[王志超]
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Nested Lattice編碼多址接入方案的研究與分析
[王志超]
摘要
在無線通信頻譜資源日益緊缺的情況下,提出使用Nested Lattice編碼做多址接入技術,該Lattice多址接入無需像OFDMA那樣有復雜的子載波和功率分配,類似CDMA的接入,但又無需像CDMA那樣要保持碼字的正交性及擴頻。因此使用Lattice做多址接入有它良好的應用前景。通過對不同結構Nested Lattice編碼多址接入方案的研究與分析,得出一種性能更優(yōu)的結構碼方案。
關鍵詞:Nested Lattice 編碼 多址接入 不同結構
王志超
重慶郵電大學移動通信技術重慶市重點實驗室,主要研究方向:移動通信。
在移動無線通信環(huán)境中,頻譜資源極其有限,合理充分利用這些資源,實現通信的高效和可靠傳輸是現代通信領域研究的主要課題。目前理論上支持使用Nested Lattice編碼[1]做多址接入技術[2][9],該Lattice多址接入無需像OFDMA那樣有復雜的子載波和功率分配,比較類似CDMA的接入,但又無需像CDMA那樣要保持碼字的正交性及擴頻[3]。所以Lattice做多址接入有它良好的應用前景。針對wifi本身具有低成本,系統(tǒng)復雜度不高,易于實現的特點。Lattice多址接入在容量、頻譜效率方面都能達到比較好的水平,且抗干擾能力更強[4][10],加上其固有的特點及較低的實現復雜度,其在wifi中應用有廣泛的前景。如果能對基于Nested Lattice編碼的多址接入技術進行相應的研究并找到一種比較好的結構碼。那么,在多址接入的過程中可以降低誤碼率,從而提高用戶的體驗度。
基于Nested Lattice編碼的多址接入過程如圖1所示,該過程包含3個部分[5]:(1)使用Nested Lattice編碼對需要發(fā)送的信息進行編碼[11]。(2)對編碼之后的信息隨機化處理。(3)使用Lattice譯碼方法解碼。
圖1 基于Nested Lattice編碼的多址接入的過程
如果存在一對維度為n的Lattice (Λ,Λ1),滿足Λ?Λ1,即Λ1的所有碼點都在Λ的基本Voronoi域內,則可以說Λ1是Λ的子Lattice,如果Λ1是Λ的子格,那么LatticeΛ的所有點都屬于Λ1。這時Lattice(Λ,Λ1)就是嵌套的。在上述的情況下,可以稱Λ為粗格,稱Λ1為細格。
圖2 Nested Lattice
對于Nested Lattice編碼主要有兩種常用的結構,高斯整數域Nested Lattice編碼和愛森斯坦整數域Nested Lattice編碼。
2.1 高斯整數域Nested Lattice編碼
對于高斯整數域Nested Lattice編碼,常用Construction A方法進行構造[6]。一個好的碼本可以用如下5步來生成(其中前3步通常被稱為構造方法A):
(1)首先生成一個矩陣GL,并且GL是一個n行kL列的矩陣,其中n為碼字的維度,kL為用戶信息最長的信息長度,該矩陣中每一個元素都是獨立同分布的,并且所有的元素都是均勻分布在{0,1,2,… ,p? 1}內。其中p為素數。
(5)重復步驟1-4,每一個用戶l=1,2,…L 用矩陣Gl替換GL。其中Gl是GL的前kl列。
在上面的步驟中,k≥…≥ k。其中Λ=BZn通過1L構建,內嵌在每一個細格的格內。因此,這些格是按照預定的設計的順序嵌套的,Λ?ΛL?…?Λ1。
圖3 高斯整數域Nested Lattice編碼
2.2 愛森斯坦整數域Nested Lattice編碼
圖4 愛森斯坦整數域Nested Lattice編碼
為了進行信號解碼,消除多用戶干擾,接收端采用了歸整處理以及串行干擾消除的方法。
然后,進行串行干擾消除。當第一路的信號到來后,首先對其乘以1β,然后加上∑a1mdm,經過量化器將β1y+∑ a1mdm量化到離第一層所有碼點最近的碼點上,求出碼點后進行modΛ運算。
在本文中分別使用兩種常用的Nested Lattice編碼結構進行多址接入的實現,在多址接入的實現過程中使用的是兩用戶的多址接入,使用的編碼結構如圖3和圖4所示。所得的性能曲線如圖5所示,用戶1為使用愛森斯坦整數域編碼的誤碼率,用戶2為使用高斯整數域編碼的誤碼率。
圖5 多址接入兩用戶誤碼率曲線
本文仿真了使用不同結構Nested Lattice編碼進行多址接入的研究與分析。從仿真圖中可以看到,采用愛森斯坦整數域Nested Lattice編碼的性能比高斯整數域Nested Lattice編碼的性能要好。在通信系統(tǒng)中,Lattice碼通常在滿足填裝好碼、覆蓋好碼、信源量化好碼和AWGN信道編碼好碼的標準時性能會較優(yōu)。
參考文獻
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收稿日期:(2015-11-19)