CN109246049B - 一种提高非正交多址接入技术通信性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高非正交多址接入技术通信性能的方法，包括一个数据发射端和两个数据接收端，所述数据发射端同时向两个用户发送数据；所述数据发射端发送的信号是两个用户信号的叠加，发射端分别将两个用户的待发送二进制数据进行正交振幅调制得到两个复数信号，而后根据两个用户的功率分配系数调整两个复数信号的功率，并将两个复数信号叠加变为一个合信号，所述合信号仍为复数数据；移动上述合信号复数数据的星座图内星座点的位置，然后通过反傅里叶变换产生时域合信号；数据发射端发射该时域合信号；经过信道传输后两个数据接收端均接收到该时域合信号，并分别解调该时域合信号，从而得到所传输的两个用户的数据；本发明可以有效地降低数据传输的误码率。

Description

一种提高非正交多址接入技术通信性能的方法

技术领域

本发明涉及一种提高非正交多址接入(Non-orthogonal multiple access，NOMA)技术通信性能的方法。

背景技术

非正交多址接入(Non-orthogonal multiple access，NOMA)技术是近年来备受关注的一种新通信技术。作为一种特殊的叠加编码方式，NOMA可以将多个用户按照不同功率分配进行叠加后传输，使得多用户共享时域、频域资源，从而获得很高的频谱利用率，增大系统用户连接数并保证低传输延迟。NOMA根据不同用户的信道状况进行不同用户的功率最优分配，使各用户传输性能基本一致，从而保证用户公平性，并最大化整个系统的传输性能。

NOMA作为5G的一种关键候选技术，其具有很强的可拓展性，与目前主流的多种通信技术均可以实现有机结合来进一步提高系统性能。在可见光通信系统及微波系统中引入NOMA技术可以提高传输速率，改善系统误码率性能。NOMA与正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiple，OFDM)技术相结合也可以进一步提高频谱效率，并显著提高整体系统的传输容量。此外多种基于NOMA技术的系统性能改进研究也大量出现，NOMA技术的发展前景良好。

发明内容

针对现有技术，本发明提出了一种提高非正交多址接入技术通信性能的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种提高非正交多址接入技术通信性能的方法，包括一个数据发射端和两个数据接收端，所述数据发射端同时向两个用户发送数据，两个用户记为用户1和用户2，用户1和用户2分别对应于两个数据接收端；数据发射端分别将两个用户的待发送二进制数据进行正交振幅调制得到两组复数数据，而后根据两个用户的功率分配系数调整两组复数数据的功率，并将两组复数数据叠加变为一个合信号，所述合信号仍为复数数据；移动上述合信号复数数据在星座图上的星座点位置，然后通过反傅里叶变换得到时域合信号；数据发射端发射该时域合信号；经过信道传输后两个数据接收端均接收到该时域合信号，并分别解调该时域合信号，从而得到两个用户所需的数据。

进一步讲，上述提高非正交多址接入技术通信性能的方法的具体步骤如下：

步骤一、将数据发射端的两个用户的二进制数据分别进行正交振幅调制并进行功率归一化，从而分别得到对应于两个用户的调制后的复数数据，接着将两组复数数据分别按照功率分配系数α₁和α₂进行功率调整，则：

P₁＝α₁P (1)

P₂＝α₂P (2)

式(1)和式(2)中，P₁为用户1的复数数据经过调整后的功率，P₂为用户2的复数数据经过调整后的功率，P为数据发射端发送信号的总功率，且α₁+α₂＝1，α₁>α₂；将功率调整后的两个用户的复数数据分别记为QAM1和QAM2，将复数数据QAM1与QAM2叠加即得到合信号；

两组用户复数数据QAM1和QAM2叠加后产生的合信号在星座图上共包含16个星座点，每个象限内4个，在移动星座点位置之前，星座点的坐标与合信号功率之间满足下列关系：

A²＝α₁P (3)

B²＝α₂P (4)

式(3)和式(4)中，星座图任一象限内的四个星座点围成一个正方形，B表示任一象限内所围成正方形的中心点与此象限内任一星座点之间的距离，A则表示任一象限内的正方形中心点与星座图坐标原点之间的距离；

基于四个参数m，n，b，c改变合信号的星座点位置后，为确保合信号总功率不变，调整后的星座图满足下式：

式(5)中，四个参数m，n，b，c用于确定星座图调整后星座点的位置；以下叙述改变星座点位置的具体方式，在改变星座点位置之后，相邻象限内的星座点位置仍旧关于坐标轴对称，任一象限内的4个星座点的位置关系即代表改变后整个星座图中星座点的位置分布；

第二象限内4个星座点在改变星座图前后的位置关系如下：

以改变星座点位置之前所围成的正方形中心点为原点、水平和竖直方向为坐标轴组成一个新的坐标系，在新坐标系下，

m表示第一象限内的星座点改变位置后的横坐标与改变位置前的横坐标的比值，同时也是第三象限内的星座点改变位置后的纵坐标与改变位置前的纵坐标的比值；

n表示第一象限内的星座点改变位置后的纵坐标与改变位置前的纵坐标的比值，同时也是第三象限内的星座点改变位置后的横坐标与改变位置前的横坐标的比值；

b表示第四象限内的星座点与原点之间的距离在改变位置后和改变位置前的比值；

c表示第二象限内的星座点与原点之间的距离在改变位置后和改变位置前的比值；

同理，根据上述第二象限内4个星座点在改变星座图前后的位置关系分别得到第一象限内4个星座点、第三象限内4个星座点和第四象限内4个星座点在改变星座图前后的位置关系；

步骤二、对改变星座图位置后的合信号进行反傅里叶变换得到时域合信号，时域合信号分别经过信道h₁和信道h₂后被两个数据接收端接收；与用户1对应的数据接收端在信道均衡和傅里叶变换后直接解码则得到用户1的信号；用户2的数据接收端在信道均衡和傅里叶变换后需要先解码得到用户1的信号，再通过消除用户1信号的干扰得到用户2的信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在非正交多址接入技术的基础上，通过移动发送端的复数数据在星座图上的位置，以降低通信系统接收端的误码率。

附图说明

图1为本发明提高非正交多址接入技术通信性能的方法的系统框图；

图2为本发明提高非正交多址接入技术通信性能的方法中改变星座点位置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施方法仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

本发明提出了一种提高非正交多址接入技术通信性能的方法，如图1所示，包括一个数据发射端和两个数据接收端，所述数据发射端含有两个用户所需的数据，所述两个用户记为用户1和用户2，用户1和用户2分别对应于两个数据接收端。数据发射端分别将两个用户的待发送二进制数据进行正交振幅调制(QAM)得到两组复数数据，而后根据两个用户的功率分配系数调整两组复数数据的功率，并将两组复数数据叠加变为一个合信号，所述合信号仍为复数数据；改变上述合信号复数数据在星座图上的星座点位置，然后通过反傅里叶变换得到时域合信号；数据发射端发射该时域合信号；经过信道传输后两个数据接收端均接收到该时域合信号，并分别解调该时域合信号，从而得到两个用户所需的数据。本发明方法的具体步骤如下：

步骤一、将数据发射端的两个用户的二进制数据分别进行正交振幅调制并进行功率归一化，从而分别得到对应于两个用户的调制后的复数数据，接着将两组复数数据分别按照功率分配系数α₁和α₂进行功率调整，所得信号的功率对应关系如下：

P₁＝α₁P (1)

P₂＝α₂P (2)

式(1)和式(2)中，P₁为用户1的复数数据经过调整后的功率，P₂为用户2的复数数据经过调整后的功率，P为数据发射端发送信号的总功率，且满足α₁+α₂＝1，α₁>α₂；将功率调整后的两个用户的复数数据分别记为QAM1和QAM2，将复数数据QAM1与QAM2叠加即得到合信号；

两组用户复数数据QAM1和QAM2叠加后产生的合信号在星座图上共包含16个星座点，每个象限内4个，如图2所示，其中空心虚线圆圈代表改变星座图位置之前的各个星座点所在位置，实心三角则代表改变星座图位置之后的各个星座点所在位置，同时图中标示出了部分线段长度。在移动星座点位置之前，星座点的坐标与合信号功率之间满足下列关系：

A²＝α₁P (3)

B²＝α₂P (4)

式(3)和式(4)中，星座图任一象限内的四个星座点围成一个正方形，B表示任一象限内所围成正方形的中心点与此象限内任一星座点之间的距离，A则表示任一象限内的正方形中心点与星座图坐标原点之间的距离；其中A，B所表示的线段长度如图2中第一象限所示。

基于四个参数m，n，b，c改变合信号的星座点位置后，为确保合信号总功率不变，调整后的星座图满足下式：

式(5)中，四个参数m，n，b，c用于确定星座图调整后星座点的位置；在改变星座点位置之后，相邻象限内的星座点位置仍旧关于坐标轴对称，任一象限内的4个星座点的位置关系即代表改变后整个星座图中星座点的位置分布；由图2可知，m，n，b，c表征任一象限内的四个星座点在改变星座图位置前后的不同方向线段的长度比值，且相邻象限内的星座点位置关于坐标轴对称。

第一象限内4个星座点在改变星座图前后的位置关系如下：

以改变星座点位置之前所围成的正方形中心点为原点、水平和竖直方向为坐标轴组成一个新的坐标系，在新坐标系下，

m表示第二象限内的星座点改变位置后的横坐标与改变位置前的横坐标的比值，同时也是第四象限内的星座点改变位置后的纵坐标与改变位置前的纵坐标的比值；

n表示第二象限内的星座点改变位置后的纵坐标与改变位置前的纵坐标的比值，同时也是第四象限内的星座点改变位置后的横坐标与改变位置前的横坐标的比值；

b表示第三象限内的星座点与原点之间的距离在改变位置后和改变位置前的比值；

c表示第一象限内的星座点与原点之间的距离在改变位置后和改变位置前的比值；

第二象限内4个星座点在改变星座图前后的位置关系如下：

以改变星座点位置之前所围成的正方形中心点为原点、水平和竖直方向为坐标轴组成一个新的坐标系，在新坐标系下，

m表示第一象限内的星座点改变位置后的横坐标与改变位置前的横坐标的比值，同时也是第三象限内的星座点改变位置后的纵坐标与改变位置前的纵坐标的比值；

n表示第一象限内的星座点改变位置后的纵坐标与改变位置前的纵坐标的比值，同时也是第三象限内的星座点改变位置后的横坐标与改变位置前的横坐标的比值；

b表示第四象限内的星座点与原点之间的距离在改变位置后和改变位置前的比值；

c表示第二象限内的星座点与原点之间的距离在改变位置后和改变位置前的比值；

第三象限内4个星座点在改变星座图前后的位置关系如下：

以改变星座点位置之前所围成的正方形中心点为原点、水平和竖直方向为坐标轴组成一个新的坐标系，在新坐标系下，

m表示第二象限内的星座点改变位置后的纵坐标与改变位置前的纵坐标的比值，同时也是第四象限内的星座点改变位置后的横坐标与改变位置前的横坐标的比值；

n表示第二象限内的星座点改变位置后的横坐标与改变位置前的横坐标的比值，同时也是第四象限内的星座点改变位置后的纵坐标与改变位置前的纵坐标的比值；

b表示第一象限内的星座点与原点之间的距离在改变位置后和改变位置前的比值；

c表示第三象限内的星座点与原点之间的距离在改变位置后和改变位置前的比值；

第四象限内4个星座点在改变星座图前后的位置关系如下：

以改变星座点位置之前所围成的正方形中心点为原点、水平和竖直方向为坐标轴组成一个新的坐标系，在新坐标系下，

m表示第一象限内的星座点改变位置后的纵坐标与改变位置前的纵坐标的比值，同时也是第三象限内的星座点改变位置后的横坐标与改变位置前的横坐标的比值；

n表示第一象限内的星座点改变位置后的横坐标与改变位置前的横坐标的比值，同时也是第三象限内的星座点改变位置后的纵坐标与改变位置前的纵坐标的比值；

b表示第二象限内的星座点与原点之间的距离在改变位置后和改变位置前的比值；

c表示第四象限内的星座点与原点之间的距离在改变位置后和改变位置前的比值；

步骤二、对改变星座图位置后的合信号进行反傅里叶变换以实现频域到时域的转换，而后时域合信号分别通过两个用户对应的信道h₁和h₂并被两个用户的数据接收端接收，与用户1对应的数据接收端在信道均衡和傅里叶变换后直接解码则得到用户1的信号；用户2的数据接收端在信道均衡和傅里叶变换后需要先解码得到用户1的信号，再通过消除用户1信号的干扰得到用户2的信号。

本发明是在非正交多址接入技术的基础上，通过移动发送端的复数数据在星座图上的位置，以降低通信传输的误码率。对于功率分配系数α₁＝0.6，α₂＝0.4的情况，在信噪比为15dB时，如果不使用本发明所述的方法，两个用户的误码率都是7.5×10^-2；而使用本发明所述方法之后，用户1的误码率减小为1×10^-3，用户2的误码率减小为2×10^-3。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均在本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种提高非正交多址接入技术通信性能的方法，包括一个数据发射端和两个数据接收端，所述数据发射端同时向两个用户发送数据，两个用户记为用户1和用户2，用户1和用户2分别对应于两个数据接收端；数据发射端分别将两个用户的待发送二进制数据进行正交振幅调制得到两组复数数据，而后根据两个用户的功率分配系数调整两组复数数据的功率，并将两组复数数据叠加变为一个合信号，所述合信号仍为复数数据；其特征在于：

移动上述合信号复数数据在星座图上的星座点位置，然后通过反傅里叶变换得到时域合信号；数据发射端发射该时域合信号；经过信道传输后两个数据接收端均接收到该时域合信号，并分别解调该时域合信号，从而得到两个用户所需的数据；

具体步骤如下：

步骤一、将数据发射端的两个用户的二进制数据分别进行正交振幅调制并进行功率归一化，从而分别得到对应于两个用户的调制后的复数数据，接着将两组复数数据分别按照功率分配系数α₁和α₂进行功率调整，则：

P₁＝α₁P (1)

P₂＝α₂P (2)

式(1)和式(2)中，P₁为用户1的复数数据经过调整后的功率，P₂为用户2的复数数据经过调整后的功率，P为数据发射端发送信号的总功率，且α₁+α₂＝1，α₁＞α₂；将功率调整后的两个用户的复数数据分别记为QAM1和QAM2，将复数数据QAM1与QAM2叠加即得到合信号；

两组用户复数数据QAM1和QAM2叠加后产生的合信号在星座图上共包含16个星座点，每个象限内4个，在移动星座点位置之前，星座点的坐标与合信号功率之间满足下列关系：

A₂＝α₁P (3)

B₂＝α₂P (4)

式(3)和式(4)中，星座图任一象限内的四个星座点围成一个正方形，B表示任一象限内所围成正方形的中心点与此象限内任一星座点之间的距离，A则表示任一象限内的正方形中心点与星座图坐标原点之间的距离；

基于四个参数m，n，b，c改变合信号的星座点位置后，为确保合信号总功率不变，调整后的星座图满足下式：

式(5)中，四个参数m，n，b，c用于确定星座图调整后星座点的位置；其中，改变星座点位置的具体方式为：在改变星座点位置之后，相邻象限内的星座点位置仍旧关于坐标轴对称，任一象限内的4个星座点的位置关系即代表改变后整个星座图中星座点的位置分布；

具体地，第二象限内4个星座点在改变星座图前后的位置关系如下：

以改变星座点位置之前所围成的正方形中心点为原点、水平和竖直方向为坐标轴组成一个新的坐标系，在新坐标系下，

m表示第一象限内的星座点改变位置后的横坐标与改变位置前的横坐标的比值，同时也是第三象限内的星座点改变位置后的纵坐标与改变位置前的纵坐标的比值；

n表示第一象限内的星座点改变位置后的纵坐标与改变位置前的纵坐标的比值，同时也是第三象限内的星座点改变位置后的横坐标与改变位置前的横坐标的比值；

b表示第四象限内的星座点与原点之间的距离在改变位置后和改变位置前的比值；

c表示第二象限内的星座点与原点之间的距离在改变位置后和改变位置前的比值；

同理，根据上述第二象限内4个星座点在改变星座图前后的位置关系分别得到第一象限内4个星座点、第三象限内4个星座点和第四象限内4个星座点在改变星座图前后的位置关系；

步骤二、对改变星座图位置后的合信号进行反傅里叶变换得到时域合信号，时域合信号分别经过信道h₁和信道h₂后被两个数据接收端接收；与用户1对应的数据接收端在信道均衡和傅里叶变换后直接解码则得到用户1的信号；用户2的数据接收端在信道均衡和傅里叶变换后需要先解码得到用户1的信号，再通过消除用户1信号的干扰得到用户2的信号。

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