一种基于干扰对消技术的非正交多址接入方法技术

本发明专利技术公开了一种基于干扰对消技术的非正交多址接入方法，考虑带有N个用户的OFDMA正交集系统为第一组用户，同时使用MC‑CDMA系统作为第二组来容纳额外的M个用户。在这个使用N+M多用户多址接入方案中，第一组的N个用户相互之间不干扰，第二组M个用户亦然，但两组用户间相互干扰。最终通过串行干扰消除的迭代判决来检测传输的符号。本发明专利技术实施提供的方案既可以实现信道过载以缓解频谱资源不足，同时创造性地解决单一OFDMA系统容纳用户数不足的问题。基于这种方案，NOMA成为正交多址的一种技术扩展而不是一种完全对立的技术。

【技术实现步骤摘要】
一种基于干扰对消技术的非正交多址接入方法
本专利技术涉及通信
，特别是一种基于干扰对消技术的非正交多址接入方法。
技术介绍
近年来，非正交多址接入(NOMA)如今成为未来5G蜂窝网络物理层的一个研究热点，尤其是机器类通信(MTC)。这种多址技术的兴起源于多用户信息论的一个现有结论，即正交多址接入技术通常来说并非是最优的，而叠加编码结合串行干扰消除(SIC)为多址接入提供了一个最优解。从历史上看，时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)在相当长的时间内有着各种形式的应用。数字蜂窝网络里第二代移动蜂窝网络的两大标准是全球移动通信标准(GSM)和IS-95标准。其中第一个基于TDMA技术，第二个基于码分多址(CDMA)技术。对于3G网络，CDMA技术占据主要地位，宽带CDMA(WCDMA)成为标准。所有这些网络都是基于单载波传输的。4G网络是基于正交频分复用(OFDM)的多载波传输技术，OFDM技术此前用于地面数字视频广播(DVB-T)，WiFi和WiMAX。在多址接入方面，WiFi继续使用TDMA，但WiMAX采用正交频分多址接入(OFDMA)，它将OFDM的频域进行资源分配。而3GPP长期演进(LTE)和LTE-Advanced标准，他们在下行链路上使用OFDMA，在上行链路使用单载波频分多址(SC-FDMA)以降低传输信号的峰值平均功率比(PAPR)。这些多址技术都是正交的，在理想情况下可以确保用户之间不存在干扰。TDMA在同一时间只有一个用户使用，传统的FDMA在给定的一个频率上只有一个用户使用。CDMA的正交性由沃什尔-哈达理信号扩展序列来保证。虽然在OFDMA中单个用户信号在频率上重叠，但由于载波间隔为1/T，其中T是符号周期，以此来实现正交。当然，所提及的这些技术中，上行链路的正交性要求不同用户信号之间完美同步。直到多用户信息理论的诞生，不同用户信号的正交性一直被认为是最理想的性质。但对信道容量进行分析，发现对于开辟未来网络新视角和新研究方向，正交多址并不总是最优的。现有技术中存在在频谱资源紧缺的情况下的多用户传输问题、频谱资源不足，单一OFDMA系统容纳用户数不足的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于干扰对消技术的非正交多址接入方法，提高频谱的利用率。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本专利技术提出的一种基于干扰对消技术的非正交多址接入方法，包括以下步骤：步骤一、设有N+M个用户，将带有N个用户的OFDMA正交集系统作为第一组OFDMA信号集，第一组OFDMA信号集输出的是N维的QAM符号向量{an，n＝1,2,3.......N}，其中，符号an代表分配给第n个用户的OFDMA符号；使用MC-CDMA信号集作为第二组来容纳M个用户，MC-CDMA信号集是一个m维符号向量{bm，m＝1,2,3.......M}，其中符号bm代表分配给第m个MC-CDMA用户的符号，将MC-CDMA符号向量扩展到N个载波上，得出一个与OFDMA符号向量相加的N维向量，即发射信号xn为：其中信号扩展wm,n＝(wm,1,wm,2........wm,N)为Walsh-Hadamard序列；OFDMA信号集与MC-CDMA信号集内采用正交多址技术传输，OFDMA信号集与MC-CDMA信号集间采用非正交多址技术传输；步骤二、通过串行干扰消除的迭代判决来检测OFDMA信号与MC-CDMA信号的符号；具体如下：接收的信号为rn，rn＝Xn+un，un是附加噪声，rn通过N点DFT转换到频域并通过阈值检测器对OFDMA符号即an符号值进行第一次迭代判决，得到符号判决值为an符号判决值；减去DFT算子基础上的判决将输出yn通过一个Walsh-Hadamard解扩器并用阈值检测器对MC-CDMA信号集m维符号向量{bm，m＝1,2,3.......M}做出第一次迭代判决；bm判决结果为是Walsh-Hadamard序列，是bm符号判决值，{rn，n＝1,2,3.......N}减去的结果通过阈值检测器对an进行第二次符号值判决获得第二次an的符号判决值；最后，rn减去第二次an的符号判决值，所获得的信号是Walsh-Hadamard序列并且继续通过阈值检测器对bm进行第二次符号值判决，获得第二次bm的符号判决值。作为本专利技术所述的一种基于干扰对消技术的非正交多址接入方法进一步优化方案，步骤一中，第一组OFDMA信号集有N个载波，且设每个载波分配给单独的用户，在每个OFDM符号中给每一个用户提供一个QAM符号。作为本专利技术所述的一种基于干扰对消技术的非正交多址接入方法进一步优化方案，步骤一中，带有N个用户的OFDMA信号集的多址信道的带宽为N·W赫兹，如果OFDMA信号集的信号单独传输时W表示传输单个用户的信号所需的带宽。作为本专利技术所述的一种基于干扰对消技术的非正交多址接入方法进一步优化方案，限制MC-CDMA用户数量小于等于作为本专利技术所述的一种基于干扰对消技术的非正交多址接入方法进一步优化方案，采用Walsh-Hadamard扩展将MC-CDMA符号向量扩展到N个载波上。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术能够提高频谱利用率，实现信道过载以缓解频谱资源不足，同时解决单一OFDMA系统容纳用户数不足的问题；NOMA成为正交多址的一种技术扩展而不是一种完全对立的技术，在增加用户数量的同时提高了频谱利用率。附图说明图1是现有技术中基于TDMA/OCDMA的方案。图2是本专利技术设计的结合OFDMA/MC-CDMA的方案。图3是结合OFDMA/MC-CDMA方案的NOMA发射机的框图。图4是结合OFDMA/MC-CDMA方案的NOMA接收机的框图。图5是专利技术方案设计简图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本专利技术进行详细描述。本专利技术为了提高频谱的利用率，采用了一种基于干扰对消技术的非正交多址接入方案。为描述NOMA基本原理，我们重点讨论蜂窝网络里两用户的上行信道。我们假设用户1具有较强的信号功率P1，用户2具有较弱的信号功率P2。在这些条件中，接收机可以检测到用户1的信号受到用户2的干扰，从接收到的信号中减去用户1的信号即可得到无干扰用户2的信号。假设信道是归一化带宽W＝1Hz的加性高斯白噪声信道，用户1容量R1以Hz为单位其中N0是噪声谱密度(单位带宽W＝1Hz时的噪声功率)。检测到用户1发送的信号之后，接收机可以在接收到的信号中减去该信号来获得无干扰的用户2信号。用户2容量R2是因此，两个用户总容量为上式可以简写成P＝P1+P2为总功率，这表明多用户信道的容量与具有相同总功率的单用户信道的容量相同。实际情况是同于正交波形的多址接入(OWMA)。不失一般性，考虑用户2使用OFDMA方案。再次，P1代表用户1信号功率，P2代表用户2信号的功率，P＝P1+P2是总功率。我们规定P1＝αP和P2＝(1-α)P，0≤α≤1。信号功率均匀地分布在OFDMA信号的N个载波上，两个用户的带宽分配与信号功率分配比例相同。换句言之，我们W1＝αW和W2＝(1-α)W，带宽W1分配给用户1和W2分配给用户2。给出了两个用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于干扰对消技术的非正交多址接入方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、设有N+M个用户，将带有N个用户的OFDMA正交集系统作为第一组OFDMA信号集，第一组OFDMA信号集输出的是N维的QAM符号向量{an，n＝1,2,3.......N}，其中，符号an代表分配给第n个用户的OFDMA符号；使用MC‑CDMA信号集作为第二组来容纳M个用户，MC‑CDMA信号集是一个m维符号向量{bm，m＝1,2,3.......M}，其中符号bm代表分配给第m个MC‑CDMA用户的符号，将MC‑CDMA符号向量扩展到N个载波上，得出一个与OFDMA符号向量相加的N维向量，即发射信号xn为：

【技术特征摘要】
1.一种基于干扰对消技术的非正交多址接入方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、设有N+M个用户，将带有N个用户的OFDMA正交集系统作为第一组OFDMA信号集，第一组OFDMA信号集输出的是N维的QAM符号向量{an，n＝1,2,3.......N}，其中，符号an代表分配给第n个用户的OFDMA符号；使用MC-CDMA信号集作为第二组来容纳M个用户，MC-CDMA信号集是一个m维符号向量{bm，m＝1,2,3.......M}，其中符号bm代表分配给第m个MC-CDMA用户的符号，将MC-CDMA符号向量扩展到N个载波上，得出一个与OFDMA符号向量相加的N维向量，即发射信号xn为：其中信号扩展wm,n＝(wm,1,wm,2........wm,N)为Walsh-Hadamard序列；OFDMA信号集与MC-CDMA信号集内采用正交多址技术传输，OFDMA信号集与MC-CDMA信号集间采用非正交多址技术传输；步骤二、通过串行干扰消除的迭代判决来检测OFDMA信号与MC-CDMA信号的符号；具体如下：接收的信号为rn，rn＝Xn+un，un是附加噪声，rn通过N点DFT转换到频域并通过阈值检测器对OFDMA符号即an符号值进行第一次迭代判决，得到符号判决值为an符号判决值；减去DFT算子基础上的判决将输出yn通过一个Walsh-Hadam...

【专利技术属性】
技术研发人员：程崇虎，夏巍，胡洁，陆怡琪，杨洁，熊健，桂冠，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32