极化编码的OFDM-IDMA系统中联合检测译码接收机设计与实现

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多址技术能够实现资源复用,提升系统的用户接入量,在现代移动通信中具有不可替代的地位。面向5G高频谱资源利用率的要求,非正交多址(NOMA)的概念被提出。目前,NOMA技术的相关标准还在讨论中,针对NOMA技术的研究也是一大热点。在众多NOMA候选方案中,IDMA曾作为干扰随机化技术,应用于4G LTE系统,也因此积累了较好的理论与应用基础。但是,要应用于5G,IDMA性能还需进一步改善。IDMA支持过载传输这一特点能够有效提高频谱利用率,但是过载传输也会引入较高的用户干扰,导致中低信噪比区域系统性能较差。针对这一问题,本文以提升系统的纠错性能为目标,将达信道容量的极化码引入传统的OFDM-IDMA系统,并针对接收机的算法优化及其硬件实现的合理性进行探究。针对提出的极化编码的OFDM-IDMA系统,对接收机检测译码策略进行进一步探索,提出了分离检测译码(SDD)和联合检测译码(JDD)两种方式。随后,以(128,64)的极化码为例,构建仿真平台,对比不同检测译码方案下的性能情况。同等计算复杂度情况下,JDD相比SDD有明显的性能优势,在BER为10-4时,JDD比SDD有0.7 d B的增益;在FER为10-2时,JDD比SDD有1.2 d B的增益。为了提高接收机的效率,我们基于性能较好的JDD,引入了提前终止策略。文章提出了LLRs辅助的JDD(LA-JDD)和符号辅助的JDD(SA-JDD)。基于两种提前终止判定标准进行仿真验证,结果显示,在信噪比为6 d B时,在性能几乎无损的情况下,计算复杂度可以降低为原JDD的43.9%,合理降低了JDD接收机的计算时延。因此,提前终止策略能够有效去除冗余的迭代运算,增强系统的自适应性。为了进一步评估接收机的可实用性,在仿真验证的基础上,本文对JDD接收机进行架构设计,并从硬件实现的角度对算法进行合理近似,以求在确保性能基本无损的情况下,降低硬件资源消耗。此外,基于TSMC 28 nm工艺,对JDD接收机进行ASIC综合仿真,结果显示合理近似确实能够减少面积消耗,对比相关研究工作,JDD接收机的实现具有其合理性。
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