[发明专利]一种用于实现低复杂度高频谱效率的多址序列构造方法

说明书

本发明公开了一种用于实现低杂度高频谱效率的多址序列构造方法，求得的多址序列能够在最大化系统频谱效率的同时，最优化各用户多址序列构成的多址矩阵的稀疏度，从而使得在低复杂度的MPA多用户检测时，达到高频谱效率。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体是一种用于实现低复杂度高频谱效率的多址序列构造方法。

背景技术

无线通信正在朝着万物互联的美好愿景发展，不断涌现的各类新业务和应用场景，要求未来无线通信能实现人与物、物与物的智能互联。随着大量物联网设备部署和海量机器设备的接入网络，海量用户接入成为无线通信发展面临的关键挑战之一。

非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)作为新一代无线通信技术受到广泛关注。NOMA打破各用户信号的正交性，用户不再独占资源，而是实现资源共享，从而提高用户接入数。具体来说，NOMA让不同用户信号通过某种方式在相同资源上叠加传输，在接收端用先进的信号处理手段，包括多用户检测、译码等，处理干扰、解码出各用户信号。根据共享资源方式的不同，NOMA方案可以分为两类：功率域NOMA，各用户信号直接叠加在一个资源块上传输，早期研究中称为重叠编码(Superposition Coding，SC)；码域NOMA，用户信息映射到一个码字，各用户的码字相互叠加扩展到多个资源块上传输。通常用户数大于资源数，系统工作在过载状态，码字之间非正交。码字产生方式可分为两类，一类是设计码本，由信息比特直接映射成码字；一类是设计多址序列，信息比特先映射成星座符号，再将星座符号乘上多址序列得到码字。

现有码字设计通常无法很好兼顾性能和复杂度，NOMA系统的和容量以及和容量可达的方法已有较充分的研究，而在应对复杂度问题方面，现有研究考虑设计稀疏码实现资源共享，通过稀疏特性减轻用户间干扰，使得可以用低复杂度且高效的信息传递算法(Message Passing Algorithm，MPA)做多用户检测区分用户。然而，如何用尽可能低的复杂度实现系统尽可能高的频谱效率问题尚未解决。

发明内容

本发明提出了一种用于实现低复杂度高频谱效率的多址序列构造方法，能够在最大化系统频谱效率的同时，最优化各用户多址序列构成的多址矩阵的稀疏度，通过应用低复杂度的MPA多用户检测方法来降低系统的实现复杂度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于实现低复杂度高频谱效率的多址序列构造方法，包括以下步骤：

步骤S1、每个用户将自身发送数据符号乘以C^N域的多址序列s_k后，将得到的N维符号向量中的每个符号依次分别对应到N个资源块上进行传输，所述用户共有K个，则接收端接收到K个用户在N个资源上的叠加信号；

步骤S2、令S＝[s₁,L,s_k](k＝1,...,)K，所述S表示由K个多址序列构成的N×K的多址矩阵，所述多址矩阵的每个列向量对应一个多址序列，并且具有归一化的能量M，所述能量M在数值上与N相等，即则所有所述用户的和速率为

其中，P为所有用户各自的发射功率p_k构成对角矩阵，且P＝diag{p₁,…,p_k}(k＝1,...,K)其中，S^H表示S的共轭转置，det()表示取行列式，log()表示对数函数，N₀表示噪声功率，I_N表示N×N的单位阵；

步骤S3、令spa(S)表示S的稀疏度，定义为多址矩阵S所有非零元素的个数，表达式如下：

其中，||s_k||₀表示向量s_k的l₀范数；