i
max
为当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰，ρ
th
为大规模机器类通信用户的信道差异性阈值。
[0047]
进一步的，利用非正交多址接入技术和串行干扰消除技术，对无线接入点接收到的由增强型移动宽带用户的信号和大规模机器类通信用户的信号构成的叠加信号进行解码，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存包括：
[0048]
利用非正交多址接入技术，将大规模机器类通信用户的信号视为干扰信号，解码增强型移动宽带用户的信号；
[0049]
利用串行干扰消除技术，根据大规模机器类通信用户的信道增益排序，依序解码大规模机器类通信用户的信号，并将已解码的大规模机器类通信用户的信号从所述叠加信号中减去，直至所有大规模机器类通信用户的信号均已解码为止，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存；
[0050]
其中，所述大规模机器类通信用户的信道增益排序为||h
q,1
||2》||h
q,2
||2》
…
》||h
q,m
||2，||h
q,1
||2、||h
q,2
||2、
…
、||h
q,m
||2为当前时隙被选取的第1、2、
…
、m个大规模机器类通信用户的信道增益。
[0051]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0052]
本发明提供的上行高谱效多址接入业务共存方法，通过增强型移动宽带用户和大规模机器类通信用户的位置信息，估计各用户与无线接入点之间的角度信息并设置门限
值，进而筛选出符合门限值且信道质量最优的增强型移动宽带用户进行通信服务，并计算当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰，结合大规模机器类通信用户的信道差异性，选取大规模机器类通信用户与当前时隙被服务的增强型移动宽带用户共享同一时频资源，能够实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存；无线接入点利用角度信息对增强型移动宽带用户进行模拟波束成形设计，能够有效避免获取准确信道信息带来的估计、量化等误差，从而减少无线接入点的信令开销；利用非正交多址接入技术和串行干扰消除技术，对叠加信号进行解码，在保证增强型移动宽带用户的服务质量满足要求的同时，为多个大规模机器类通信用户提供通信服务，从而实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存，提高通信系统的频谱效率。
附图说明
[0053]
图1是本发明实施例提供的上行高谱效多址接入业务共存方法流程图；
[0054]
图2是本发明实施例提供的增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存场景示意图。
具体实施方式
[0055]
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0056]
下面详细描述本专利的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0057]
实施例一：
[0058]
图1是本发明实施例一提供的一种上行高谱效多址接入业务共存方法流程图，本流程图仅仅示出了本实施例方法的逻辑顺序，在互不冲突的前提下，在本发明其它可能的实施例中，可以以不同于图1所示的顺序完成所示出或描述的步骤。
[0059]
参见图1，本实施例的方法具体包括如下步骤：
[0060]
步骤一：获取增强型移动宽带用户和大规模机器类通信用户的位置信息，并根据位置信息估计各用户与无线接入点之间的角度信息；
[0061]
获取增强型移动宽带用户和大规模机器类通信用户的位置信息，并根据位置信息估计各用户与无线接入点之间的角度信息包括如下步骤：
[0062]
步骤
①
：对整个通信系统建立坐标系，并采用无线定位技术，通过无线接入点获取增强型移动宽带用户和大规模机器类通信用户的位置信息；
[0063]
步骤
②
：根据位置信息，估计各用户与无线接入点之间的角度信息。
[0064]
本实施例中，无线接入点配置均匀直线阵，角度信息为各用户与无线接入点配置的均匀直线阵之间的角度。
[0065]
步骤二：根据角度信息设置门限值，筛选出符合门限值且信道质量最优的增强型移动宽带用户进行通信服务；
[0066]
根据角度信息设置门限值，筛选出符合门限值且信道质量最优的增强型移动宽带用户进行通信服务包括如下步骤：
[0067]
步骤a：根据角度信息，通过无线接入点进行模拟波束成形设计，获取波束成形权矢量；
[0068]
波束成形权矢量的表达式如公式(1)所示：
[0069][0070]
公式(1)中，k为第k个增强型移动宽带用户，wk为第k个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，n为多天线阵元数，a(θk)为第k个增强型移动宽带用户的角度信息。
[0071]
步骤b：根据波束成形权矢量，通过无线接入点设置门限值，对增强型移动宽带用户进行筛选，获取符合门限值的增强型移动宽带用户构成用户子集；
[0072]
增强型移动宽带用户在单独传输时的数据速率满足的公式如公式(2)所示：
[0073][0074]
公式(2)中，k为第k个增强型移动宽带用户，gk为无线接入点配置的均匀直线阵对第k个增强型移动宽带用户的波束增益，lk为第k个增强型移动宽带用户的路径损耗，λ为波长，dk为第k个增强型移动宽带用户到无线接入点的距离，pk为第k个增强型移动宽带用户的发射功率，wk为第k个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，hk为第k个增强型移动宽带用户的信道矢量，hk＝ρka(θk)，ρk为第k个增强型移动宽带用户的信道的小尺度衰落，a(θk)为第k个增强型移动宽带用户的角度信息，σ2为加性高斯白噪声的方差，为增强型移动宽带用户的目标数据速率。
[0075]
根据增强型移动宽带用户在单独传输时的数据速率满足的公式，获取门限值的表达式，门限值的表达式如公式(3)所示：
[0076][0077]
公式(3)中，定义为门限值。
[0078]
根据波束成形权矢量，利用门限值，通过无线接入点对增强型移动宽带用户进行筛选，筛选出满足的增强型移动宽带用户构成用户子集。
[0079]
步骤c：从用户子集中筛选出信道质量最优的增强型移动宽带用户进行通信服务；
[0080]
信道质量最优的增强型移动宽带用户的信道满足的公式如公式(4)所示：
[0081][0082]
公式(4)中，s为用户子集，j为第j个增强型移动宽带用户，即通过无线接入点设置门限值筛选出的增强型移动宽带用户，wj为第j个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，hj为第j个增强型移动宽带用户的信道矢量，i为第i个增强型移动宽带用户，即信道
质量最优的增强型移动宽带用户，wi为第i个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，hi为第i个增强型移动宽带用户的信道矢量。
[0083]
步骤三：获取当前时隙被服务的增强型移动宽带用户的通信信息并反馈给无线接入点进行计算，获取当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰；
[0084]
本实施例中，当前时隙被服务的增强型移动宽带用户的通信信息包括当前时隙被服务的增强型移动宽带用户的路径损耗、发射功率、信道矢量、目标数据速率以及当前时隙被服务的增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量。
[0085]
当前时隙被服务的增强型移动宽带用户在大规模机器类通信用户存在干扰的情况下的服务质量需求的表达式如公式(5)所示：
[0086][0087]
公式(5)中，q为第q个增强型移动宽带用户，即当前时隙被服务的增强型移动宽带用户，gq为无线接入点配置的均匀直线阵对第q个增强型移动宽带用户的波束增益，lq为第q个增强型移动宽带用户的路径损耗，pq为第q个增强型移动宽带用户的发射功率，wq为第q个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，hq为第q个增强型移动宽带用户的信道矢量，σ2为加性高斯白噪声的方差，为增强型移动宽带用户的目标数据速率，i为大规模机器类通信用户的总干扰，rq为第q个增强型移动宽带用户在大规模机器类通信用户存在干扰的情况下的服务质量需求。
[0088]
根据当前时隙被服务的增强型移动宽带用户在大规模机器类通信用户存在干扰的情况下的服务质量需求的表达式，获取当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰，当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰的表达式如公式(6)所示：
[0089][0090]
公式(6)中，i
max
为当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰。
[0091]
步骤四：根据当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰和大规模机器类通信用户的信道差异性，选取若干个大规模机器类通信用户，与当前时隙被服务的增强型移动宽带用户共享同一时频资源，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存；
[0092]
根据当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰和大规模机器类通信用户的信道差异性，选取若干个大规模机器类通信用户，与当前时隙被服务的增强型移动宽带用户共享同一时频资源，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存包括如下步骤：
[0093]
步骤a：根据当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰和大规模机器类通信用户的信道差异性，选取若干个已激活的大规模机器类通信用户，与当前时隙被服务的增强型移动宽带用户共享同一时频资源；
[0094]
如图2所示，为本实施例提供的增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存场景示意图。
[0095]
本实施例中，大规模机器类通信用户的激活概率服从泊松分布，假设有z个大规模机器类通信用户，则z个大规模机器类通信用户被激活的概率为：
[0096][0097]
其中，z为大规模机器类通信用户被激活的个数，γ(z)为z个大规模机器类通信用户被激活的概率，φ为到达率。
[0098]
被选取的大规模机器类通信用户满足的公式如公式(7)所示：
[0099][0100]
公式(7)中，q为第q个增强型移动宽带用户，即当前时隙被服务的增强型移动宽带用户，m为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户，n为当前时隙被选取的第n个大规模机器类通信用户，m为当前时隙被选取的大规模机器类通信用户总数，wq为第q个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，即当前时隙被服务的增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，g
q,m
为无线接入点配置的均匀直线阵对当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的波束增益，l
q,m
为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的路径损耗，p
q,m
为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的发射功率，h
q,m
为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的信道矢量，g
q,n
为无线接入点配置的均匀直线阵对当前时隙被选取的第n个大规模机器类通信用户的波束增益，l
q,n
为当前时隙被选取的第n个大规模机器类通信用户的路径损耗，p
q,n
为当前时隙被选取的第n个大规模机器类通信用户的发射功率，h
q,n
为当前时隙被选取的第n个大规模机器类通信用户的信道矢量，i
max
为当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰，ρ
th
为大规模机器类通信用户的信道差异性阈值。
[0101]
步骤b：利用非正交多址接入技术和串行干扰消除技术，对无线接入点接收到的由增强型移动宽带用户的信号和大规模机器类通信用户的信号构成的叠加信号进行解码，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存；
[0102]
利用非正交多址接入技术和串行干扰消除技术，对无线接入点接收到的由增强型移动宽带用户的信号和大规模机器类通信用户的信号构成的叠加信号进行解码，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存包括如下步骤：
[0103]
步骤
ⅰ
：利用非正交多址接入技术，将大规模机器类通信用户的信号视为干扰信号，解码增强型移动宽带用户的信号；
[0104]
增强型移动宽带用户的信号的解码速率为：
[0105][0106]
其中，q为第q个增强型移动宽带用户，即当前时隙被服务的增强型移动宽带用户，
vq为第q个增强型移动宽带用户的信号的解码速率，gq为无线接入点配置的均匀直线阵对第q个增强型移动宽带用户的波束增益，lq为第q个增强型移动宽带用户的路径损耗，pq为第q个增强型移动宽带用户的发射功率，wq为第q个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，hq为第q个增强型移动宽带用户的信道矢量，σ2为加性高斯白噪声的方差，i为大规模机器类通信用户的总干扰。
[0107]
步骤
ⅱ
：利用串行干扰消除技术，根据大规模机器类通信用户的信道增益排序，依序解码大规模机器类通信用户的信号，并将已解码的大规模机器类通信用户的信号从叠加信号中减去，直至所有大规模机器类通信用户的信号均已解码为止，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存；
[0108]
大规模机器类通信用户的信道增益排序为||h
q,1
||2》||h
q,2
||2》
…
》||h
q,m
||2，||h
q,1
||2、||h
q,2
||2、
…
、||h
q,m
||2为当前时隙被选取的第1、2、
…
、m个大规模机器类通信用户的信道增益。
[0109]
利用串行干扰消除技术，根据大规模机器类通信用户的信道增益排序，依序解码第m个大规模机器类通信用户的信号，并将已解码的第m个大规模机器类通信用户的信号从叠加信号中减去，依序解码第m-1个大规模机器类通信用户的信号，并将第m-1个大规模机器类通信用户的信号从叠加信号中减去，以此类推，直至当前时隙被选取的m个大规模机器类通信用户的信号均已解码为止，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存。
[0110]
第m个大规模机器类通信用户的信号的解码速率为：
[0111][0112]
其中，q为第q个增强型移动宽带用户，即当前时隙被服务的增强型移动宽带用户，m为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户，τ为当前时隙被选取的第τ个大规模机器类通信用户，m为当前时隙被选取的大规模机器类通信用户总数，v
q,m
为第m个大规模机器类通信用户的信号的解码速率，wq为第q个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，即当前时隙被服务的增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，g
q,m
为无线接入点配置的均匀直线阵对当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的波束增益，l
q,m
为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的路径损耗，p
q,m
为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的发射功率，h
q,m
为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的信道矢量，g
q,τ
为无线接入点配置的均匀直线阵对当前时隙被选取的第τ个大规模机器类通信用户的波束增益，l
q,τ
为当前时隙被选取的第τ个大规模机器类通信用户的路径损耗，p
q,τ
为当前时隙被选取的第τ个大规模机器类通信用户的发射功率，h
q,τ
为当前时隙被选取的第τ个大规模机器类通信用户的信道矢量，σ2为加性高斯白噪声的方差。
[0113]
本实施例提供的上行高谱效多址接入业务共存方法，通过增强型移动宽带用户和大规模机器类通信用户的位置信息，估计各用户与无线接入点之间的角度信息并设置门限值，进而筛选出符合门限值且信道质量最优的增强型移动宽带用户进行通信服务，并计算当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰，结合大规模机器类通信用户的信道差异性，选取大规模机器类通信用户与当前时隙被服务的增强型
移动宽带用户共享同一时频资源，能够实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存；无线接入点利用角度信息对增强型移动宽带用户进行模拟波束成形设计，能够有效避免获取准确信道信息带来的估计、量化等误差，从而减少无线接入点的信令开销；利用非正交多址接入技术和串行干扰消除技术，对叠加信号进行解码，在保证增强型移动宽带用户的服务质量满足要求的同时，为多个大规模机器类通信用户提供通信服务，从而实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存，提高通信系统的频谱效率。
[0114]
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种上行高谱效多址接入业务共存方法，其特征在于，包括：获取增强型移动宽带用户和大规模机器类通信用户的位置信息，并根据所述位置信息估计各用户与无线接入点之间的角度信息；根据所述角度信息设置门限值，筛选出符合所述门限值且信道质量最优的增强型移动宽带用户进行通信服务；获取当前时隙被服务的增强型移动宽带用户的通信信息并反馈给无线接入点进行计算，获取当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰；根据所述当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰和大规模机器类通信用户的信道差异性，选取若干个大规模机器类通信用户，与当前时隙被服务的增强型移动宽带用户共享同一时频资源，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存。2.根据权利要求1所述的上行高谱效多址接入业务共存方法，其特征在于，获取增强型移动宽带用户和大规模机器类通信用户的位置信息，并根据所述位置信息估计各用户与无线接入点之间的角度信息包括：对整个通信系统建立坐标系，并采用无线定位技术，通过无线接入点获取增强型移动宽带用户和大规模机器类通信用户的位置信息；根据所述位置信息，估计各用户与无线接入点之间的角度信息；其中，所述角度信息为各用户与无线接入点配置的均匀直线阵之间的角度。3.根据权利要求1所述的上行高谱效多址接入业务共存方法，其特征在于，根据所述角度信息设置门限值，筛选出符合所述门限值且信道质量最优的增强型移动宽带用户进行通信服务包括：根据所述角度信息，通过无线接入点进行模拟波束成形设计，获取波束成形权矢量；根据所述波束成形权矢量，通过无线接入点设置门限值，对增强型移动宽带用户进行筛选，获取符合所述门限值的增强型移动宽带用户构成用户子集；从所述用户子集中筛选出信道质量最优的增强型移动宽带用户进行通信服务。4.根据权利要求3所述的上行高谱效多址接入业务共存方法，其特征在于，所述波束成形权矢量的表达式如公式(1)所示：公式(1)中，k为第k个增强型移动宽带用户，w
k
为第k个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，n为多天线阵元数，a(θ
k
)为第k个增强型移动宽带用户的角度信息。5.根据权利要求3所述的上行高谱效多址接入业务共存方法，其特征在于，所述增强型移动宽带用户在单独传输时的数据速率满足的公式如公式(2)所示：公式(2)中，k为第k个增强型移动宽带用户，g
k
为无线接入点配置的均匀直线阵对第k个增强型移动宽带用户的波束增益，l
k
为第k个增强型移动宽带用户的路径损耗，
λ为波长，d
k
为第k个增强型移动宽带用户到无线接入点的距离，p
k
为第k个增强型移动宽带用户的发射功率，w
k
为第k个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，h
k
为第k个增强型移动宽带用户的信道矢量，h
k
＝ρ
k
a(θ
k
)，ρ
k
为第k个增强型移动宽带用户的信道的小尺度衰落，a(θ
k
)为第k个增强型移动宽带用户的角度信息，σ2为加性高斯白噪声的方差，为增强型移动宽带用户的目标数据速率；根据所述增强型移动宽带用户在单独传输时的数据速率满足的公式，获取门限值的表达式，所述门限值的表达式如公式(3)所示：公式(3)中，定义为门限值；根据所述波束成形权矢量，利用所述门限值，通过无线接入点对增强型移动宽带用户进行筛选，筛选出满足的增强型移动宽带用户构成用户子集。6.根据权利要求3所述的上行高谱效多址接入业务共存方法，其特征在于，所述信道质量最优的增强型移动宽带用户的信道满足的公式如公式(4)所示：公式(4)中，s为用户子集，j为第j个增强型移动宽带用户，即通过无线接入点设置门限值筛选出的增强型移动宽带用户，w
j
为第j个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，h
j
为第j个增强型移动宽带用户的信道矢量，i为第i个增强型移动宽带用户，即信道质量最优的增强型移动宽带用户，w
i
为第i个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，h
i
为第i个增强型移动宽带用户的信道矢量。7.根据权利要求1所述的上行高谱效多址接入业务共存方法，其特征在于，所述当前时隙被服务的增强型移动宽带用户在大规模机器类通信用户存在干扰的情况下的服务质量需求的表达式如公式(5)所示：公式(5)中，q为第q个增强型移动宽带用户，即当前时隙被服务的增强型移动宽带用户，g
q
为无线接入点配置的均匀直线阵对第q个增强型移动宽带用户的波束增益，l
q
为第q个增强型移动宽带用户的路径损耗，p
q
为第q个增强型移动宽带用户的发射功率，w
q
为第q个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，h
q
为第q个增强型移动宽带用户的信道矢量，σ2为加性高斯白噪声的方差，为增强型移动宽带用户的目标数据速率，i为大规模机器类通信用户的总干扰，r
q
为第q个增强型移动宽带用户在大规模机器类通信用户存在干扰的情况下的服务质量需求；根据所述当前时隙被服务的增强型移动宽带用户在大规模机器类通信用户存在干扰
的情况下的服务质量需求的表达式，获取当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰，所述当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰的表达式如公式(6)所示：公式(6)中，i
max
为当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰。8.根据权利要求1所述的上行高谱效多址接入业务共存方法，其特征在于，所述当前时隙被服务的增强型移动宽带用户的通信信息包括当前时隙被服务的增强型移动宽带用户的路径损耗、发射功率、信道矢量、目标数据速率以及当前时隙被服务的增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量。9.根据权利要求1所述的上行高谱效多址接入业务共存方法，其特征在于，根据所述当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰和大规模机器类通信用户的信道差异性，选取若干个大规模机器类通信用户，与当前时隙被服务的增强型移动宽带用户共享同一时频资源，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存包括：根据所述当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰和大规模机器类通信用户的信道差异性，选取若干个已激活的大规模机器类通信用户，与当前时隙被服务的增强型移动宽带用户共享同一时频资源；利用非正交多址接入技术和串行干扰消除技术，对无线接入点接收到的由增强型移动宽带用户的信号和大规模机器类通信用户的信号构成的叠加信号进行解码，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存；其中，被选取的大规模机器类通信用户满足的公式如公式(7)所示：公式(7)中，q为第q个增强型移动宽带用户，即当前时隙被服务的增强型移动宽带用户，m为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户，n为当前时隙被选取的第n个大规模机器类通信用户，m为当前时隙被选取的大规模机器类通信用户总数，w
q
为第q个增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，即当前时隙被服务的增强型移动宽带用户对应的波束成形权矢量，g
q,m
为无线接入点配置的均匀直线阵对当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的波束增益，l
q,m
为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的路径损耗，p
q,m
为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的发射功率，h
q,m
为当前时隙被选取的第m个大规模机器类通信用户的信道矢量，g
q,n
为无线接入点配置的均匀直线阵对当前时隙被选取的第n个大规模机器类通信用户的波束增益，l
q,n
为当前时隙被选取的第n个大规模机器类通信用户的路径损耗，p
q,n
为当前时隙被选取的第n个大规模机器类通信用户的发射功率，h
q,n
为当前时隙被选取的第n个大规模机器类通信用户的信道矢量，i
max
为当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰，ρ
th
为大规模机器
类通信用户的信道差异性阈值。10.根据权利要求9所述的上行高谱效多址接入业务共存方法，其特征在于，利用非正交多址接入技术和串行干扰消除技术，对无线接入点接收到的由增强型移动宽带用户的信号和大规模机器类通信用户的信号构成的叠加信号进行解码，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存包括：利用非正交多址接入技术，将大规模机器类通信用户的信号视为干扰信号，解码增强型移动宽带用户的信号；利用串行干扰消除技术，根据大规模机器类通信用户的信道增益排序，依序解码大规模机器类通信用户的信号，并将已解码的大规模机器类通信用户的信号从所述叠加信号中减去，直至所有大规模机器类通信用户的信号均已解码为止，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存；其中，所述大规模机器类通信用户的信道增益排序为||h
q,1
||2>||h
q,2
||2>
…
>||h
q,m
||2，||h
q,1
||2、||h
q,2
||2、
…
、||h
q,m
||2为当前时隙被选取的第1、2、
…
、m个大规模机器类通信用户的信道增益。

技术总结
本发明公开了一种上行高谱效多址接入业务共存方法，属于无线通信技术领域，方法包括：通过增强型移动宽带用户和大规模机器类通信用户的位置信息，估计各用户与无线接入点之间的角度信息并设置门限值，进而筛选出符合门限值且信道质量最优的增强型移动宽带用户进行通信服务；计算当前时隙被服务的增强型移动宽带用户满足服务质量需求时可容忍的最大干扰，结合大规模机器类通信用户的信道差异性，选取大规模机器类通信用户与当前时隙被服务的增强型移动宽带用户共享同一时频资源，实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存。该方法能够在实现上行增强型移动宽带业务和大规模机器类通信业务共存同时提高通信系统的频谱效率。系统的频谱效率。系统的频谱效率。


技术研发人员：杨浩 戴叶玲 郭焱
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/9/20