[发明专利]基于非正交多址接入的多地理区域广播系统的信息传输方法

说明书

本发明公开了一种基于非正交多址接入的多地理区域广播系统的信息传输方法，信息传输的过程为：1)根据发射机与各接收区域之间的平均距离确定各区域内接收机的解码顺序，然后计算基于非正交多址接入的多地理区域广播系统的波束形成的权值，发射机再将所有区域的期望信息按照权值进行叠加后广播发送；2)各区域内接收机均采用串行干扰抵消技术进行信息的解码，以完成基于非正交多址接入的多地理区域广播系统的信息接收，该方法根据发射机与接收区域之间的距离定义地理区域，利用非正交多址接入技术实现信息的传输，满足接收机通信速率要求的同时仅需较小的发射功率。

技术领域

本发明属于非正交多址接入技术领域，涉及一种基于非正交多址接入的多地理区域广播系统的信息传输方法。

背景技术

基于位置信息的多地理区域广播(Multi-Region Geocasting)指的是，发射机将不同的信息传输给不同地理区域内的接收机，并且在同一区域内的接收机具有相同的期望信息的传输模式。利用基于位置信息的多地理区域广播，新的服务和应用如基于地理位置的广告，交通信息服务或者发布订阅服务等都成为了可能。从无线通信的物理层的角度来看，区域最明显的地理信息之一就是区域与发射机之间的物理距离。因此本发明首次将基于位置信息的多地理区域广播应用于无线通信物理层。

第五代移动通信系统(5G)将是一个高频谱效率和高能量效率的通信系统。新兴的无线通信技术中，非正交多址接入(Non-orthogonal multiple access,NOMA)作为5G关键备选技术之一，受到学术界、工业界的高度重视与肯定。NOMA这一新型的多址接入方式打破了传统正交多址接入方式(如TDMA，OFDMA等)的禁锢，利用用户设备的计算能力以及用户间的信道差异来实现同时、同频的数据传输。NOMA技术的应用将使得5G通信系统中频谱效率和能量效率得以显著提升，海量用户和设备的接入也将成为可能。

NOMA不同于传统的正交多址接入方式：在发射端，发射机采用叠加码的方式广播用户信息，主动引入多用户干扰。在接收端，串行干扰抵消(Successive InterferenceCancellation,SIC)技术通常用于NOMA系统中以实现多用户检测。与传统的正交多址接入相比，NOMA系统中的接收机复杂度有所提升，但可以获得更高的频谱效率。

工业界，以日本NTT DoCoMo公司为代表。早在2010年，DoCoMO公司就开始了关于NOMA的相关研究，并且提出了系统化的初步方案。在DoCoMo提出的5G构想中，以前只能为单一的无线资源(比如按频率和时间分割的块)分配一个用户，而NOMA方式可将一个资源分配给多个用户。DoCoMo公司通过模拟，验证了在城市地区采用NOMA的效果，并已证实，采用该方法可使无线接入宏蜂窝的总吞吐量提高50％左右。

学术界，大量关于NOMA的学术论文在近年出现，它们分别从协作通信，认知无线电，资源分配等各种角度出发对NOMA进行了理论分析与研究。然而，对于在发射端配置多天线的NOMA通信系统，对发射端的波束形成矢量设计的优化问题的研究非常有限，现有发明专利也仅限于单天线上行NOMA系统。因此多天线NOMA系统的研究具有非常大的意义与应用前景。

NOMA的本质是利用由于发射机不均匀的功率分配或者接收机天然的远近效应所产生的用户设备信干噪比差异来实现更高效的频谱利用。各接收机之间天然的信道增益差异是运用NOMA的巨大优势。因此，将NOMA运用于物理层的基于位置信息的多地理区域广播系统具有巨大的潜力和益处。具体而言，发射机和区域之间的距离，不仅可以作为划分区域的一个地理特征，同时使得不同区域内的接收机具有不同的信道增益。然而现有文献以及发明专利没有涉及物理层中基于位置信息多地理区域广播系统，更没提出使用NOMA的基于位置信息的多地理区域广播系统传输方案及其设计方法。

发明内容