SCMA-OFDM系统中相位噪声抑制算法研究

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稀疏码多址(Sparse Code Multiple Access, SCMA)是第五代移动通信技术(5G)中的新型多址技术,SCMA在低密度扩频多址接入(Low-Density-Signature Multiple Access,LDS-MA)的基础上利用稀疏码实现多个用户复用。SCMA中通过联合设计多维数字调制和扩频,将比特流直接映射到每层或者用户专用的多维码字上。由于受益于多维调制的成型增益和稀疏码的特性,使得SCMA不但能够超载成倍的提高频谱利用率,而且能取得相比LDS-MA更高的系统性能和复杂度更低的接收检测技术。但是,由于SCMA中多维调制的使用和基于码本的映射使得相位噪声对系统性能的影响明显增大,因此研究适用于SCMA系统的相位噪声抑制算法具有重要的意义。文中对SCMA系统架构和其物理层关键技术进行了研究,阐述了SCMA系统的整体架构和其物理层的关键技术——多维码本的设计和MPA检测技术。其中,比较详细的阐述了多维码本的设计原理以及几种不同的设计要求。阐述了SCMA接收端MPA检测技术以及相应的降低检测复杂度的原理。相位噪声是由晶振电路的抖动和不稳定造成的,因此在实际通信系统中不可避免。本文通过查阅大量中外文献,研究了相位噪声对移动通信系统,特别是OFDM系统性能的影响,文中分别分析了相位噪声在时域和频域的具体体现,并且通过建模仿真验证了理论分析。文中研究了现有文献中的相位噪声抑制算法,对主流的相位噪声抑制算法,如ML算法、CPE消除算法,进行了充分的研究分析,在充分了解算法结构和流程的基础上,对各算法的优缺点进行了总结,并在此基础上分析了其在SCMA系统中的适用性。在充分了解各算法优缺点和SCMA系统特性的基础上,本文研究了一种时域频域联合抑制相位噪声的算法,该算法在时域使用循环前缀(Cycle Prefix,CP)对相位噪声进行粗略估计补偿,然后在频域进行基于导频符号的估计补偿。和参考文献中的相位噪声抑制算法相比,该算法不需要进行时域到频域的反复变换,也不需要复杂的矩阵求逆运算,所以该算法的复杂度较低。仿真结果表明,本文研究的算法有更好的性能。
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