本文關(guān)鍵詞：非正交多址接入中的若干關(guān)鍵技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：蜂窩移動通信的多址技術(shù)經(jīng)歷了頻分復用多址、時分復用多址、碼分復用多址、正交頻分復用多址的演進。正交多址(Orthogonal Multiple Access, OMA)技術(shù)的巨大優(yōu)勢在于其接收端可以使用相對簡單的接收機檢測算法。然而信息論的結(jié)果表明,非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)傳輸比正交多址具有更高的可達容量。隨著硬件處理能力的逐步提升,接收機能夠處理更加復雜的檢測算法,NOMA逐漸引起研究者的興趣。對于退化的廣播信道(Degraded Broadcast Channel, DBC),如果采用基于功率分配的非正交多址傳輸,接收端采用串行干擾刪除(Successive Interference Cancellation, SIC)的檢測算法即可達到廣播信道的容量。在多入多出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)系統(tǒng)中,臟紙編碼(Dirty Paper Coding, DPC)是容量可達的,但是發(fā)端需要信道狀態(tài)信息(Channel State Information, CSI)做十擾刪除,使其難以在蜂窩通信系統(tǒng)中走向?qū)嵱�。本文研究并提出了MIMO信道下的空域、時域、功率域聯(lián)合編碼的非正交傳輸方案及其相應的功率分配和檢測算法。對上行多址接入系統(tǒng),(1)改進了傳統(tǒng)的基于線性濾波的SIC檢測算法,進一步的提出增強型的檢測算法,并且將低階伽羅華域(Galois Field, GF)上的低密度奇偶校驗碼(Low Density Parity Check, LDPC)碼同該檢測算法相結(jié)合,降低了信道譯碼器的計算量,取得了性能和復雜度的折中。(2)針對目前移動物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,研究面向海量連接需求的高譜效的非正交多址傳輸方式,研究發(fā)送端的圖樣設計和接收端的先進接收機等關(guān)鍵的技術(shù),即從發(fā)送端的設計上來降低接收端的檢測復雜度,并研究性能逼近單用戶界的新型多用戶檢測(Multiuser Detection, MUD)算法。論文的創(chuàng)新工作如下：首先針對多天線下行廣播信道的多址傳輸,研究復雜度較低、性能優(yōu)異的時間、頻率和空域聯(lián)合編碼圖樣的設計。提出了一種采用聯(lián)合功率域疊加和準正交空時編碼(Quasi-orthogonal space-time coding, QO-STBC)的非正交傳輸方案。用戶間通過功率進行區(qū)分,用戶內(nèi)的數(shù)據(jù)流通過QO-STBC編碼并通過分集度進行區(qū)分。首先在功率域內(nèi),通過合理的功率分配使不同用戶能夠在SIC接收機下逐次被檢測出來,用戶內(nèi)各個數(shù)據(jù)流在空時域維度內(nèi)經(jīng)過QO-STBC編碼后進行傳輸,通過調(diào)整各層數(shù)據(jù)的發(fā)送分集度,使各層數(shù)據(jù)在SIC檢測后具有相同的分集度,從而平衡了各層數(shù)據(jù)的誤碼性能。最后,進一步考慮SIC非理性因素,提出了一種優(yōu)化各層數(shù)據(jù)碼率分配的準則,并根據(jù)此準則對各個用戶的各數(shù)據(jù)層的信道編碼碼率進行了優(yōu)化。其次針對無過載的上行NOMA信道,對非正交多址傳輸?shù)囊恍╆P(guān)鍵接收機技術(shù)進行了研究。針對決定性能優(yōu)劣的關(guān)鍵的多用戶檢測,提出了一種基于線性最小均方誤差的分量級軟干擾刪除(Linear Minimum Mean Square Error based Component-Level Soft interference Cancellation, CLSC-LMMSE)迭代檢測譯碼算法。通過仿真和采用外信息轉(zhuǎn)移(Extrinsic Information Transfer, EXIT)圖工具分析,說明其在不同的碼率和調(diào)制方式下均比傳統(tǒng)的基于線性最小均方誤差的符號級軟干擾刪除(Linear Minimum Mean Square Error based Symbol-Level Soft interference Cancellation, SLSC-LMMSE)檢測算法具有更好的迭代收斂特性。在此基礎上,將多元LDPC碼和CLSC-LMMSE檢測相結(jié)合,提出了一種用于高階調(diào)制下的低復雜度高性能的迭代多用戶檢測算法。最后通過數(shù)值仿真對兩種算法性能進行比較,數(shù)值仿真結(jié)果和平均互信息(Average Mutual Information, AMI)曲線分析相一致。最后針對基于OFDM的過載的上行非正交多址接入(Overloaded Uplink Non-orthogonal Multiple Access)方案,設計并提出了一種具有不等分集特性(Unequal Diversity, UED)的多用戶稀疏擴頻調(diào)制圖樣。該設計方案具有如下的特性：(1)接收端可以采用性能逼近最優(yōu)的最大后驗概率(Maximum a Posteriori, MAP)檢測的置信傳播(Belief Propagation,BP)算法作為MUD算法,(2)而擴頻調(diào)制的稀疏特性可以降低接收端的BP檢測器的復雜度,(3)各用戶UED特性有利于改善BP算法的收斂特性。最后研究了采用BP檢測器和信道譯碼器之間的進行外信息交互的迭代檢測譯碼(Iterative Detection and Decoding, IDD)算法,并提出了針對過載NOMA系統(tǒng)的LDPC碼的度分布優(yōu)化算法,進一步的增強了接收機的檢測和譯碼性能。
【關(guān)鍵詞】：非正交多址 編碼調(diào)制 串行干擾刪除 分量級軟干擾刪除 置信傳播
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 符號說明12-14
• 第一章 緒論14-32
• 1.1 論文研究背景14-15
• 1.2 非正交多址傳輸?shù)难芯楷F(xiàn)狀15-21
• 1.3 論文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排21-25
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點21-23
• 1.3.2 論文的結(jié)構(gòu)安排23-25
• 本章參考文獻25-32
• 第二章 聯(lián)合空時編碼和功率域疊加的下行非正交多址傳輸32-56
• 2.1 功率域NOMA32-41
• 2.1.1 兩用戶系統(tǒng)模型33
• 2.1.2 兩用戶系統(tǒng)的接收端檢測33-35
• 2.1.3 兩用戶系統(tǒng)功率分配算法35-38
• 2.1.4 兩用戶功率分配與和容量的關(guān)系38-39
• 2.1.5 三用戶系統(tǒng)模型39
• 2.1.6 三用戶接收端檢測39-40
• 2.1.7 三用戶功率分配原理40-41
• 2.2 NOMA與多天線系統(tǒng)的聯(lián)合設計41-54
• 2.2.1 與多天線結(jié)合的空時域及功率域編碼圖樣設計42-43
• 2.2.2 QO-STBC設計思想43-45
• 2.2.3 系統(tǒng)模型45-47
• 2.2.4 接收端的SIC檢測47-48
• 2.2.5 NOMA的QO-STBC編碼的各層數(shù)據(jù)碼率選擇準則48-51
• 2.2.6 仿真結(jié)果及分析51-54
• 2.3 本章小結(jié)54
• 本章參考文獻54-56
• 第三章 上行非正交多址傳輸?shù)牡蛷碗s度迭代檢測譯碼算法56-100
• 3.1 系統(tǒng)模型56-58
• 3.2 CLSC-LMMSE多用戶檢測器58-69
• 3.2.1 比特級EXIT圖分析63-66
• 3.2.2 數(shù)值仿真結(jié)果66-69
• 3.3 多元域LDPC碼69-84
• 3.3.1 多元LDPC碼的基本概念70-72
• 3.3.2 多元LDPC碼的構(gòu)造72-75
• 3.3.3 多元LDPC碼的基于BP的迭代解碼75-84
• 3.4 CLSC-LMMSE與多元域LDPC碼高階調(diào)制系統(tǒng)的聯(lián)合設計84-96
• 3.4.1 CLSC-IDD的多元AMI曲線分析87-90
• 3.4.2 數(shù)值仿真結(jié)果90-96
• 3.5 本章小結(jié)96
• 本章參考文獻96-100
• 第四章 面向過載的上行非正交多址傳輸100-134
• 4.1 系統(tǒng)模型100-102
• 4.2 稀疏擴頻調(diào)制圖樣矩陣的設計102-104
• 4.2.1 過載150%的系統(tǒng)的擴頻圖樣矩陣設計102-103
• 4.2.2 過載200%的系統(tǒng)的擴頻圖樣矩陣設計103-104
• 4.3 基于符號級的置信傳播的檢測算法104-115
• 4.3.1 符號LLR至比特LLR的轉(zhuǎn)換108-109
• 4.3.2 過載NOMA在AWGN信道的可解性109-110
• 4.3.3 EXIT圖分析110-111
• 4.3.4 仿真結(jié)果111-115
• 4.4 基于BP的IDD的接收機115-120
• 4.4.1 比特LLR符號LLR的轉(zhuǎn)換116-117
• 4.4.2 BP-IDD算法117-118
• 4.4.3 仿真結(jié)果118-120
• 4.5 采用LDPC編碼的上行NOMA系統(tǒng)的優(yōu)化120-131
• 4.5.1 聯(lián)合因子圖模型120-123
• 4.5.2 度分布優(yōu)化算法123-126
• 4.5.3 仿真結(jié)果126-131
• 4.6 本章總結(jié)131
• 本章參考文獻131-134
• 第五章 總結(jié)與展望134-138
• 5.1 全文工作總結(jié)134-135
• 5.2 未來工作展望135-138
• 英文縮略語138-140
• 致謝140-142
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文142

  本文關(guān)鍵詞：非正交多址接入中的若干關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：389716