非正交多址关键技术研究

发布时间：2020-11-07 16:05

　　 近几十年来,从传统的语音业务到目前的宽带数据业务,无线通信的发展日新月异,对人们的生活方式及信息技术的演进产生了深远的影响。为了支撑移动互联网和物联网的快速发展,面向2020及未来的第五代移动通信系统已经成为研究的重点。多址技术的演进成为每一代通信系统的标志。现有多址技术受到正交资源的限制,已经无法满足5G系统高频谱、大连接等需求。非正交多址技术由于能够在相同的时频资源复用多个用户的发送信息,从而提升系统的频谱效率,满足大量用户的同时接入,无疑将成为5G的核心关键技术之一。理论分析表明,在相同的频谱资源下,NOMA相对于传统的OMA技术具有较大的性能优势。本文首先对目前的非正交多址技术进行全面的分析,主要包括其发射机结构与接收机原理。基于系统原理的不同,提出了相应的NOMA分类方案,即,基于加扰类的NOMA,基于交织类的NOMA,基于扩频类的NOMA,基于编码类的NOMA,并给出了初步的仿真结果。同时指出,尽管各类NOMA方案的发射端不同,但是可以通过一个统一的结构进行描述。其次,为了精确的分析扩频序列的互相关特性,本文引入了Welch界的相关理论,从均方根互相关、最大值互相关等多个维度定量的分析扩频矩阵特性。并提出通过最小化最大值互相关逼近Welch界为评价指标,优化新的扩频序列,使得构造的扩频序列的均方根互相关能够达到Welch理论界的同时,最小化最大值互相关,以至于使其逼近Welch界。最后,本文利用混沌序列的带宽类噪、初值敏感、良好的相关特性等特点,提出了基于安全性的非正交多址方案。同时,由于所提系统未使用扩频技术,在相同的频谱效率下,采用低码率进行信道编码,进而利用时间分集充分挖掘系统的编码增益。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：

?其中，／丨表示用户ｆ的信道状态信息，Ｍ表示噪声，其功率谱密度为ｉＶ〇。??图２－１展示了两用户上行ＰＤ－ＮＯＭＡ与ＯＭＡ的频谱利用对比，并假设??Ｋ?＞｜？｜２。在ＰＤ－ＮＯＭＡ中，２用户发送的符号、和＆占用相同的频谱资源，两??者相互干扰。在上行ＰＤ－ＮＯＭＡ方案中，在基站侧利用ＳＩＣ分离信号的信息。??图２－１所示的ＰＤ－ＮＯＭＡ可分为两步解调出信号＆和首先，把用户２的信号??＆看做噪声，解调出用户１的信号Ａ。一旦成功解调出用户１的信号信息，然后??从接收端接收的信号Ｙ中减去用户１的信息，最后成功解调出用户２的信息。由??于减去用户１的信息后，系统存在的干扰仅为高斯白噪声，因此，用户２的最大??可达速率为单用户的界限。ＰＤ－ＮＯＭＡ用户／的速率尺可用公式表达为??＜?（ｐ＾ｆ）?（２＂２）??ｒｎ?Ｉ?Ａ．?．?巧ｗｌ；用户２??簡嫩＇］Ａ丨用户１??，?ｆ?个?Ｗ????—－一＂午｜获取用丨Ｊ用户１信｜?Ｊ获取用???＾?Ｈ＞＼Ｋｆ?＾￣￣?????基站??〇ｍａ?ｒｒ??ｎ?用???上户??ｌ—Ｐ?２?＼???？??用??１－々?Ｘ??＾户??＼?用户１?＾??基站?ＩＩ?＞??ｐ＼???Ｐ?１?一々??管用户１?????？??Ｐ??图２－１?ＰＤ－ＮＯＭＡ与ＯＭＡ对比框图??对于正交系统

?（２＿３）??足＝（ｉ＿々）ｉ〇ｇ，ｉ＋－＾－％Ｌ??图２－２和２－３分别展示了在对称信道与非对称信道下ＰＤ－ＮＯＭＡ和ＯＭＡ的??容量域。在图２－２中，Ａ?｜〇Ｑ和朽叫２／＃。都等于１０必。在图２－３中，乃｜〇。??等于２０必，ｚ＾／＾／ｉＶｏ等于０忍。对于ＰＤ－ＮＯＭＡ方案，图中点Ｂ表示首先解??调用户１，此时用户２可以达到单用户最大容量，用户１与用户２的容量对应文??中公式（２－２）。图中点Ｄ表示首先解调用户２，此时用户１可以达到单用户最大??容量。线段ＢＤ表示用户１与用户２通过不同功率分配可以达到的最大和容量。??＾Ｒｌ｛ｂ／Ｓ）??Ａ？Ｂ?外｜〇〇＝１〇洲??２．２０?｜－－＼Ｃ??！?！?＼ｖ???ＮＯＭＡ??０．９３?１?丨作?〇ＭＡ??：?Ｉ?＼??Ｉ?｜?ｊＲ?Ｒ＾ＪＳ）??０?０．９３?２．２０?３．４６??图２－２上行对称信道容量域??由图可知在上行多址信道下，ＯＭＡ的容量域是ＰＤ－ＮＯＭＡ容量的一个子集，??因此，在相同频谱效率下，ＰＤ－ＮＯＭＡ的性能完全优于ＯＭＡ性能。在对称信道??下ＯＭＡ在点Ｃ达到了最大和速率，并且用户１与用户２的容量是相等的。在非??对称信道下

．．．．图２－３上行非对称信道容量域??从以上分析可以得出，基于功率域的非正交多址优于目前的正交多址系统，??并且可以在系统容量、频谱效率以及用户公平性之间取得较好的折中。??２．２?ＳＣＭＡ??ＳＣＭＡ是基于多维码本的非正交多址接入技术，ＳＣＭＡ是把正交幅度调制??（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ?Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ?Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，?ＱＡＭ）和扩频过程合并为稀疏码本，直接将??信道编码后的数据映射成多维复数域码字。ＳＣＭＡ的编码过程可以定义为［１８］：??／：及。ｘ?＝?／（ｂ），其中；ｃｃＣ＇?Ｈ＝Ｍ。向量Ｘ是一个Ｚ维稀疏向量，??假设向量中非零元素的个数为其中，＃＜尺。ｃ表示定义在星座集??上的Ｗ维星座点，可以表示为：ｃ?＝?ｇ（ｂ）。ＳＣＭＡ编码过程可以进??一步表示为：／：＝Ｖｇ，其中映射矩阵的作用是将＃维星图上的点映射??到尺维ＳＣＭＡ码本，并且Ｖ包含尺－７Ｖ个全零行，即得到的所有码字都包含??尤－ＴＶ个全零行。最后，每个用户的码本都含有Ｍ个维度为尤的码字。??用户丨?用户２?用户３?用户４?用户５?用户６??
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本文编号：2874168