通信帶寬嚴重受限是提高水下網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸速率的主要瓶頸之一,如何在有限帶寬內(nèi)提高物理層多用戶通信頻譜利用率是亟待解決的關(guān)鍵問題。功率域多址接入技術(shù)是非正交多址接入技術(shù)(Non-orthogonal multiple access,NOMA)中的一種,該技術(shù)在功率域進行下行多用戶數(shù)據(jù)的疊加,并實現(xiàn)用戶自身信息的區(qū)分,在通信速率方面相對于正交多址接入技術(shù)有較大的提升。本文首先針對非正交多址入方式,對其整體信道容量的性能進行分析,并對比了正交多址接入方法,證明了非正交方式可以提升信道容量,由此引入疊加編碼算法,并詳細介紹了疊加編碼的原理。該算法通過功率域信息實現(xiàn)下行各用戶間的區(qū)分,由于各用戶共享信道的時頻自由度,疊加編碼可為下行通信系統(tǒng)的通信速率帶來較大增益。文章最后通過仿真得出正交方式與非正交方式下信道容量的差異,并在此基礎上對疊加編碼所涉及的功率因子分配問題進行了初步研究。由于功率因子的分配會直接對下行用戶的解調(diào)效果產(chǎn)生影響,本文提出了一種基于下行用戶平均信噪比的功率因子分配方法,并通過水聲稀疏多徑信道進行仿真,驗證了該方法的有效性。由于功率域疊加相當于在發(fā)射端人為引入信息間干擾,下行通信中各用戶對于自身信息的正確區(qū)分顯得更加重要。本文提出了符號級連續(xù)干擾消除以及碼字級連續(xù)干擾消除接收算法,并針對水聲稀疏多徑信道下行兩用戶的通信場景,遠端用戶以及近端用戶在不同接收算法下的誤碼率進行了仿真分析。在此基礎上本文考慮了信道編碼的選取對于疊加編碼信道容量的影響,引入LDPC碼,并與卷積碼系統(tǒng)進行對比,驗證了LDPC碼的優(yōu)越性。本文最后在碼字級接收算法的基礎上,改進了疊加信號的檢測方法,采取了利用先驗信息的MMSE檢測器,并結(jié)合準隨機信道編碼LDPC碼,構(gòu)成了該方式下的非迭代接收算法、迭代接收算法以及連續(xù)干擾消除接收算法,通過相同的水聲信道仿真條件對各自誤碼性能進行分析比對,最終得出:MMSE迭代檢測接收系統(tǒng)對于疊加編碼解調(diào)性能有極大提高。最后,在稀疏多徑水聲信道下,對近端用戶的下行通信系統(tǒng)進行接收解調(diào)仿真,驗證了所提出的接收機算法的有效性。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.53;TB56
【部分圖文】：

于頻分復用（FDM）技術(shù)中的一種，也被視為一種調(diào)制技術(shù)。OFDM 技術(shù)于 196 Robert.W.Chang 提出，并經(jīng)過 Weinstein 和 Ebert 于 1971 年提出改進，通過離散傅變換（DFT）作為等效的多組調(diào)制解調(diào)器，可以實現(xiàn) OFDM 的調(diào)制與解調(diào)方法。OF有抗衰落能力強，大大提高了頻譜利用率等特點，可以較好的適應水下聲信道。目水下多用戶的通信背景下，OFDM 被廣泛應用于組網(wǎng)通信當中。著眼于實際的水下，通信帶寬的嚴重受限是制約提高水下網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸速率的主要瓶頸之一，如何在帶寬內(nèi)提高物理層多用戶通信頻譜利用率是亟待解決的關(guān)鍵問題，為此本章通過疊碼技術(shù)，通過非正交多址接入的手段，對系統(tǒng)帶寬利用率進行提升。.1 多用戶衰落信道下的遍歷容量類比點對點的水聲通信下的信道容量，對于多用戶下的信道容量，通常對信道容域進行理論上的研究。多用戶情況下的信道可以由上行多址信道（MAC）以及下行信道（BC）構(gòu)成。在文獻[35]中，作者從理論上證實了衰落上行多址信道以及衰落廣播信道關(guān)于遍歷容量區(qū)域中的等效關(guān)系，如圖 2.1 所示，

圖 2.4 疊加星座圖以及其在不同層數(shù)時所對應的概率值（每層均在 BPSK 調(diào)制方式下）若 L = 3，那么共有 L + 1 = 4種不同概率點。由于僅合成了四個不同的星座點，所的容量將嚴格小于各個不同層速率的總和。通常擁有 3 個比特的疊加符號，應對應于種不同的信號星座點�？梢钥偨Y(jié)出，MLM 方案的容量，會受到各個層單獨速率之和限制。實際容量取決于不同信號星座點的具體數(shù)量及其相關(guān)的發(fā)生概率[40]。盡管由于上述不利性質(zhì)所導致 MLM 方案下的容量受星座約束而降低，但它仍具極吸引人的特點，即只要層數(shù)L足夠多，所得到的疊加符號x便可近似為高斯分布，是中心極限定理的結(jié)果。而具有高斯分布形式的發(fā)射信號是接近香農(nóng)容量的關(guān)鍵，與統(tǒng)的 QAM 或相移鍵控（PSK）調(diào)制相比，該信息傳輸方案可以獲得成形增益[48]。為實現(xiàn) MLM 方案的高容量，首先，必須增加 MLM 下的基數(shù) A ，目的是使疊加符號可實現(xiàn)等概率化。因此需要加入兩種簡易操作，即使用各個層特定的幅度比例因, [1, ]lρ l ∈ L和/或各個層特定的相位旋轉(zhuǎn)因子 , [1, ]lθ l ∈ L。由此可得，（1）可以重寫為：lLjl lx e xθρ= （2-24

第 2 章 水聲 OFDM 調(diào)制的疊加編碼原理及功率分配本節(jié)以 2.1 節(jié)的理論分析作為基礎，介紹了基于參數(shù)化遍歷可實現(xiàn)速率區(qū)域的用戶間功率分配算法以及基于中斷概率的仿真搜索用戶間概率分配算法，另外還提出了一種基于下行用戶平均信噪比的功率比例因子分配算法。疊加編碼是將下行多個用戶的信息調(diào)制到相應的星座圖之后，綜合考慮多種因素后，確定功率分配因子的大小，最后進行矢量疊加。圖 2.5 展示了兩個接收用戶信息進行疊加的示意過程。其中近端用戶使用 QPSK 調(diào)制，遠端用戶采用 BPSK 調(diào)制。其中，α 為近端用戶功率分配因子。
【參考文獻】

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本文編號：2835912