CN110113274B - 基于多小波脉冲成型的noma系统 - Google Patents

基于多小波脉冲成型的noma系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多小波脉冲成型的NOMA系统，在NOMA系统的发送端，当传输信号分别进行了信号映射和OFDM调制过程后，利用基于多小波得到的多个滤波器对不同发送用户分别进行脉冲成型，然后经功率分配和信号叠加，将各发送用户的信号整合，低通滤波后发送；在接收端首先经过低通滤波，再通过相应的SIC过程，对不同接收用户采用对应发送用户的匹配滤波器进行匹配滤波，经过OFDM解调制、信号解映射之后，恢复出传输信号。采用本发明可以有效改善NOMA系统的BER性能，并且这种改善受功率分配比率的影响小，从而提升NOMA系统的传输可靠性和NOMA技术的实际可行性。

Description

基于多小波脉冲成型的NOMA系统
技术领域
本发明属于NOMA通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于多小波脉冲成型的NOMA系统。
背景技术
蓬勃发展的5G业务对下一代移动通信的速率，时延，连接数量，通信质量等提出了更高的要求。基于OMA技术(Orthogonal Multiple Access，正交多址接入)的现有4G移动通信系统的用户接入能力受限于时隙、频带和码字的正交性要求，无法满足这种5G时代各类潜在应用前景大量并发接入的需求。NOMA(Non-orthogonal Multiple Access，非正交多址接入)技术是5G通信研究的关键技术之一。NOMA技术在发送端，对不同的用户分配不同的发射功率，通过功率叠加复用实现多个用户共用同一时频资源，这一优点使得它在物联网业务等要求广范围海量节点接入的应用场景和实现灵活的软连接方面更是具有可观的优势，为5G的超大容量传输和大规模连接提供了更大的可能性，在接收端，NOMA系统通过SIC(Successive Interference Cancellation，串行干扰消除)技术恢复出原始信号。
然而由于NOMA不同用户之间的干扰导致系统可靠性的下降，这限制了NOMA技术在大规模连接性能上的改善程度和它的可行性。目前大多NOMA系统是只考虑了两个配对，而理论上NOMA可配对的用户的数量越多，则连接数量越多，更加能适用于物联网这种对用户数据速率要求不高但是要求大规模连接的情景。用户间干扰还限制了PD-NOMA(Power-Domain NOMA，功率域NOMA)的适用范围只能用在用户的信道条件差别很大的情况下，否则用SCMA(Sparse Code Multiple Access，稀疏码多址接入)，因为虽然PD-NOMA接收机复杂度比SCMA要低，但是差别太小的功率分配会导致了PD-NOMA用户之间干扰变大降低系统性能。
目前对NOMA系统的研究大多数集中在公平性和系统容量限制条件下的功率分配算法，接收机SIC算法的时间延迟和复杂度，用户之间配对算法与系统容量的关系，NOMA与其他先进技术结合等技术难点方面的研究。近来也有文章开始从系统层面出发研究NOMA系统的BER(Bit Error Rat，误码率)性能。
SIC是NOMA系统的一项核心关键技术，由于SIC接收机的原理特性，错误率是会依次传播的，也就是说接收机的SIC性能会大大影响系统的可靠性，但是目前大多数的文章在评估系统容量和公平性时都是基于在完美的SIC条件下的。此外功率分配也是NOMA的关键技术之一，有文章显示用户的功率分配情况对系统的BER也有较大影响，但是目前大多数的功率分配算法只是考虑到系统容量和系统公平性的限制并没有考虑到不完美的SIC条件下系统BER性能的限制，这些都太过于理想。从系统层面考虑实际的不完美SIC条件下的BER是衡量NOMA技术可行性的一个很重要的指标。NOMA技术研究的各个难点归根究底其实都是因为用户之间进行功率域叠加编码引入的可控干扰造成的，目前虽然已提出了诸如预编码技术、联合导频和有效载荷功率分配(joint pilot and payload power allocation，JPA)方案等来改善NOMA系统的BER性能，但是其改善程度有限，还需要进行进一步研究。
优于仅由一个尺度函数生成的单小波，多小波能够同时提供对称性、正交性、紧支撑性、高阶消失矩等性质。目前多小波应用到通信系统波形调制大多都是以多载波调制形式，例如目前基于离散小波变换的正交频分复用技术(Wavelet filter bank based OFDM,WOFDM)已被用作脉冲成形的一种备选技术引入NOMA通信收发机，但是如何基于多小波进行NOMA通信中的脉冲成型，还有待进一步研究。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于多小波脉冲成型的NOMA系统，采用基于多小波的脉冲成型，减少NOMA系统不同用户之间的干扰，改善系统的误比特率性能，提升NOMA系统的传输可靠性和NOMA技术的实际可行性。
为实现上述发明目的，本发明基于多小波脉冲成型的NOMA系统包括N个信号映射模块，N个OFDM调制模块，N个脉冲成型模块，功率分配模块，信号叠加模块，发送低通滤波模块，接收低通滤波模块，N-1个SIC模块，N个匹滤波模块，N个OFDM解调模块，N个OFDM解信号映射模块，N表示发送用户/接收用户的个数，其中：
N个信号映射模块分别接收N个发送用户的传输信号Sn进行映射，其中n＝1,2,…,N，且N个发送用户按照对应接收用户的解调解码优先级从高到低排序，将映射后的信号
Figure BDA0002050233140000031
发送给对应的OFDM调制模块；
N个OFDM调制模块分别接收对应信号映射模块发送的信号
Figure BDA0002050233140000032
进行OFDM调制后将调制信号
Figure BDA0002050233140000033
发送给对应的脉冲成型模块；
N个脉冲成型模块分别接收对应OFDM调制模块发送的调制信号
Figure BDA0002050233140000034
对其进行脉冲成型，将得到的信号
Figure BDA0002050233140000035
发送至功率分配模块，其中脉冲成型所使用的滤波器系数基于多小波得到，具体方法为：
根据需要设置R重多小波，其中2R≥N，记R重多小波的尺度基函数向量Φ(t)＝[φ1(t),φ2(t),…,φR(t)]T和小波基函数向量Ψ(t)＝[ψ1(t),ψ2(t),…,ψR(t)]T满足的双尺度方程如下：
Figure BDA0002050233140000036
Figure BDA0002050233140000037
其中，t表示时刻，Hk、Gk分别表示R重多小波的低通和高通矩阵系数，C和D分别表示R重多小波的系数Hk和Gk的长度。
以Ar(Ar≤C)、Br(Br≤D)分别表示R重多小波的第r个尺度基函数φr(t)和小波基函数ψr(t)的支撑区间长度，在各个尺度基函数φr(t)支撑区间[0,Ar]和小波基函数ψr(t)的支撑区间[0,Br]确定G个二进制点
Figure BDA0002050233140000038
其中wg、vg均为正整数，g＝1,2,…,G，计算得到这G个二进制点在各个尺度基函数φr(t)和小波基函数ψr(t)对应的值，得到2R个长度为G的序列
Figure BDA0002050233140000039
其中
Figure BDA00020502331400000310
表示第r′个基函数所得到的第g个二进制点的值，r′＝1,2,…,2R；
对各个序列
Figure BDA00020502331400000311
按照以下公式进行归一化，得到归一化后的序列hr′：
Figure BDA00020502331400000312
其中，|| ||2表示求取二范数；
从2R个序列hr′中选择N个序列分别作为N个发送用户脉冲成型的滤波器系数；
功率分配模块接收N个信号
Figure BDA0002050233140000041
进行功率分配生成每个信号
Figure BDA0002050233140000042
对应的发送信号
Figure BDA0002050233140000043
发送给信号叠加模块；
信号叠加模块将N个发送信号
Figure BDA0002050233140000044
进行叠加，将叠加信号发送给发送低通滤波模块；
发送低通滤波模块对叠加信号进行低通滤波处理，然后发送；
接收低通滤波模块接收信号并进行低通滤波处理，将低通滤波后的接收信号Sreceive发送给N-1个SIC模块和第1个匹配滤波模块；
N-1个SIC模块分别采用如下方式进行SIC处理：第n′个SIC模块分别采用第1个至第n′个接收用户的匹配滤波方式进行匹配滤波，n′＝1,2,…,N-1，匹配滤波器的系数由对应发送用户脉冲成型所采用的滤波器按照最佳匹配滤波原理得到，将匹配滤波得到的信号进行OFDM解调、解信号映射，恢复出对应的传输信号，对这n′个传输信号按照发送端流程(即信号映射方式、OFDM调制方式、功率分配策略)进行重构，得到对应的发送信号
Figure BDA0002050233140000045
m＝1,2,…,n′，从接收信号Sreceive中去除第1个至第n′个接收用户对应的发送信号
Figure BDA0002050233140000046
将剩余的接收信号
Figure BDA0002050233140000047
发送给第n′+1个匹配滤波模块；
N个匹配滤波模块中，第1个匹配滤波模块采用第1个发送用户对应的匹配滤波方式对接收信号Sreceive进行匹配滤波，其余N-1个匹配滤波模块分别采用第n′+1个发送用户的匹配滤波方式对接收信号
Figure BDA0002050233140000048
进行匹配滤波，匹配滤波器的系数由对应发送用户脉冲成型所采用的滤波器按照最佳匹配滤波原理得到，各个匹配滤波模块将匹配滤波得到的信号
Figure BDA0002050233140000049
分别发送给对应的OFDM解调模块；
N个OFDM解调模块分别对信号
Figure BDA00020502331400000410
进行OFDM解调，将解调得到的信号
Figure BDA00020502331400000411
分别发送给对应的OFDM解信号映射模块；
N个解信号映射模块分别对信号
Figure BDA00020502331400000412
进行解信号映射，恢复出发送用户n的传输信号
Figure BDA00020502331400000413
将其发送给接收用户n。
本发明基于多小波脉冲成型的NOMA系统，在NOMA系统的发送端，当传输信号分别进行了信号映射和OFDM调制过程后，利用基于多小波得到的多个滤波器对不同发送用户分别进行脉冲成型，然后经功率分配和信号叠加，将各发送用户的信号整合，低通滤波后发送；在接收端首先经过低通滤波，再通过相应的SIC过程，对不同接收用户采用对应发送用户的匹配滤波器进行匹配滤波，经过OFDM解调制、信号解映射之后，恢复出传输信号。采用本发明可以有效改善NOMA系统的BER性能，并且这种改善受功率分配比率的影响小，从而提升NOMA系统的传输可靠性和NOMA技术的实际可行性。
附图说明
图1是本发明基于多小波脉冲成型的NOMA系统的具体实施方式结构图；
图2是本实施例中两对用户的基于多小波脉冲成型的NOMA系统的结构图；
图3是本实施例中功率分配比为7：3时不同脉冲成型方案下的NOMA系统误比特率曲线图；
图4是本实施例中功率分配比为6：4时不同脉冲成型方案下的NOMA系统误比特率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
图1是本发明基于多小波脉冲成型的NOMA系统的具体实施方式结构图。如图1所示，本发明基于多小波脉冲成型的NOMA系统包括N个信号映射模块1，N个OFDM调制模块2，N个脉冲成型模块3，功率分配模块4，信号叠加模块5，发送低通滤波模块6，接收低通滤波模块7，N-1个SIC模块8，N个匹滤波模块9，N个OFDM解调模块10，N个OFDM解信号映射模块11，N表示发送用户/接收用户的个数，即用户对数量。下面分别对各个模块进行详细说明。
N个信号映射模块1分别接收N个发送用户的传输信号Sn进行映射，其中n＝1,2,…,N，且N个发送用户按照对应接收用户的解调解码优先级从高到低排序，即第1个接收用户的解调解码优先级最高，第N个接收用户的解调解码优先级最低，将映射后的信号
Figure BDA0002050233140000051
发送给对应的OFDM调制模块2。
N个OFDM调制模块2分别接收对应信号映射模块1发送的信号
Figure BDA0002050233140000052
进行OFDM调制后将调制信号
Figure BDA0002050233140000061
发送给对应的脉冲成型模块3。
N个脉冲成型模块3分别接收对应OFDM调制模块2发送的调制信号
Figure BDA0002050233140000062
对其进行脉冲成型，将得到的信号
Figure BDA0002050233140000063
发送至功率分配模块4，其中脉冲成型所使用的滤波器系数基于多小波得到，具体方法为：
根据需要设置R重多小波，其中2R≥N，记R重多小波的尺度基函数向量Φ(t)＝[φ1(t),φ2(t),…,φR(t)]T和小波基函数向量Ψ(t)＝[ψ1(t),ψ2(t),…,ψR(t)]T满足的双尺度方程如下：
Figure BDA0002050233140000064
Figure BDA0002050233140000065
其中，t表示时刻，Hk、Gk分别表示R重多小波的低通和高通矩阵系数，C和D分别表示R重多小波的系数Hk和Gk的长度。
以Ar(Ar≤C)、Br(Br≤D)分别表示R重多小波的第r个尺度基函数φr(t)和小波基函数ψr(t)的支撑区间长度，在各个尺度基函数φr(t)支撑区间[0,Ar]和小波基函数ψr(t)的支撑区间[0,Br]确定G个二进制点
Figure BDA0002050233140000066
其中wg、vg均为正整数，g＝1,2,…,G，计算得到这G个二进制点在各个尺度基函数φr(t)和小波基函数ψr(t)对应的值，每个基函数可以得到一个长度为G的序列，共计得到2R个长度为G的序列
Figure BDA0002050233140000067
其中
Figure BDA0002050233140000068
表示第r′个基函数所得到的第g个二进制点的值，r′＝1,2,…,2R。
对各个序列
Figure BDA0002050233140000069
按照以下公式进行归一化，得到归一化后的序列hr′：
Figure BDA00020502331400000610
其中，|| ||2表示求取二范数；
从2R个序列hr′中选择N个序列分别作为N个发送用户脉冲成型的滤波器系数。
功率分配模块4接收N个信号
Figure BDA00020502331400000611
进行功率分配生成每个信号
Figure BDA00020502331400000612
对应的发送信号
Figure BDA00020502331400000613
发送给信号叠加模块5。
信号叠加模块5将N个发送信号
Figure BDA00020502331400000614
进行叠加，将叠加信号发送给发送低通滤波模块6。
发送低通滤波模块6对叠加信号进行低通滤波处理，然后发送。
接收低通滤波模块7接收信号并进行低通滤波处理，将低通滤波后的接收信号Sreceive发送给N-1个SIC模块7和第1个匹配滤波模块8。
N-1个SIC模块分别采用如下方式进行SIC处理：第n′个SIC模块8分别采用第1个至第n′个接收用户的匹配滤波方式进行匹配滤波，n′＝1,2,…,N-1，匹配滤波器的系数由对应发送用户脉冲成型所采用的滤波器按照最佳匹配滤波原理得到，将匹配滤波得到的信号进行OFDM解调、解信号映射，恢复出对应的传输信号，对这n′个传输信号按照发送端流程(即信号映射方式、OFDM调制方式、功率分配策略)进行重构，得到对应的发送信号
Figure BDA0002050233140000071
m＝1,2,…,n′，从接收信号从接收信号Sreceive中去除第1个至第n′个接收用户对应的发送信号
Figure BDA0002050233140000072
将剩余的接收信号
Figure BDA0002050233140000073
发送给第n′+1个匹配滤波模块9。
N个匹配滤波模块9中，第1个匹配滤波模块9采用第1个发送用户对应的匹配滤波方式对接收信号Sreceive进行匹配滤波，其余N-1个匹配滤波模块9分别采用发送用户n′+1的匹配滤波方式对接收信号
Figure BDA0002050233140000074
进行匹配滤波，匹配滤波器的系数为对应发送用户脉冲成型所采用的滤波器按照最佳匹配滤波原理得到，各个匹配滤波模块9将匹配滤波得到的信号
Figure BDA0002050233140000075
分别发送给对应的OFDM解调模块10。
N个OFDM解调模块10分别对信号
Figure BDA0002050233140000076
进行OFDM解调，将解调得到的信号
Figure BDA0002050233140000077
分别发送给对应的OFDM解信号映射模块11。
N个解信号映射模块11分别对信号
Figure BDA0002050233140000078
进行解信号映射，恢复出发送用户n的传输信号
Figure BDA0002050233140000079
将其发送给接收用户n。
实施例
为了更好地说明本发明的技术方案和技术效果，采用两对发送、接收用户为例，对本发明进行仿真验证。
本次仿真验证中，考虑一个普通的下行通信系统模型。假设有一个基站负责传输2对用户的信号，发送端的总功率为PT。pi表示第i个发送用户的功率i＝1,2，Si表示第i个发送用户的待发送信号序列，αi是第i个发送用户的功率分配因子，满足Pi＝αiPT，其中
Figure BDA00020502331400000710
Si(t)是功率分配前第i个发送用户的离散信号序列，因此发送端功率叠加后的传输信号可以表示为：
Figure BDA0002050233140000081
假设ni(t)是第i个发送用户受到的噪声，且ni(t)～CN(0,N0)，N0表示高斯白噪声功率谱密度。第i个用户信道的常数衰落因子为βi，因此第i个接收用户的接收信号为：
Figure BDA0002050233140000082
串行干扰消除(Successive Interference Cancellation，SIC)是NOMA系统中的关键技术之一。SIC技术的基本思想是采用逐级消除干扰策略，按照一定的排序算法和规则给各个用户的解调顺序排序，然后根据顺序依次对用户进行检测判决和译码，进行重构后将由于用户信号产生的干扰从接收信号中减去，再对剩余信号进行循环重复地操作，直到去除所有来自解调解码优先级别大于自身的用户的干扰。
本实施例中，根据接收用户的接收信号信噪比来评定接收用户的解调解码优先级，接收信号信噪比越小，其解调解码优先级越高。设置2个发送用户按照对应接收用户的解调解码优先级从高到低排序，即第1个接收用户的解调解码优先级最高，第2个接收用户的解调解码优先级最低。因此解调解码优先级最高的第1个接收用户可以直接进行解调解码操作恢复出自身的信息；而第2个用户需要先解调解码出第1个用户的传输信号，然后重构出第1个用户的发送信号，将其从接收信号中剔除，再解调解码出第2个用户的传输信号。
本次仿真验证中采用两对用户为例。图2是本实施例中两对用户的基于多小波脉冲成型的NOMA系统的结构图。由于本实施例中有2对用户，因此基于2重多小波进行脉冲成型，即通过2重多小波的双尺度方程来求解2重多小波的正交尺度函数与小波函数在二进制点处的值，作为脉冲成型的基础。因此本实施例中2重多小波尺度基函数和小波基函数的方程满足如下双尺度方程：
Figure BDA0002050233140000083
Figure BDA0002050233140000084
接下来以尺度基函数φ(t)为例，说明G个二进制点的值的求取过程。
令t＝1,2,…，C-1,右边展开，并将相应的Hk代入方程可以得到一个由C-1个方程组成的方程组如下：
Figure BDA0002050233140000091
本实施例中设置尺度基函数φ1(t)的支撑区间为[0,A1]，所以对于所有的整数k≤0和k≥A1,都有
Figure BDA0002050233140000092
同理对φ2(t)类似。
在标准化条件
Figure BDA0002050233140000093
下，上述方程组的解是唯一的，因此可以求得φ(1),φ(2),…,φ(C-1)的值。
再次利用函数φ1(t)和φ2(t)构建如下方程：
Figure BDA0002050233140000094
基于φ1(1),φ1(2),…,φ1(C-1)和φ2(1),φ2(2),…,φ2(C-1)通过迭代计算可以逐步求得φ1(t)和φ2(t)在支撑区间内的G个二进制点
Figure BDA0002050233140000095
的值。
类似地，可以求出函数ψ1(t)和ψ2(t)在G个二进制点
Figure BDA0002050233140000096
的值，从而得到4个长度为G的序列
Figure BDA0002050233140000097
r′＝1,2,3,4，然后分别进行归一化，将归一化后的序列hr′作为脉冲成型的备选滤波器系数。本次仿真验证中，任选2个作为2个发送用户脉冲成型的滤波器系数。
为了说明本发明的技术效果，采用传统脉冲成型方案作为对比方法，与本发明对比仿真在AWGN条件下的误比特率性能。在传统脉冲成型方案中，每个发送用户均采用根升余弦脉冲成型，在本发明中采用基于CL3多小波尺度基函数2(记为cl3-scale2)和尺度基函数1记为(cl3-scale1)获取的滤波器系数分别作为2个发送用户脉冲成型的滤波器系数，在接收用户采用相应的匹配滤波器进行匹配滤波。发送端的总功率均为1，发送低通滤波模块采用截止频率为Wc＝0.2π(归一化到0～π)的低通滤波，保证系统带宽一致。发送基站到接收用户1、发送基站到接收用户2的常数信道衰落增益满足|β1|2＝-3dB，|β2|2＝0dB。
表1是本次仿真验证中NOMA系统参数设置表。
仿真参数 参数配置
调制方式 QPSK
多载波传输方案 OFDM
FFT长度 64
循环前缀 无
过采样点数 16
用户对数量 2
NOMA用户功率比 7:3/6:4
SIC方式 不完美的SIC
信道条件 AWGN
同步情况 完美
表1
本仿真验证中定义N0为高斯白噪声功率谱密度，因此2个接收用户的接收信噪比分别为
Figure BDA0002050233140000101
和
Figure BDA0002050233140000102
定义传输信噪比Transmit_SNR为：
Figure BDA0002050233140000103
将上式中Transmit_SNR对应的Transmit Eb/N0作为横坐标，仿真得到误比特率曲线仿真结果。
图3是本实施例中功率分配比为7：3时不同脉冲成型方案下的NOMA系统误比特率曲线图。如图3所示，当功率分配比为7:3时，对于采用传统脉冲成型方式的NOMA系统，满足系统误比特率BER为10-3时，用户1(UE1/rcos)要求的Eb/N0为20dB，用户2(UE2/rcos)要求的Eb/N0为17dB。而对于本发明基于多小波脉冲成型方案下的NOMA系统，用户1(UE1/cl3-scale2)要求的Eb/N0为13dB，用户2(UE2/cl3-scale1)要求的Eb/N0为10.5dB，相对于传统方案，用户1和用户2分别改善了7dB和6.5dB。这是由于CL3多小波中，尺度基函数1和尺度基函数2具有时频的正交性，利用从CL3多小波中提取的一组脉冲成型滤波器对NOMA的两个不同用户别进行脉冲成型，减小了接收端基于SIC原理恢复原始信号时小功率近发送用户2对大功率远发送用户1的干扰，改善了接收用户2的SIC的性能，从而降低了接收用户1和接收用户2的误比特率。
另一方面，为了进一步分析所提出的脉冲成型方案下的NOMA系统的误比特率性能对功率分配因子的敏感性，在此还仿真了功率分配比为6:4时的不同脉冲成型方案下的NOMA系统误比特率曲线图。图4是本实施例中功率分配比为6：4时不同脉冲成型方案下的NOMA系统误比特率曲线图。如图4所示，当系统误比特率BER为10-3时，对比图3中NOMA系统的功率分配比为7:3时，接收用户2的误比特率性能改善了1个dB，接收用户1则变差了1.2dB，这是由于发送用户2的功率增大了，而发送用户1的功率减小导致的。相对比在传统脉冲成型方式下，比起功率分配比为7：3时的误比特率性能，功率分配差距的减小导致了用户之间的干扰大大增加，因此两个用户均变差了约6dB。显然本发明的系统误比特率性能受NOMA系统功率分配比的影响小得多。功率分配算法不仅仅关系到系统的总容量及公平性，还会对NOMA系统传输可靠性有着关键作用，减小BER受NOMA系统功率分配比的影响将会减小功率分配算法设计的难度和复杂度，提高其可适用性。
接下来假设传统脉冲成型方案和本发明脉冲成型方案的系统带宽相同，对两种方案下的NOMA系统进行容量分析。
对于大功率的远端发送用户1，由于不需要进行SIC过程，因此在计算大功率发送用户1的容量时，把发送用户2的信号完全当成噪声来处理。因此两种脉冲成型方案下发送用户1的容量没有区别。
对于小功率的近端用户2，首先需要进行SIC过程。在不完美的SIC条件下需要考虑SIC过后，发送用户1的残留信号对接收用户2的SNR的影响，如果用γ表示这种影响，γ的值的大小与系统SIC不完美的程度有关，SIC性能越差，γ的值就越大。参考文献“Shahab M B,Kader M F,Shin S Y.On the Power Allocation of Non-orthogonal Multiple Accessfor 5G Wireless Networks[C]//International Conference on Open Source Systems&Technologies.IEEE,2016.”中在不完美的SIC条件下对发送用户2的系统容量分析可知γ越小，近端的发送用户2的系统容量越大。当系统带宽相同时，由于本发明脉冲成型方案相对于传统脉冲成型方案减小了用户之间的干扰，使得接收用户2在进行SIC过程中能更准确地去除发送用户1信号，从这个角度来说可以减小γ的数值，从而使得系统容量有一定增益。
综上可知，本发明采用基于多小波的脉冲成型，从源头上减少NOMA系统不同的用户之间的干扰，改善了系统的误比特率性能，并且仿真表明该方式下，BER受功率分配的影响减小，这将缓解NOMA系统中对功率分配算法和接收端SIC接收机性能上的要求和压力，可以有效提升NOMA系统实现更大规模连接的能力，增大PD-NOMA可适用的范围。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种基于多小波脉冲成型的NOMA系统，其特征在于包括N个信号映射模块，N个OFDM调制模块，N个脉冲成型模块，功率分配模块，信号叠加模块，发送低通滤波模块，接收低通滤波模块，N-1个SIC模块，N个匹配滤波模块，N个OFDM解调模块，N个OFDM解信号映射模块，N表示发送用户/接收用户的个数，其中：
N个信号映射模块分别接收N个发送用户的传输信号Sn进行映射，其中n＝1,2,…,N，且N个发送用户按照对应接收用户的解调解码优先级从高到低排序，将映射后的信号
Figure FDA0002996881770000011
发送给对应的OFDM调制模块；
N个OFDM调制模块分别接收对应信号映射模块发送的信号
Figure FDA0002996881770000012
进行OFDM调制后将调制信号
Figure FDA0002996881770000013
发送给对应的脉冲成型模块；
N个脉冲成型模块分别接收对应OFDM调制模块发送的调制信号
Figure FDA0002996881770000014
对其进行脉冲成型，将得到的信号
Figure FDA0002996881770000015
发送至功率分配模块，其中脉冲成型所使用的滤波器系数基于多小波得到，具体方法为：
根据需要设置R重多小波，其中2R≥N，记R重多小波的尺度基函数向量Φ(t)＝[φ1(t),φ2(t),…,φR(t)]T和小波基函数向量Ψ(t)＝[ψ1(t),ψ2(t),…,ψR(t)]T满足的双尺度方程如下：
Figure FDA0002996881770000016
Figure FDA0002996881770000017
其中，t表示时刻，Hk、Gk分别表示R重多小波的低通和高通矩阵系数，C和D分别表示R重多小波的系数Hk和Gk的长度；
以Ar、Br分别表示R重多小波的第r个尺度基函数φr(t)和小波基函数ψr(t)的支撑区间长度，Ar的取值范围为Ar≤C，Br的取值范围为Br≤D，在各个尺度基函数φr(t)支撑区间[0,Ar]和小波基函数ψr(t)的支撑区间[0,Br]内确定G个二进制点
Figure FDA0002996881770000018
其中wg、vg均为正整数，g＝1,2,…,G，计算得到这G个二进制点在各个尺度基函数φr(t)和小波基函数ψr(t)对应的值，得到2R个长度为G的序列
Figure FDA0002996881770000019
其中
Figure FDA00029968817700000110
表示第r′个基函数所得到的第g个二进制点的值，r′＝1,2,…,2R；
对各个序列
Figure FDA0002996881770000021
按照以下公式进行归一化，得到归一化后的序列hr′：
Figure FDA0002996881770000022
其中，|| ||2表示求取二范数；
从2R个序列hr′中选择N个序列分别作为N个发送用户脉冲成型的滤波器系数；
功率分配模块接收N个信号
Figure FDA0002996881770000023
进行功率分配生成每个信号
Figure FDA0002996881770000024
对应的发送信号
Figure FDA0002996881770000025
发送给信号叠加模块；
信号叠加模块将N个发送信号
Figure FDA0002996881770000026
进行叠加，将叠加信号发送给发送低通滤波模块；
发送低通滤波模块对叠加信号进行低通滤波处理，然后发送；
接收低通滤波模块接收信号并进行低通滤波处理，将低通滤波后的接收信号Sreceive发送给N-1个SIC模块和第1个匹配模块；
N-1个SIC模块分别采用如下方式进行SCI处理：第n′个SIC模块分别采用第1个至第n′个接收用户的匹配滤波方式进行匹配滤波，n′＝1,2,…,N-1，匹配滤波器的系数由对应发送用户脉冲成型所采用的滤波器按照最佳匹配滤波原理得到，将匹配滤波得到的信号进行OFDM解调、解信号映射，恢复出对应的传输信号，对这n′个传输信号按照发送端流程进行重构，得到对应的发送信号
Figure FDA0002996881770000027
m＝1,2,…,n′，从接收信号从接收信号Sreceive中去除第1个至第n′个接收用户对应的发送信号
Figure FDA0002996881770000028
将剩余的接收信号
Figure FDA0002996881770000029
发送给第n′+1个匹配滤波模块；
N个匹配滤波模块中，第1个匹配滤波模块采用第1个发送用户对应的匹配滤波方式对接收信号Sreceive进行匹配滤波，其余N-1个匹配滤波模块分别采用第n′+1个发送用户的匹配滤波方式对接收信号
Figure FDA00029968817700000210
进行匹配滤波，匹配滤波器的系数由对应发送用户脉冲成型所采用的滤波器按照最佳匹配滤波原理得到，各个匹配滤波模块将匹配滤波得到的信号
Figure FDA00029968817700000211
分别发送给对应的OFDM解调模块；
N个OFDM解调模块分别对信号
Figure FDA00029968817700000212
进行OFDM解调，将解调得到的信号
Figure FDA00029968817700000213
分别发送给对应的OFDM解信号映射模块；
N个解信号映射模块分别对信号
Figure FDA00029968817700000214
进行解信号映射，恢复出发送用户n的传输信号
Figure FDA0002996881770000031
将其发送给接收用户n。
2.根据权利要求1所述的NOMA系统，其特征在于，所述接收用户的解调解码优先级根据接收用户的接收信号信噪比来评定，接收信号信噪比越小，其解调解码优先级越高。
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