【摘要】：面向2020年及未來,移動數(shù)據(jù)流量即將出現(xiàn)爆炸式增長。移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)作為未來通信發(fā)展的兩大主力軍,給予第五代移動通信(5G)無限可能和前景。大量移動設(shè)備接入和頻譜資源短缺的情況也是5G需要面對的問題。稀疏碼多址接入(SCMA)技術(shù)和頻譜感知技術(shù)針對上述問題,提出了相應(yīng)的解決方案。SCMA技術(shù)作為非正交多址接入技術(shù)的一種,支持用戶負(fù)載的同時,能夠保證系統(tǒng)傳輸性能。頻譜感知技術(shù)通過檢測區(qū)分擁擠頻段和空閑頻段,提高無線通信中的頻譜效率。本文的研究就是基于上述兩點(diǎn),主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)本文的基礎(chǔ)理論分為兩個主要部分,分別介紹了 SCMA技術(shù)基礎(chǔ)和頻譜感知技術(shù)基礎(chǔ)。首先介紹了 FDMA技術(shù)、CDMA技術(shù),并在LDS技術(shù)的基礎(chǔ)上介紹了 SCMA系統(tǒng)原理及現(xiàn)有的SCMA碼書設(shè)計方法。分析了多用戶檢測最常用的MAP檢測算法,適合SCMA技術(shù)的MPA檢測算法以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。隨后,介紹了頻譜感知技術(shù)基礎(chǔ)和頻譜感知算法的分類。并具體介紹了發(fā)射端檢測法,給出了匹配濾波器檢測、能量檢測和循環(huán)平穩(wěn)特征檢測三種算法比較。最后也介紹了協(xié)作頻譜感知系統(tǒng)和融合中心的融合準(zhǔn)則。(2)傳統(tǒng)的SCMA碼書設(shè)計都是對母星座進(jìn)行矢量變換得到子星座圖,系統(tǒng)性能改善不是很明顯。由此,本文提出基于QAM星座圖分割的優(yōu)化SCMA碼書設(shè)計方法。通過比較PSK和QAM星座圖的最小歐氏距離后,選擇對QAM星座圖優(yōu)化使之成為母星座圖;并對母星座進(jìn)行分割,得到最小歐氏距離更大的子星座圖;結(jié)合映射矩陣和子星座圖生成最終的SCMA碼書。仿真結(jié)果表明,新方法生成的碼書與未分割的優(yōu)化16-QAM星座圖碼書、基于TCM分割16-QAM星座圖碼書、最初的SCMA、LDS及IrLDS相比,在BER為10-4時,系統(tǒng)性能分別提高1.0,1.4,2.5,3.5,4.0dB。且新方法的星座約束容量較上述幾種方法也有明顯提高。(3)現(xiàn)有大多數(shù)頻譜感知算法檢測復(fù)雜度大、檢測時間較長,本文提出了基于協(xié)方差矩陣的機(jī)會協(xié)作頻譜感知算法。該算法在傳統(tǒng)的頻譜感知算法的基礎(chǔ)上,提出奇偶時隙的劃分,對次級用戶在偶時隙接收到的信號,采用機(jī)會協(xié)作方式轉(zhuǎn)發(fā),以提高檢測性能。同時提出單門限和雙門限兩種感知算法,仿真分析表明,在采樣點(diǎn)數(shù)較多時,單門限檢測性能近似于雙門限算法,且檢測復(fù)雜度低,但雙門限算法能效優(yōu)于單門限。且與無協(xié)作的能量檢測算法、無中繼協(xié)作的協(xié)方差算法及基于協(xié)作的能量檢測算法相比,在信噪比為-10dB時,新算法的檢測概率較上述兩種算法分別提高0.19,0.13,0.08。本文中的研究均是以提高系統(tǒng)性能、降低復(fù)雜度為出發(fā)點(diǎn),故適合未來5G無線通信等場景。
【圖文】：

圖２．１邋ＦＤＭＡ頻分多址接入技術(shù)示意圖逡逑圖邋２．１邋為頻分多址接入（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋Ｄｉｖｉｓｉｏｎ邋Ｍｕｌｔｉｐｌｅ邋Ａｃｃｅｓｓ，，ＦＤＭＡ）不意圖。ＦＤＭＡ邋是通過逡逑頻帶劃分用戶數(shù)據(jù)區(qū)間來傳輸數(shù)據(jù)［６］。由圖２．１可得，用戶間存在頻帶間隔，以此來避免傳輸逡逑過程中的信號干擾。ＦＤＭＡ技術(shù)也是第一代移動通信系統(tǒng)采用的主要技術(shù)。第二代移動通信逡逑系統(tǒng)改用ＴＤＭＡ，主要是通過不同時隙的劃分來區(qū)分不同用戶，如圖２．２，且時隙之間的間逡逑隔能有效保障用戶傳輸過程的可靠性［５］。但這兩種方法均會造成資源浪費(fèi)。逡逑７逡逑

圖２．３邋ＯＦＭＤＡ示意圖逡逑第四代移動通信主要采用ＯＦＤＭＡ技術(shù)。ＯＦＤＭＡ技術(shù)對頻分復(fù)用的頻帶進(jìn)一步壓縮，逡逑如圖２．３所示，大大提高了頻譜利用率。ＯＦＤＭＡ系統(tǒng)中，各用戶占用的頻段不是完全獨(dú)立，逡逑頻帶之間有重合部分，同時使各用戶的子載波具有正交性。也就是說，當(dāng)某用戶頻帶功率最逡逑大時，基于子載波的正交性，其他用戶的載波信號能量均為零，故可以得出該載波上傳輸?shù)腻义闲盘�。同時，ＯＦＤＭＡ系統(tǒng)中，為降低頻率選擇性衰落對信號的影響，考慮對頻段進(jìn)行分割，逡逑以得到僅出現(xiàn)平坦衰落的子頻段。逡逑ＦＤＭＡ技術(shù)與ＴＤＭＡ技術(shù)頻譜利用率低，ＣＤＭＡ技術(shù)與ＯＦＤＭＡ技術(shù)接入用戶數(shù)量受逡逑限，這些缺點(diǎn)導(dǎo)致其無法滿足５Ｇ應(yīng)用場景的需求。由此提出的ＬＤＳ技術(shù)，將采用低密度簽逡逑名序列來代替ＣＤＭＡ系統(tǒng)中的等效擴(kuò)頻序列ＬＤＳ技術(shù)最初作為一種應(yīng)用于高斯無記憶逡逑信道中的傳輸和符號同步檢測技術(shù)。在ＬＤＳ－ＣＤＭＡ系統(tǒng)中，為大大提高接入用戶的數(shù)量，逡逑用戶間的正交性不再滿足，使得接入用戶數(shù)遠(yuǎn)超過ＣＤＭＡ碼片數(shù)，即，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)負(fù)載。逡逑ＬＤＳ技術(shù)中
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 方偉;劉順蘭;;雙門限和機(jī)會協(xié)作的頻譜感知算法研究[J];計算機(jī)工程與應(yīng)用;2015年08期

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本文編號：2591591