一种非线性波形的同步和异步NOMA系统设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种非线性波形的同步和异步NOMA系统设计方法，包括如下步骤：步骤1，建立非线性波形MSK

【技术实现步骤摘要】
一种非线性波形的同步和异步NOMA系统设计方法


[0001]本专利技术属于数字通信领域，特别涉及解决非线性波形的同步和异步NOMA系统设计的问题。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的发展，无线通信系统发生了几代变革，其中多址接入技术的发展决定了无线通信系统的演进方向。在过去几代移动通信网络中，正交多址接入即OMA技术已经被广泛使用，它将资源以正交即互相关为0或非常低的方式分配给每个用户，保证每个用户占用不同的资源。设计原则是以单资源或多资源相结合的方式来进行资源分配，这些资源包括码域、时域、频域和空域等。从理论上讲，OMA技术可以完全抑制用户间的干扰，所以接收机的设计简单，即接收端的用户分离具有较低的实现复杂度，但这种接入方式明显限制了用户接入数，且已被证明频谱效率是次优的，因此不能满足未来移动通信网络海量接入和超高容量的需求。
[0003]非正交多址接入即NOMA是未来多址接入技术的一个典范，它允许多个用户通过叠加码来分享相同的资源，能够实现高效的频谱效率和大规模的用户接入。以功率域NOMA为例，多个具有不同功率的用户可以同时分享相同的时频资源，接收端采用的先进多用户检测技术也能以合理的计算复杂度有效地抑制频谱共享引起的多址干扰。近来研究表明，相比于传统同步NOMA系统，在叠加信号中间引入相对时延的异步NOMA即ANOMA系统可以采用过采样技术获得更大的系统吞吐量。
[0004]目前关于NOMA的研究很多，但调制方式均假定为适用于低功效线性功率放大器的线性调制，这对功效有较高要求的无线通信系统并不是最优选择，比如军事和卫星通信。因此亟待开发出一种基于高功效波形的NOMA系统设计方法来满足高功效无线通信系统的需求。
[0005]连续相位调制即CPM是一种极具吸引力的非线性调制方案，其信号具有恒定的包络和更加紧凑的频谱，有利于被复用和适用于高功效的非线性功率放大器，因此被广泛应用于对功效有较高要求的无线通信系统。调制指数为0.5的最小频移键控类即MSK
‑
type调制是CPM 的一个子类，已被广泛应用于短波、微波以及卫星通信等场景，比如航空遥测波形和第二代全球移动通信系统即GSM。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于，基于非线性波形MSK
‑
type信号和NOMA技术，建立通用的同步和异步非线性波形NOMA系统模型，获得以吞吐量为度量指标的系统性能，描述以最大吞吐量为目标的最优系统设计问题，分析吞吐量和系统参数之间的关系。
[0007]本专利技术提出的非线性波形的同步和异步NOMA系统设计方法采用如下步骤：
[0008]一种非线性波形的同步和异步NOMA系统设计方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1，建立非线性波形MSK
‑
type信号即最小频移键控类信号的同步和异步NOMA
系统模型即非正交多址接入系统模型，得到接收信号，所述接收信号包括归一化时延、发射功率以及响应长度；
[0010]步骤2，采用过采样技术对接收信号进行采样，得到接收信号采样值及其矩阵形式；
[0011]步骤3，根据香农定理得到度量同步和异步系统性能的指标吞吐量；
[0012]步骤4，根据吞吐量表达式建立以最大吞吐量为目标的最优系统设计问题；
[0013]步骤5，分析归一化时延、发射功率以及响应长度与吞吐量的关系。
[0014]进一步地，步骤1中，非线性波形MSK
‑
type信号的同步和异步NOMA系统模型，因为同步系统为异步系统的特殊情况，因此系统可建模为：
[0015][0016]式中，T为符号周期，P1和P2分别表示用户1和用户2的发射功率，h1和h2分别表示来自用户1和2通信链路的信道参数，假定在一帧符号内保持不变，n为发送信号的序号，即建模为平坦衰落信道，复系数和分别表示用户1和用户2的第n个实或复系数，在n为奇数和偶数时分别为1和j，和分别表示用户1和用户2的第n个差分符号，可以由输入符号d
n
通过差分编码公式d
n
＝(
‑
1)
n
b
n
b
n
‑1得到，τ表示两个用户信号到达接收端的归一化时延，即0≤τ＜1，w(t)表示服从均值为零和方差为σ2的复高斯分布，c0(t)是非线性波形MSK
‑
type信号经劳伦特即Laurent分解得到的第一个调幅脉冲，可以表示为：
[0017][0018]式中，L为非线性波形的响应长度，s0(t)为组成调幅脉冲的基本脉冲，定义为：
[0019][0020]式中，h为非线性波形的调制指数，q(t)为信号的相位脉冲。
[0021]进一步地，步骤2中，采用过采样技术得到的接收信号采样值及其矩阵形式，两个采样值可分别表示如下：
[0022][0023][0024]由于c0(t
‑
nT)和c0(t
‑
(n+τ)T)只在区间nT≤t≤(n+L+1)T和 (n+τ)T≤t≤(n+τ+L+1)T内不为零，对积分上下限做调整，式中，y1(n)和y2(n)分别表示以第1和2路用户信号到达时间为基准进行匹配滤波得到的第n个接收采样值，和分别表示由发射功率和信道参数组成的第1和2路到达信号的系数，定义为参数为i的第一个调幅脉冲的互相关系数，和分别表示用户1和用户2的第n
‑
L个差分符号，w1(n)和w2(n)分别表示以第1和2路用户信号到达时间为基准进行匹配滤波得到的第n个噪声采样值，和分别表示用户1和用户 2的第n
‑
L个实或复系数，ξ1和ξ3表示与时延无关的符号间干扰，ξ2和ξ4表示由时延引起的符号间干扰，对于N个发送符号的传输块，接收信号矩阵可以表示为：
[0025]Y＝RHUB+W
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0026]式中，Y表示接收信号矩阵，R表示第一个调幅脉冲的互相关系数矩阵，即相关矩阵， H表示发射功率和信道参数组成的矩阵，U表示由实数1和复数j组成的矩阵，B表示差分符号矩阵，W表示噪声矩阵，它们分别表示为：
[0027]Y＝[y1(1),y2(1),
…
,y1(N),y2(N)]T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0028]W＝[w1(1),w2(1),
…
,w1(N),w2(N)]T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0029][0030][0031][0032][0033]进一步地，步骤3中，根据式(6)和香农定理，系统吞吐量可表示为：
[0034][0035]式中，N为发送符号的个数，det(ν)表示方阵ν的行列式，因为HH
H
R表示为实对称矩阵，因此可以对其进行特征值分解，特征值分解后的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非线性波形的同步和异步NOMA系统设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立非线性波形MSK
‑
type信号即最小频移键控类信号的同步和异步NOMA系统模型即非正交多址接入系统模型，得到接收信号，所述接收信号包括归一化时延、发射功率以及响应长度；步骤2，采用过采样技术对接收信号进行采样，得到接收信号采样值及其矩阵形式；步骤3，根据香农定理得到度量同步和异步系统性能的指标吞吐量；步骤4，根据吞吐量表达式建立以最大吞吐量为目标的最优系统设计问题；步骤5，分析归一化时延、发射功率以及响应长度与吞吐量的关系。2.根据权利要求1中所述的一种非线性波形的同步和异步NOMA系统设计方法，其特征在于：步骤1中，非线性波形MSK
‑
type信号的同步和异步NOMA系统模型为：式中，T为符号周期，P1和P2分别表示用户1和用户2的发射功率，h1和h2分别表示来自用户1和2通信链路的信道参数，假定在一帧符号内保持不变，n为发送信号的序号，即建模为平坦衰落信道，复系数平坦衰落信道，复系数和分别表示用户1和用户2的第n个实或复系数，在n为奇数和偶数时分别为1和j，和分别表示用户1和用户2的第n个差分符号，可以由输入符号d
n
通过差分编码公式d
n
＝(
‑
1)
n
b
n
b
n
‑1得到，τ表示两个用户信号到达接收端的归一化时延，即0≤τ＜1，w(t)表示服从均值为零和方差为σ2的复高斯分布，c0(t)是非线性波形MSK
‑
type信号经劳伦特即Laurent分解得到的第一个调幅脉冲，可以表示为：式中，L为非线性波形的响应长度，s0(t)为组成调幅脉冲的基本脉冲，定义为：式中，h为非线性波形的调制指数，q(t)为信号的相位脉冲。3.根据权利要求1中所述的一种非线性波形的同步和异步NOMA系统设计方法，其特征在于：步骤2中，采用过采样技术得到的接收信号采样值及其矩阵形式，两个采样值可分别表示如下：
式中，y1(n)和y2(n)分别表示以第1和2路用户信号到达时间为基准进行匹配滤波得到的第n个接收采样值，和分别表示由发射功率和信道参数组成的第1和2路到达信号的系数，定义为参数为i的第一个调幅脉冲的互相关系数，和分别表示用户1和用户2的第n
‑
L个差分符号，w1(n)和w2(n)分别表示以第1和2路用户信号到达时间为基准进行匹配滤波得到的第n个噪声采样值，和分别表示用户1和用户2的第n
‑
L个实或复系数，ξ1和ξ3表示与时延无关的符号间干扰，ξ2和ξ4表示由时延引起的符号间干扰，对于N个发送符号的传输块，接收信号矩阵可以表示为：Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：李赛，党小宇，郝崇正，李杰，张俊，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：