申请/专利权人：中山大学

申请日：2023-04-14

公开（公告）日：2024-07-05

公开（公告）号：CN116488686B

主分类号：H04B7/0456

分类号：H04B7/0456;H04B7/06;H04W52/24;H04W52/34;H04W52/32;H04W52/26;H04W16/28;H04W84/06;H04B7/185;H04B7/0408

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.07.05#授权;2023.08.11#实质审查的生效;2023.07.25#公开

摘要：本发明涉及无线通信技术领域，具体为一种低轨卫星多组多播混合预编码方法及系统，其方法包括：将多波束组播传输系统的用户按调度准则划分为若干多播组；根据多播组内用户的解调信号、干扰和噪声部分，表征多播组内用户的信干噪比；建立以总发射功率为约束，最差用户信干噪比的最大化为目标的优化模型；设计多组多播场景下的信干噪比均衡问题的描述及其求解过程；对每个多播组的波束指向向量进行求解；根据每个多播组内信干噪比最差的用户信道进行功率重分配，获得总的组播预编码矩阵；对总的组播预编码矩阵进行分解，求得预编码矩阵。本发明能够实现用户服务质量均衡，适用于低轨卫星通信中广泛应用的组播传输方案与现行相控阵天线架构。

主权项：1.一种低轨卫星多组多播混合预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立低轨卫星多波束组播传输系统，将多波束组播传输系统的用户按调度准则划分为若干多播组，每个多播组内至少一个用户；S2、根据多播组内用户的解调信号、干扰和噪声部分，表征多播组内用户的信干噪比；S3、建立以总发射功率为约束，最差用户信干噪比的最大化为目标的优化模型，以实现多播组内用户的信干噪比均衡；S4、设计多组多播场景下的信干噪比均衡问题的描述及其求解过程；S5、基于组间干扰消除的思想，采用广义特征值分解的方法对每个多播组的波束指向向量进行求解；S6、根据每个多播组内信干噪比最差的用户信道进行功率重分配，获得总的组播预编码矩阵，以保证每个多播组中的用户服务质量；S7、对总的组播预编码矩阵进行分解，从而求得模拟域和数字域的预编码矩阵；步骤S2中多播组内的多用户传输模式，发射端需传输Nu个数据流的符号向量数据符号经过预编码矩阵进行预处理后，通过无线信道进行传输，其中表示第n个用户的信道；用户天线接收到的信号经过对角矩阵D解调后，得到Nu个传输符号的估计值： 其中，表示加性高斯白噪声；符号向量s中包含了Nu-K个重复项，对所述重复项进行移除，得到降维后的数据向量；移除了重复项的符号向量表示为则：s′＝Ts其中是单播传输到多播传输下的变换矩阵，ei对应于维度为K×K的单位矩阵的第i列,bn表示第n个用户所属的多播组；步骤S2中对降维的数据向量引入简化的预编码矩阵即对每个多播组采用一个波束向量；步骤S3中定义为信道的归一化Gram矩阵，则优化后的信干噪比表示为： 其中，和分别表示平均符号功率和噪声功率；mi表示矩阵M的第i列，wi表示矩阵W的第i列，i＝1,…,Nu；步骤S4包括：首先考虑单播情况下的预编码矩阵M，将其分解为决定波束指向的归一化预编码向量，以及决定波束能量大小的功率分配因子；令表示归一化预编码矩阵，其第n列表示为用表示功率分配向量，其中第n个元素预编码向量mn表示为：根据功率向量求取最大信干噪比，功率向量为写成向量形式的功率分配因子；令表示与传输的信号部分对应的对角矩阵，表示干扰部分；假设所有用户均达到相同的最大信干噪比γmax，则有以下等式成立： 通过左乘1T，上述等式转换为： 从而得到特征系统：其中是一个扩展的功率向量；是一个扩展耦合矩阵，表示为： 最优的功率分配向量由Ψ的前Nu个特征值给出；在固定功率分配的情况下，根据上下行链路的对称性，优化归一化的预编码矩阵；对功率向量和归一化预编码矩阵进行交替优化，将单播情况下的预编码算法扩展到多组多播情况下；步骤S5将多组多播功率分配表示为一个特征系统，假设功率分配按用户的方式进行，向量p包含Nu个元素，矩阵S和Ψ的元素重新定义为： 则根据有： 代入优化后的信干噪比表示公式，有： 其中信号部分的近似仅考虑第n个用户的功率而忽略同组其他用户的功率；干扰部分将所有干扰者视为单播用户；多播感知下的算法根据功率分配和归一化预编码向量的交替优化得到完整形式的预编码矩阵；步骤S6进行功率重分配的过程包括：令p′∈RK表示多播组的功率分配向量，并且是第k个多播组的归一化预编码向量，p′k＝‖wk‖2，u′k＝wk‖wk‖，选择每个多播组具有最差信干噪比的用户来代表该组，即其中包含多播组k中所有用户的实际SINR；保持前面交替优化生成的归一化预编码向量u′k，功率分配因子需要通过以下系统重新计算： 其中和由下式给出： 该解对应于扩展耦合矩阵γ′的主特征向量；矩阵S和Ψ替换为S′和Ψ′，由此可得特征系统： 功率重分配后的向量记为pPR；得到简化形式的预编码矩阵为：W′＝U′diagpPR12实现组播用户和单播用户之间的功率重新分配。

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百度查询： 中山大学 一种低轨卫星多组多播混合预编码方法及系统

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