一种用于MUSA系统的扩展序列生成方法与流程

本发明属于通信技术领域，涉及一种用于musa系统的扩展序列生成方法。

背景技术：

移动互联网和物联网是未来移动通信发展的两大主要驱动力，因此，未来移动终端的数量将呈现爆发式增长，第五代移动通信系统须满足海量连接、大带宽、低时延高可靠性的需求。每一代移动通信的更新换代都会伴随着多址技术的演变，现有通信系统大都采用正交的多址接入方式，即多个用户通过在频域、时域或码域上正交划分的资源来接入。例如第四代移动通信系统采用ofdma作为上行多址接入技术，它将传输带宽分为正交的子载波集，不同的用户采用不同的子载波集接入系统。正交的多址接入技术由于接入的用户数和正交资源成正比，导致不可能同时接入大量用户；现如今频谱资源紧张，并且由于正交多址接入技术频谱效率较低，因此不能满足5g海量连接、高频谱效率等需求。非正交多址技术支持较高的用户过载率、频谱效率较高等优点，成为研发的热点，并成为未来5g的候选多址技术之一。

多用户共享接入(multi-usersharedaccess，musa)技术也是非正交多址接入技术中的一种。musa通过创新设计的复数域多元码以及串行干扰消除(successiveinterferencecancellation，sic)多用户检测，相较于4g接入系统，可以让系统在相同的时频资源下支持数倍的用户接入。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于musa系统的扩展序列生成方法。该方法可以产生数量更多、性能更优的扩展序列；该扩展序列采用lattice码结构，并使用相关优化准则进行优选。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于musa系统的扩展序列生成方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

s1：利用lattice码的特性构造出新扩展序列的星座图；

s2：引入星座图增益指数cfm对扩展序列进行性能评估，证明序列性能优于原musa系统的复数域三元序列，所述扩展序列构成序列集a1；

s3：使用“0元素”准则对s2中的序列集a1进行筛选，保留满足准则的序列，构成新的序列集a2；

s4：使用“平衡性”准则对s3中的序列集a2进行筛选，保留满足准则的序列，构成新的序列集a3；

s5：使用“自相关”准则对s4中的序列集a3进行筛选，保留满足准则的序列，构成新的序列集a4；

s6：使用“互相关”准则对s5中的序列集a4进行筛选，保留满足准则的序列，构成新的序列集a5，序列集a5中的扩展序列即为最终优选的序列。

可选的，在所述步骤s1中，根据lattice码的特性构造出新扩展序列的星座图。

可选的，在所述步骤s2中，利用星座图增益指数对扩展序列组成的星座图进行评估，反映星座图的效率，在星座图维度较小时，cfm越大则星座图的误码率越低；设计具有较低误码率的星座图的问题就转换成最大化cfm的问题；对于二维星座图来说，cfm表示为：

其中，dmin表示的最小欧氏距离，eavg表示的星座图的平均功率；

通过计算，musa复数域三元序列的cfm为0.75，复序列cfm值为1。

可选的，在所述步骤s3中，利用“0元素”准则对扩展序列进行优选，若一个序列中元素0的个数较多，势必影响系统的性能，对于长度为4的扩展序列，0元素的个数不能超过1个，对于长度为8的扩展序列，0元素的个数不能超过2个，满足“0元素”准则的序列保留，否则丢弃。

可选的，在所述步骤s4中，利用“平衡性”准则对扩展序列进行优选，即组成扩展序列的各元素个数之差小于等于1，则序列是平衡性的，保留满足“平衡性”准则的扩展序列，否则丢弃。

可选的，在所述步骤s5中，利用“自相关”准则对扩展序列进行优选，保留满足“自相关”准则的扩展序列，否则丢弃。

可选的，在所述步骤s6中，利用“互相关”准则对扩展序列进行优选，保留满足“互相关”准则的扩展序列，否则丢弃。

本发明的有益效果在于：本发明在不改变扩展序列星座图的星座点个数的情况下，可构造出数量更多、性能更优的扩展序列，从而降低序列碰撞的几率，同时改善musa系统误码率性能。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为musa系统上行原理图；

图2为musa系统复数域三元序列星座图；

图3为文献[1](武汉.多用户共享接入及其关键技术研究[d].重庆邮电大学,2017)提出的改进扩展序列星座图；

图4为本发明生成扩展序列的流程图；

图5为本发明生成扩展序列的星座图；

图6为用户数和扩展序列长度均为4时，使用不同扩展序列性能对比图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

图1所示为musa系统上行原理图。首先，k个接入用户使用具有低互相关的复数域多元序列作为扩展序列将其调制符号进行扩展，然后，k个用户扩展后的符号在相同的时频资源里发送，最后，在接收端，使用相应的检测方法解调和恢复出各个用户的信息。经过信道之后的接收信号可以表示为：

其中，hk是第k个用户的信道增益，sk是第k个用户所使用的扩展波形，xk是第k个用户的发送数据，n是均值为0，方差为σ²的高斯噪声。

接收信号表示为矢量形式为：

y＝hx+n

其中，y＝(y1,y2,...,yn)^t，h＝(h1,h2,...,hk)^t表示用户信道矩阵，hk等于gksk，

图2所示为musa系统使用的复数域三元序列星座图；

图3所示为文献[1]改进的扩展序列星座图；

图4所示为本发明提出的一种用于musa系统的扩展序列生成方法对应的流程图，具体包括如下步骤：

步骤201，根据lattice码的优良特性，利用lattice码构造扩展序列的星座图，该星座图由9个星座点组成并且包括原点，如图5所示；

步骤202，根据cfm准则对扩展序列构成的星座图进行性能评估，cfm值越大则对应的性能越优良，通过计算可知，本发明对应的cfm等于1，优于musa原扩展序列以及文献[1]中的改进序列；

步骤203，利用“0元素”准则对扩展序列进行优选，优于扩展序列中0元素的个数影响扩展序列和系统的性能，前期的研究表明，对于长度为4的扩展序列中0元素的个数不能多于1个；

步骤204，利用“平衡性”准则对扩展序列进行优选，序列的平衡性与载波抑制程度有关，具有较好平衡性的扩展序列对载波抑制程度较好，而不平衡性的序列会导致载波的泄露。因此保留满足“平衡性”准则的扩展序列；

步骤205，利用“自相关”准则对扩展序列进行优选，自相关特性与序列的检测密切相关，具有良好自相关性的序列便于序列的检测，因此保留满足“自相关”准则的扩展序列；

步骤206，利用“互相关”准则对扩展序列进行优选，优于musa属于非正交多址接入技术，因此序列之间的互相关性直接影响多址干扰的大小，进而影响系统性能，因此保留满足“自相关”准则的扩展序列。

图6所示在用户数和扩展序列长度均为4时，本发明生成的扩展序列与文献[1]以及musa本身使用的三元复序列的系统性能对比，本发明生成的扩展序列性能优于musa的三元复序列以及文献[1]中的改进复序列，在ber为10^-3时，分别提高了0.5db和1.4db。这是由于本发明采用了lattice结构，生成的扩展序列具有更优的性能，因此能够保证较好的系统性能。

表1给出了用户数和扩展序列长度均为4时，本发明生成的扩展序列与musa三元复序列以及文献[1]中使用的复序列经过上述优选准则后，最终优选后得到的扩展序列数量，从表中可以看出，这三种序列经过“0准则”和“平衡性准则”优选后，能够得到相同数量的序列，这是因为这三种序列的星座图均由9个点组成(包括坐标原点)，并且这9个点是等概率出现的。但是通过“自相关准则”和“互相关准则”后，最终优选出的有效扩展序列数量差距较大，这是因为采用不同的结构构造出的扩展序列的性能不同，并可以根据cmf的值进行衡量，cfm的值越大构造出的扩展序列性能越优良，主要体现在序列的自相关和互相关性能越好，因此就可以优选出数量更多的扩展序列。

表1

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。