免信令的上行非正交多址方法研究.pdf

1、在滿足了人與人之間的通信后，物聯(lián)網(wǎng)為無線通信的發(fā)展注入了新的活力。移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成了發(fā)展第五代移動通信(5G)系統(tǒng)的兩大驅(qū)動力。為了滿足5G通信的通信需求，一個新型的多址技術(shù)至關(guān)重要。第一代移動通信(1G)到第四代移動通信(4G)系統(tǒng)上行通信采用的都是正交的多址技術(shù)，面對5G通信的新要求，這些正交多址技術(shù)的不足日益凸顯出來，包括頻譜效率低、大連接支持能力差等。為此，通信的研究和標準制定工作對可以提供更高頻譜效率、更高接入量的非正

2、交多址技術(shù)給予了重視。
　　目前正在研究的上行非正交多址技術(shù)包括稀疏碼分多址(SCMA，sparse codemultiple access)、多用戶共享接入(MUSA，multi-user shared access)以及圖樣分割多址(PDMA，pattern division multiple access)等。相對于正交的多址技術(shù)，這些非正交的多址技術(shù)可以極大提高系統(tǒng)的頻譜效率和大連接支持能力。不過這些非正交多址技術(shù)依然存在

3、一些需要克服的技術(shù)困難。其次，除了MUSA，它們在提出之初并沒有特別考慮通信用戶的多址接入過程。如果5G系統(tǒng)同樣采用以往系統(tǒng)中基于競爭的多址接入?yún)f(xié)議，則會面臨繁重的接入信令負擔，甚至產(chǎn)生信令風暴。這種情況下，即使是非正交多址技術(shù)的優(yōu)勢也會被嚴重削弱。
　　針對上述問題，論文提出了免信令的上行非正交多址方法，并對其中的關(guān)鍵問題開展了研究。具體地，論文的主要內(nèi)容包括:
　　1)提出了免信令的上行非正交多址方法
　　提出的方

4、法中，數(shù)據(jù)包首先進行擴展碼擴展處理，其結(jié)果是增加數(shù)據(jù)包的符號數(shù)量，擴展后的數(shù)據(jù)包再通過系統(tǒng)分配好的時頻資源進行傳輸，接收端進行多天線接收并完成數(shù)據(jù)的恢復。該過程中，用戶傳輸數(shù)據(jù)包的時頻資源早在用戶注冊網(wǎng)絡，或者第一次有數(shù)據(jù)包發(fā)送，或者系統(tǒng)為了平衡負載而進行資源的再分配時就已經(jīng)給定，系統(tǒng)動態(tài)而頻繁的無線資源分配并不需要。因此，所提方法可以免去接入信令開銷。同時，通過非正交擴展，系統(tǒng)允許相當多的用戶使用相同的時頻資源。因此相對于正交的多址方

5、法，方法在頻譜效率、大連接的支持能力上也有非常明顯的優(yōu)勢。
　　2)免信令上行非正交多址方法的數(shù)據(jù)恢復
　　根據(jù)提出的方法，同時考慮用戶傳輸行為的稀疏性，論文建立了塊稀疏的非正交多址模型。由于采用的是免接入過程的多址方法，哪些用戶有傳輸數(shù)據(jù)包接收端預先并不知道。因此，數(shù)據(jù)恢復的任務包括檢測有傳輸數(shù)據(jù)包的用戶和解調(diào)這些用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)符號。在這個問題上，論文借鑒稀疏恢復中迭代的塊正交匹配追蹤(BOMP，block orthogo

6、nal matching pursuit)算法提出了PICNBOMP(perfectinterference cancellation based and normalized BOMP)算法。PICNBOMP的主要思想是將通信信號中常見的錯誤糾檢錯編碼融入到迭代算法中進行完美干擾消除，由此獲得了提高數(shù)據(jù)恢復準確性和降低恢復復雜度的雙重優(yōu)勢。特別地，該算法體現(xiàn)的思路具有普適性，其對于控制迭代算法的誤差傳播非常有效。只要消息具有糾檢錯編碼

7、結(jié)構(gòu)以及多個消息之間存在干擾，它們的迭代恢復即可借鑒論文中提高算法的思想。
　　3)免信令上行非正交多址方法的擴展碼設計
　　所提方法中，擴展碼至關(guān)重要，它的作用包括攜帶用戶身份信息、直接影響用戶傳輸數(shù)據(jù)之間的干擾和方法的實現(xiàn)復雜度等。擴展碼以預編碼矩陣的形式出現(xiàn)在方法中?；赑ICNBOMP算法，論文從稀疏恢復算法用戶檢測和符號解調(diào)的準確性角度出發(fā)對預編碼矩陣應該滿足的條件進行了分析研究。分析的結(jié)果表明列正交的預編碼矩陣有