[發(fā)明專利]格碼多址系統(tǒng)及收發(fā)機處理方法

在審

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• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115514453A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊濤;陳秋卓;余方濤;劉榮科
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04B7/0452
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發(fā)明提出一種格碼多址系統(tǒng)及收發(fā)機處理方法，包括：步驟一：格碼編碼與調(diào)制映射；步驟二：格碼多址擴頻操作；步驟三：接收信號模型；步驟四：格碼多址接收端系數(shù)矩陣的選定；步驟五：消息序列線性組合；步驟六：格碼多址的兩種逐符號檢測；步驟七：接收機譯碼；步驟八：多階段接收機增強處理；步驟九：仿真驗證與性能評估。本發(fā)明將網(wǎng)絡(luò)信息論中的新理念引入到實際無線通信系統(tǒng)，以更低成本、無需外循環(huán)迭代，獲得超越現(xiàn)有方案的承載率(可達350％)、能譜效率、處理延時，并解決了碼域非正交多址與主流信道編碼兼容性和不收斂問題。經(jīng)仿真驗證可達到逼近信息理論極限的性能，為達成6G系統(tǒng)多址的性能指標提供了一切實可行的方案和方法。

【技術(shù)領(lǐng)域】

針對下一代無線通信系統(tǒng)的承載率、能譜效率、用戶間干擾、計算復雜度與處理延時等關(guān)鍵問題，本發(fā)明提出一種基于格碼(lattice code)的多址(multiple-access)系統(tǒng)，以及一套收發(fā)機處理方法。相較于現(xiàn)有的上行多址方案，如交織分多址和稀疏碼多址等，上行格碼多址取得承載率與能譜效率本質(zhì)性的提升，且無需收發(fā)機迭代處理并支持純并行處理，極大地降低了收發(fā)機譯碼復雜度和處理延時。本發(fā)明屬于通信、信息論與編碼、及信號處理領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】

多址是通信系統(tǒng)的核心模塊之一，也是歷代移動通信的標識。1G-5G移動通信系統(tǒng)采用頻分多址、時分多址、碼分多址(code division multiple-access，CDMA)、正交頻分多址(orthogonal frequency division multiple-access，OFDMA)、空分多址(spatialdivision multiple access,SDMA)等技術(shù)。5G系統(tǒng)還通過大規(guī)模多輸入多輸出(massiveMIMO)系統(tǒng)進一步提升空分多址能力并降低接收機處理成本。下一代6G系統(tǒng)需支持泛在海量通信、進一步增強的移動超寬帶、空天地全覆蓋等新應(yīng)用場景，實現(xiàn)1,000,000設(shè)備/每平方公里的承載率、1Tbps的峰值速率，99％的覆蓋率。更強大、更普適的多址技術(shù)是實現(xiàn)這些苛刻的性能指標不可或缺的核心要素之一。

1G-5G系統(tǒng)采用正交多址(orthogonal Multiple-Access，OMA)，通過頻域、時域、碼域的資源塊分割，避免用戶間干擾。然而，隨著用戶數(shù)量的不斷增多，受限于有限的時頻資源，正交多址難以滿足6G泛在化巨連接和進一步增強的移動超寬帶等場景的連接密度和能譜效率的需求。同時，維持用戶間的正交性需要大量的動態(tài)資源分配、授權(quán)、握手等信令開銷，其成本隨用戶數(shù)目呈幾何增長態(tài)勢，特別不適合巨連接與超低延時通信。非正交多址(non-orthogonal multiple-access，NOMA)技術(shù)允許多用戶在相同的時、頻、碼、空域上同時傳輸。通過運用多用戶檢測與譯碼、多用戶預編碼，實現(xiàn)用戶間干擾的消除與抑制，提升系統(tǒng)承載率和能譜效率。NOMA與基于壓縮感知算法的活躍用戶鑒定與信道估計結(jié)合后，可以實現(xiàn)輕信令的免授權(quán)隨機傳輸，可本質(zhì)地提升承載率與延時性能。

多址系統(tǒng)的核心問題是：如何以合理成本高效地從接收到的多個用戶疊加的信號中成功譯碼每個用戶的信息。隨著承載率的提高，此任務(wù)的難度顯著增加。一種初級方法是串行干擾消除(successive interference cancellation，SIC)，相關(guān)方案通常稱為NOMA-SIC[1][2]。以兩用戶為例，考慮用戶信號強度在接收端的差異性，NOMA-SIC首先譯出能量較強用戶的信號，將該部分從接收信號中消除，再譯碼能量較弱用戶的信號。該方法概念雖簡單，但在以開環(huán)(open-loop)為主導的上行系統(tǒng)中性能非常不理想。當用戶傳輸相同或相近速率時，NOMA-SIC性能往往不及OMA。另外，實際運用中信道強弱差異性的條件是否滿足需要考量，且SIC的錯誤傳播和串行處理延時也是制約其在實際系統(tǒng)中運用的主要問題。