【摘要】：面向2020年及未來,移動數據流量即將出現爆炸式增長。移動互聯網和物聯網作為未來通信發(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)技術和頻譜感知技術針對上述問題,提出了相應的解決方案。SCMA技術作為非正交多址接入技術的一種,支持用戶負載的同時,能夠保證系統傳輸性能。頻譜感知技術通過檢測區(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,主要的研究內容和創(chuàng)新點如下:(1)本文的基礎理論分為兩個主要部分,分別介紹了 SCMA技術基礎和頻譜感知技術基礎。首先介紹了 FDMA技術、CDMA技術,并在LDS技術的基礎上介紹了 SCMA系統原理及現有的SCMA碼書設計方法。分析了多用戶檢測最常用的MAP檢測算法,適合SCMA技術的MPA檢測算法以及各自的優(yōu)缺點。隨后,介紹了頻譜感知技術基礎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。最后也介紹了協作頻譜感知系統和融合中心的融合準則。(2)傳統的SCMA碼書設計都是對母星座進行矢量變換得到子星座圖,系統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;并對母星座進行分割,得到最小歐氏距離更大的子星座圖;結合映射矩陣和子星座圖生成最終的SCMA碼書。仿真結果表明,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)現有大多數頻譜感知算法檢測復雜度大、檢測時間較長,本文提出了基于協方差矩陣的機會協作頻譜感知算法。該算法在傳統的頻譜感知算法的基礎上,提出奇偶時隙的劃分,對次級用戶在偶時隙接收到的信號,采用機會協作方式轉發(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,在采樣點數較多時,單門限檢測性能近似于雙門限算法,且檢測復雜度低,但雙門限算法能效優(yōu)于單門限。且與無協作的能量檢測算法、無中繼協作的協方差算法及基于協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性能、降低復雜度為出發(fā)點,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據區(qū)間來傳輸數據［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技術也是第一代移動通信系統采用的主要技術。第二代移動通信逡逑系統改用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。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。ＯＦＤＭＡ技術對頻分復用的頻帶進一步壓縮，逡逑如圖２．３所示，大大提高了頻譜利用率。ＯＦＤＭＡ系統中，各用戶占用的頻段不是完全獨立，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的逡逑信號。同時，ＯＦＤＭＡ系統中，為降低頻率選擇性衰落對信號的影響，考慮對頻段進行分割，逡逑以得到僅出現平坦衰落的子頻段。逡逑ＦＤＭＡ技術與ＴＤＭＡ技術頻譜利用率低，ＣＤＭＡ技術與ＯＦＤＭＡ技術接入用戶數量受逡逑限，這些缺點導致其無法滿足５Ｇ應用場景的需求。由此提出的ＬＤＳ技術，將采用低密度簽逡逑名序列來代替ＣＤＭＡ系統中的等效擴頻序列ＬＤＳ技術最初作為一種應用于高斯無記憶逡逑信道中的傳輸和符號同步檢測技術。在ＬＤＳ－ＣＤＭＡ系統中，為大大提高接入用戶的數量，逡逑用戶間的正交性不再滿足，使得接入用戶數遠超過ＣＤＭＡ碼片數，即，實現系統負載。逡逑ＬＤＳ技術中
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5

【參考文獻】

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2 金燕君;朱琦;鄭寶玉;;認知無線網絡中動態(tài)雙門限協作頻譜感知性能的優(yōu)化方案[J];信號處理;2015年03期

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本文編號：2591591