一种非正交多址码本优化方法技术

技术编号:19750912 阅读:98 留言:0更新日期:2018-12-12 05:42
本发明专利技术提供一种非正交多址码本优化方法,能够提升系统容量。所述方法包括:S1,确定码本中用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系;S2,根据确定的用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系,基于最小均方误差准则构造出与最小均方误差滤波器相匹配的新的码字来替换原有码字,得到新的码本;S3,根据得到的新的码本,执行S2对原有码本中每个码字逐一进行迭代更新。本发明专利技术涉及通信领域。

【技术实现步骤摘要】
一种非正交多址码本优化方法
本专利技术涉及通信领域,特别是指一种非正交多址码本优化方法。
技术介绍
理想的码本对于系统容量的提升有着重要的作用。理想的码本具有如下特性:当用户数目K小于等于子载波数目N的情况下,生成的理想码本是一个正交的码字集合;而在用户数目大于子载波数目的情况下,生成的理想码本是一个符合韦尔奇界(WelchBoundEquality,WBE)原理的码字集合。即:当K≤N时,生成符合STS=IN的码本,其中,S表示码本,T表示矩阵转置,IN表示N维单位矩阵;当K>N时,生成符合的码本。目前,对于非正交码本的设计并没有统一的设计方案和设计标准,对于不同的非正交多址(Non-OrthogonalMultipleAccess,NOMA)方案,其码本也不尽相同。当前使用的非正交码本大多满足非正交原则,但并不是最优的码本,也就是说,这些码本虽然满足非正交性,但性能却不是最优的,不能达到理想的系统容量,因此对非正交码本进行优化设计从而提升系统容量具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种非正交多址码本优化方法,以解决现有技术所存在的设计的非正交码本不理想、设计方法不规则的问题。为解决上述技术问题,本专利技术实施例提供一种非正交多址码本优化方法,包括:S1,确定码本中用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系;S2,根据确定的用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系,基于最小均方误差准则构造出与最小均方误差滤波器相匹配的新的码字来替换原有码字,得到新的码本;S3,根据得到的新的码本,执行S2对原有码本中每个码字逐一进行迭代更新。进一步地,所述码本中用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系表示为:其中,NSE表示接收端的均方误差,TSC表示用户码字相关性的平方和,p表示用户的接收功率,N0表示加性高斯白噪声的方差,K表示用户的数目。进一步地,MSE表示为:其中,si和sj分别表示用户i、用户j的码字,T表示矩阵转置。进一步地,TSC表示为:进一步地,所述S2包括:S21,根据确定的用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系,确定优化目标;S22,基于最小均方误差准则对优化目标进行优化:基于最小均方误差准则构造出与最小均方误差滤波器相匹配的新的码字来替换原有码字,得到新的码本。进一步地,确定的优化目标为:P1:minTSCP2:minMSE其中,P1、P2分别表示目标1、目标2,s.t.表示数学符号:使得。进一步地,原有码本S=[s1,…,sk,…,sK];所述S22包括:S221,在用户k的码字sk的基础上对关系式中的TSC项进行分解,得到表达式:根据预设的约束条件对TSC的表达式进行更新,得到:其中,第一参数第二参数IN表示N维单位矩阵;S222,根据sk和Ak,构造出与最小均方误差滤波器相匹配的新的码字ck:S223,利用构造出的匹配最小均方误差滤波器特性的新的码字ck替换原来的码字sk,得到新的码本为进一步地,所述S3包括:根据得到的新的码本重复执行S221-S223逐一更新原有码本中其它用户的码字。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下:上述方案中,确定码本中用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系;根据确定的用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系,基于最小均方误差准则构造出与最小均方误差滤波器相匹配(特性相一致)的新的码字来替换原有码字,并按照此方法对码本中码字逐一进行迭代更新,使得每一步更新之后的TSC值不增加,从而得到新的理想码本,即:构造出符合WBE原理定义的理想码本,从而提升系统容量。附图说明图1为本专利技术实施例提供的非正交多址码本优化方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术针对现有的设计的非正交码本不理想、设计方法不规则的问题,提供一种非正交多址码本优化方法。如图1所示,本专利技术实施例提供的非正交多址码本优化方法,包括:S1,确定码本中用户码字相关性的平方和(TotalSquareCorrelation,TSC)与接收端的均方误差(MeanSquareError,MSE)之间的关系;S2,根据确定的用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系,基于最小均方误差(MinimumMeanSquareError,MMSE)准则构造出与最小均方误差滤波器相匹配的新的码字来替换原有码字,得到新的码本;S3,根据得到的新的码本,执行S2对原有码本中每个码字逐一进行迭代更新。本专利技术实施例所述的非正交多址码本优化方法,确定码本中用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系;根据确定的用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系,基于最小均方误差准则构造出与最小均方误差滤波器相匹配(特性相一致)的新的码字来替换原有码字,并按照此方法对码本中码字逐一进行迭代更新,使得每一步更新之后的TSC值不增加,从而得到新的理想码本,即:构造出符合WBE原理定义的理想码本,从而提升系统容量。本专利技术实施例所述的非正交多址码本优化方法的具体实施步骤包括:A1,对系统模型进行初步分析,通过数学推导,得出TSC与MSE之间的关系。首先,假设接收端的接收向量为:其中,y∈CN为接收端的接收信号,CN表示复数域中的N维向量,pi是用户i的接收功率,假设各用户接收功率相等,即p1=p2=…=pK=p;si∈CN是用户i的码字,xi∈C是用户的发送符号,C表示复数域,其均值为0,方差为1,即表示方差;加性高斯白噪声w∈CN是N维复高斯矢量,其均值为0,方差为N0,即w~C(0,N0I),I表示单位矩阵;S=[s1,s2,…,sK]为码本,则根据香农信道容量公式可得:其中,det()表示行列式,IN、IK分别表示N维和K维的单位矩阵。接着,根据韦尔奇定义,可以得出K个用户码字的相关性的平方和:则对任意的K和N,当TSC取得最小值时,所得到的码本便是理想的传输码本,其中,N表示子载波数目。在接收端用户i的均方误差(MSE)为:故系统总的MSE为:因此,可以得到MSE与TSC之间的关系:A2,对MSE与TSC之间的关系进行理论分析得到优化目标。根据上面的表达式可知,MSE与TSC具有直接的关系,即:当MSE取得最小值时,相应的TSC的取值也会达到最小。因此,在预设的约束条件下,最小化TSC相当于最小化MSE。即:P1:minTSCP2:minMSE其中,P1、P2分别表示目标1、目标2,s.t.表示数学符号:使得。根据上式可得优化目标为构造迭代函数使得TSC最小化,对用户的码字逐一地进行更新。对于码字更新的算法有多种,但是由于基于MMSE准则的算法具有低复杂度和高可控性等优异性能,因此在本实施例中,选择基于MMSE准则的更新方法。在MMSE更新法中,传输码本中的某一用户的码字会被与之相一致的标准化MMSE接收机滤波器所替代,这样,基于MMSE准则实现其相关性的快速收敛,降低TSC并同时实现系统容量的提升。A2,对优化目标进行优化,即:基于MMSE准则构造出与MMSE滤波器相匹配的新的用户码字来代替原有码字并按照此方法对码本中码字逐一进行迭代更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非正交多址码本优化方法,其特征在于,包括:S1,确定码本中用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系;S2,根据确定的用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系,基于最小均方误差准则构造出与最小均方误差滤波器相匹配的新的码字来替换原有码字,得到新的码本;S3,根据得到的新的码本,执行S2对原有码本中每个码字逐一进行迭代更新。

【技术特征摘要】
1.一种非正交多址码本优化方法,其特征在于,包括:S1,确定码本中用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系;S2,根据确定的用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系,基于最小均方误差准则构造出与最小均方误差滤波器相匹配的新的码字来替换原有码字,得到新的码本;S3,根据得到的新的码本,执行S2对原有码本中每个码字逐一进行迭代更新。2.根据权利要求1所述的非正交多址码本优化方法,其特征在于,所述码本中用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差之间的关系表示为:其中,MSE表示接收端的均方误差,TSC表示用户码字相关性的平方和,p表示用户的接收功率,N0表示加性高斯白噪声的方差,K表示用户的数目。3.根据权利要求2所述的非正交多址码本优化方法,其特征在于,MSE表示为:其中,si和sj分别表示用户i、用户j的码字,T表示矩阵转置。4.根据权利要求3所述的非正交多址码本优化方法,其特征在于,TSC表示为:5.根据权利要求4所述的非正交多址码本优化方法,其特征在于,所述S2包括:S21,根据确定的用户码字相关性的平方和与接收端的均方误差...

【专利技术属性】
技术研发人员:戴晓明董园园赵爽李华张振宇
申请(专利权)人:北京科技大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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