基於空時頻碼跳變的非正交多址接入方法與流程

2023-04-23 15:45:37

本發明涉及一種非正交多址接入方法，特別涉及一種基於空時頻碼跳變的非正交多址接入方法。

背景技術：

移動通信技術在過去幾十年間取得了飛速的發展，已發展成為影響人們工作和生活方方面面的最重要技術之一。移動通信技術經歷了從模擬移動通信系統(第一代移動通信系統，即1G)到以GSM(Global System for Mobile Communications)為典型代表的第二代移動通信系統，即2G，然後到以WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)等為典型代表的第三代移動通信系統，即3G，再到目前正在全球範圍部署的以LTE/LTE-A(Long-Term Evolution/LTE-Advanced)為典型代表的第四代移動通信系統，即4G。在每一次移動通信系統的更迭過程中，無線接入側的多址技術始終是其發展的核心。

面向未來移動通信的海量連接數和超大容量的需求，傳統的基於資源正交的多址方法(如時分多址、頻分多址等)已經捉襟見肘，非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access)技術目前備受業界關注，成為第五代移動通信系統(5G)的核心關鍵技術之一。非正交多址技術通過將用戶信息在功率域或碼域進行疊加，並在接收端通過多用戶檢測等方式實現對用戶信息的分離和提取，從而能夠在共享的頻率資源上承載更多的用戶信息，以達到提高用戶連接數、頻譜利用率和網絡容量的目的。

文獻「Nikopour H,Baligh H.Sparse code multiple access[C]//Personal Indoor and Mobile Radio Communications(PIMRC),2013IEEE 24th International Symposium on.IEEE,2013:332-336.」提出在碼域採用係數編碼的方法實現非正交多址，以提升用戶連接數。然而，該方法的性能嚴重受限於無線通信環境的各種幹擾狀況，如果缺乏有效的抗幹擾手段，非正交多址技術的性能優勢非但難以得到發揮，反而由於幹擾而得系統性能惡化。

另一方面，移動和無線通信由於其傳播特性以及無線信道衰落的影響而容易受到較大幹擾，因此需要引入有效的抗幹擾技術。跳頻通信技術被廣泛應用於抗幹擾通信系統中，但多用戶接入場景下，如果不同用戶的跳頻圖樣存在部分(或全部)重疊，將導致多址幹擾，降低了頻譜利用率。而且，跳頻技術本身並不能提升用戶連接數和網絡容量。

綜上所述，現有非正交多址技術的抗幹擾性能較差，跳頻技術的用戶連接數和網絡容量較差。缺乏同時提升用戶連接數、網絡容量、頻譜利用率以及抗幹擾性能的技術手段。

技術實現要素：

為了克服現有非正交多址接入方法抗幹擾能力差的不足，本發明提供一種基於空時頻碼跳變的非正交多址接入方法。該方法採用空時頻碼跳變控制非正交多址接入的流程和資源位置。通過採用非正交多址提升移動通信用戶連接數、頻譜利用率以及網絡容量；同時，通過空時頻碼跳變提升通信抗幹擾/抗截獲性能。從而使得通信系統能夠同時獲得兩方面的性能優勢：一方面，提升了用戶連接數、頻譜效率和網絡容量；另一方面，增強了通信系統的抗幹擾、抗截獲能力。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案：一種基於空時頻碼跳變的非正交多址接入方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、將經過信道編碼後的碼流送入預編碼器。

所述預編碼器將串行輸入的碼流轉換為M路並行輸出的複數域信號，如果M等於1，則表示輸出1路複數域信號。

所述預編碼器的所有M路輸出碼字均由碼本生成器從碼本空間，即碼字的集合中產生。

所述碼本生成器由空時頻碼跳變控制器控制。每隔協議規定時間，空時頻碼跳變控制器會更新碼本生成器的碼本生成規則，從而使得碼本產生跳變。

步驟二、將預編碼器的所有M路並行複數域輸出送入調製器進行調製。

所述調製器將M路並行複數域信號轉換為具有幅度和相位的電信號，即已調信號，該已調信號佔據M個正交資源單元，與M個複數域信號一一對應。

所述正交資源單元，在頻率域是指頻分多址方式中的信道，或者正交頻分多址中的正交子信道；在空間域是指不同的空間流；在時間域是指不同的時隙；在多維資源域是指最小資源單元。

所述正交資源單元的位置由正交資源跳變器指示。

所述正交資源跳變器由空時頻碼跳變控制器控制。每隔協議規定時間，空時頻碼跳變控制器會更新資源單元位置，從而使得信息所佔據的正交資源單元產生跳變。在頻率域是指分配的頻率點發生跳變；在空間域是指分配的空間流發生跳變；在時間域是指分配的時隙發生跳變；在多維資源域是指分配的最小資源單元位置發生跳變。

所述調製器輸出的已調信號幅度受功率分配器控制。

所述功率分配器由空時頻碼跳變控制器控制，每隔協議規定時間，空時頻碼跳變控制器會更新功率分配規則。

步驟三、經過調製器處理後的已調信號通過無線信道發送至接收端。

步驟四、接收端通過多用戶聯合檢測，將所有發送端或者目標發送端的信號分離開。

所述多用戶聯合檢測過程需要碼本恢復器、資源跳變恢復器和功率恢復器各自恢復出的信息。所述碼本恢復器恢復出發送端的碼本信息；所述資源跳變恢復器恢復出發送端的正交資源單元位置；所述功率恢復器恢復出發送端的功率信息。

所述碼本恢復器、資源跳變恢復器和功率恢復器均由空時頻碼跳變控制器控制，每隔協議規定時間，空時頻碼跳變控制器會更新恢復規則，以確保與發送端同步。

本發明的有益效果是：該方法採用空時頻碼跳變控制非正交多址接入的流程和資源位置。通過採用非正交多址提升移動通信用戶連接數、頻譜利用率以及網絡容量；同時，通過空時頻碼跳變提升通信抗幹擾/抗截獲性能。從而使得通信系統能夠同時獲得兩方面的性能優勢：一方面，提升了用戶連接數、頻譜效率和網絡容量；另一方面，增強了通信系統的抗幹擾、抗截獲能力。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作詳細說明。

附圖說明

圖1是本發明基於空時頻碼跳變的非正交多址接入方法的結構圖。

圖2是實施例一的結構圖，其中圖2(a)是採用單射頻通道的結構圖，圖2(b)是採用多射頻通道的結構圖。

圖3是實施例二的結構圖。

圖4是實施例三的結構圖。

圖5是實施例四的結構圖。

圖6是實施例五的結構圖。

圖7是實施例六的結構圖。

圖8是實施例七的結構圖。

圖9是實施例八的結構圖。

圖10是實施例九的結構圖。

圖11是實施例十的結構圖。

圖12是實施例十一的結構圖。

圖13是網絡吞吐量的仿真圖。

圖14是網絡抗幹擾性能的仿真圖。

具體實施方式

以下實施例參照圖1-14。

1.具體實施例一。

參照圖2，實施例一側重描述發送端的「空時頻碼跳變控制器」以「頻率與碼本跳變控制器」的方式實現，預編碼器採用稀疏碼編碼器方式實現，正交頻譜資源採用頻分多址方式實現，正交資源跳變器採用頻點變換器的方式實現，無功率分配器，調製器採用多載波調製器、一路射頻或多路射頻的方式實現。頻率與碼本跳變控制器一方面控制碼本生成器產生碼本，另一方面控制頻點變換器切換M路輸入信號的跳頻頻點位置。輸入碼流首先經過稀疏碼編碼器生成並行多路複數域稀疏編碼，而後調製到各個頻點上。

步驟1：經過信道編碼後的碼流進入稀疏碼編碼器實現並行多路複數域稀疏編碼，具體步驟如下。

●步驟1.1：經過信道編碼後的長度為L比特的原始二進位碼流(a1,a2,…,aL)送入稀疏碼編碼器輸入端；

●步驟1.2：頻率與碼本跳變控制器控制碼本產生器，使其每隔一段時間(由相應協議規定)，更新碼本生成規則，從而使得碼本產生跳變。

●步驟1.3：稀疏碼編碼器通過碼本產生器來查找碼本和碼字，對原始輸入碼流進行編碼，並輸出M路並行多路複數域稀疏碼字(c1,c2,…,cM)，以作為待調製符號送入多載波調製器。進入步驟2。

步驟2：待調製符號輸入多載波調製器實現多路調製，具體步驟如下：

●步驟2.1：M路並行複數域稀疏碼字(c1,c2,…,cM)送入多載波調製器輸入端。所述多載波調製器包含M路，與M個稀疏碼字一一對應，也與M個互不交疊的載波頻點一一對應；

●步驟2.2：頻率與碼本跳變控制器控制頻點變換器來設定跳頻圖案，即使其每隔一段時間(由相應協議規定)，產生載波頻點跳變。

●步驟2.3：對於當前時間片ti(i＝1,2,…)，頻點變換器設置所對應的跳頻頻點(即與複數域符號c1,c2,…,cM相對應的載波頻點f1,f2,…,fM)，並將該信息向多載波調製器提供。

●步驟2.4：多載波調製器包含M路並行的載波調製器。每一路載波調製器將對應的複數域信號轉換為具有幅度和相位的已調信號，調製到由頻點變換器所確定的頻點上。M路多載波調製器共輸出M路已調信號。如果系統為單射頻通道系統，則將M路已調信號送往多路合併器，轉至步驟2.4；如果系統為多射頻通道系統，則分別將M路已調信號送往M路獨立的D/A，轉至步驟2.5。

●步驟2.5：多路合併器將M路已調信號合併輸出送往模擬數字轉換器(D/A)，進入步驟2.5。

●步驟2.6：D/A輸出調製後的模擬信號x(t)。

2.具體實施例二。

參照圖3，實施例二側重描述發送端的「空時頻碼跳變控制器」以「頻率與碼本跳變控制器」的方式實現，預編碼器採用稀疏碼編碼器方式實現，正交資源單元採用正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)方式實現，正交資源跳變器採用頻點變換器的方式實現，無功率分配器，調製器採用OFDM方式實現。頻率與碼本跳變控制器一方面控制碼本生成器產生碼本，另一方面控制跳頻圖樣。輸入碼流首先經過稀疏碼編碼器生成並行多路複數域稀疏編碼，而後以OFDM的方式調製到各個正交的子載波上。該實施例可應用於多種網絡場景，例如蜂窩低頻上/下行通信、Ad Hoc網絡、高頻定向波束組網等。

步驟1：經過信道編碼後的碼流進入預編碼器實現並行多路複數域稀疏編碼，具體步驟如下：

●步驟1.1：經過信道編碼後的長度為L比特的原始二進位碼流(a1,a2,…,aL)送入稀疏碼編碼器輸入端；

●步驟1.2：頻率與碼本跳變控制器控制碼本產生器，使其每隔一段時間(由相應協議規定)，更新碼本生成規則，從而使得碼本產生跳變。

●步驟1.3：稀疏碼編碼器通過碼本產生器來查找碼本和碼字，將原始輸入碼流進行編碼，並輸出M路並行多路複數域稀疏碼字(c1,c2,…,cM)，作為待調製符號分別對應地送入OFDM調製器。進入步驟2。

步驟2：待調製符號輸入OFDM調製器實現多路調製，具體步驟如下：

●步驟2.1：M路並行複數域稀疏碼字(c1,c2,…,cM)送入N點IDFT變換器輸入端。所述N點IDFT變換器共有N路輸入(N≥M)，除了來自稀疏碼編碼器的M路輸入外，其他N-M路輸入信號設定為0；

●步驟2.2：頻率與碼本跳變控制器控制頻點變換器來設定跳頻圖案，即使其每隔一段時間(由相應協議規定)，產生載波頻點跳變。

●步驟2.3：對於當前時間片ti(i＝1,2,…)，頻點變換器設置所對應的跳頻頻點(即與複數域符號c1,c2,…,cM相對應的載波頻點f1,f2,…,fM)，並將該信息向IDFT變換器提供。即所述M路輸入信號對應到N路子載波中的位置是跳變的，而N路子載波的整體位置不變。

●步驟2.4：IDFT變換器將M路輸入信號調製到由頻點變換器所確定的M路OFDMA子載波上，其他N-M路子載波輸入設定為0。IDFT變換器共輸出N路已調信號，然後將其送往並串轉換器。

●步驟2.5：並串轉換器將M路已調信號合併輸出，並送往模擬數字轉換器(D/A)。

●步驟2.6：D/A輸出調製後的模擬信號x(t)，進入射頻(Radio Frequency，RF)單元，進入步驟3。

步驟3：模擬信號x(t)經過RF後進入無線信道。

3.具體實施例三。

參照圖4，實施例三側重描述對應於實施例二的接收端原理。具體而言，非正交方式採用稀疏編碼，正交資源單元採用OFDM，資源跳變方式採用跳頻方式。頻率與碼本跳變控制器一方面控制碼本恢復器恢復出發送端的碼本信息用於稀疏碼解碼，另一方面控制頻點恢復器用於DFT變換。

步驟1：接收端從頻率域上接收到多個用戶(發送端)疊加的信號y(t)後，送入模數轉換器(A/D)，進入步驟2。

步驟2：A/D將接收到的模擬信號轉換為數位訊號，送入數字帶通濾波器，進入步驟3。

步驟3：數字帶通濾波器濾除無用信號，將N路子載波上的信號送往串並轉換器，進入步驟4。

步驟4：並串轉換器將串行信號轉換為並行N路信號，對應到N路OFDMA子載波，輸出到N點DFT變換器，進入步驟5。

步驟5：N點DFT變換器執行DFT變換，向稀疏碼解碼器輸出M路(M≤N)複數域稀疏碼字，具體步驟如下：

●步驟5.1：頻率與碼本跳變控制器控制頻點恢復器來恢復出跳頻圖案，即使其每隔一段時間(由相應協議規定)，恢復出載波頻點跳變信息。

●步驟5.2：對於當前時間片ti(i＝1,2,…)，頻點恢復器設置M路有用信號所對應的頻點在N個子載波中的位置，並告知N點DFT變換器基於該頻點信息進行DFT變換。

●步驟5.3：N點DFT變換器執行DFT變換，將由頻點恢復器所確定的M路結果作為輸出送往稀疏碼解碼器，其餘N-M路結果丟棄，進入步驟6。

步驟6：稀疏碼解碼器從多個用戶(發送端)疊加的M路輸入信號中分離出每個用戶(發送端)或者待接收用戶(發送端)的信息，具體步驟如下：

●步驟6.1：頻率與碼本跳變控制器控制碼本恢復器以恢復出發送端的碼本信息，即使其每隔一段時間(由相應協議規定)，恢復出當前碼本信息。

●步驟6.2：對於當前時間片ti(i＝1,2,…)，碼本恢復器恢復出當前碼本信息，並利用稀疏碼解碼器進行多用戶信息分離。

●步驟6.3：稀疏碼解碼器基於當前碼本信息，從多個用戶(發送端)疊加的M路輸入信號中分離出每個用戶(發送端)或者待接收用戶(發送端)的信息，接收完成。

4.具體實施例四。

參照圖5，實施例四與實施例二類似，區別在於：實施例二中的N個子載波頻點位置不變，頻率與碼本跳變控制器控制承載M路有用信號的子載波位置在N個子載波中跳變。實施例四中，頻率與碼本跳變控制器控制N個子載波位置整體跳變，而承載M路有用信號的子載波位置在N個子載波中不變。該實施例可應用於多種網絡場景，例如蜂窩低頻上/下行通信、Ad Hoc網絡、定向波束組網等。

步驟1：經過信道編碼後的碼流進入預編碼器實現並行多路複數域稀疏編碼，具體步驟如下：

●步驟1.1：經過信道編碼後的長度為L比特的原始二進位碼流(a1,a2,…,aL)送入稀疏碼編碼器輸入端；

●步驟1.2：頻率與碼本跳變控制器控制碼本產生器，使其每隔一段時間(由相應協議規定)，更新碼本生成規則，從而使得碼本產生跳變。

●步驟1.3：稀疏碼編碼器通過碼本產生器來查找碼本和碼字，將原始輸入碼流進行編碼，並輸出M路並行多路複數域稀疏碼字(c1,c2,…,cM)，作為待調製符號分別對應地送入OFDM調製器。進入步驟2。

步驟2：待調製符號輸入OFDM調製器實現多路調製，具體步驟如下：

●步驟2.1：M路並行複數域稀疏碼字(c1,c2,…,cM)送入N點IDFT變換器輸入端。所述N點IDFT變換器共有N路輸入(N≥M)，除了來自稀疏碼編碼器的M路輸入外，其他N-M路輸入信號設定為0；

●步驟2.2：IDFT變換器將M路輸入信號調製到M路正交子載波上，其他N-M路子載波輸入設定為0。IDFT變換器共輸出N路已調信號，然後將其送往並串轉換器。所述M路輸入信號對應到N路子載波中的位置是相對不變的。

●步驟2.3：並串轉換器將M路已調信號合併輸出送往模擬數字轉換器(D/A)。

●步驟2.4：D/A輸出已調模擬信號x(t)，進入射頻(Radio Frequency，RF)單元，轉至步驟3。

步驟3：模擬信號x(t)經過RF後進入無線信道，具體步驟如下：

●步驟3.1：頻率與碼本跳變控制器控制頻點變換器來設定跳頻圖案，即使其每隔一段時間(由相應協議規定)，產生載波頻點跳變。

●步驟3.2：對於當前時間片ti(i＝1,2,…)，頻點變換器設置N個子載波整體的頻率跳變位置，並將x(t)搬移到該RF頻率段上，隨後進入無線信道。

5.具體實施例五。

參照圖6，實施例五側重描述對應於實施例四的接收端原理。具體而言，非正交方式採用稀疏編碼，正交資源單元採用OFDM，資源跳變方式採用跳頻。頻率與碼本跳變控制器一方面控制碼本恢復器恢復出發送端的碼本信息用於稀疏碼解碼，另一方面控制頻點恢復器用於數字帶通濾波器頻點變換。

步驟1：接收端從頻率域上接收到多個用戶(發送端)疊加的信號y(t)後，送入模數轉換器(A/D)，進入步驟2。

步驟2：A/D將接收到的模擬信號轉換為數位訊號，送入數字帶通濾波器，進入步驟3。

步驟3：數字帶通濾波器基於頻點恢復器所確定的當前頻點接收有用信號，濾除無用信號，具體步驟如下：

●步驟3.1：頻率與碼本跳變控制器控制頻點恢復器來恢復出跳頻圖案，即使其每隔一段時間(由相應協議規定)，恢復出載波頻點跳變信息。

●步驟3.2：對於當前時間片ti(i＝1,2,…)，頻點恢復器設置所對應的N個子載波所在頻率段，並告知數字帶通濾波器基於該頻點信息進行數字濾波。

●步驟3.3：數字帶通濾波器基於查詢頻點恢復器得到的頻點信息將有用信號提取出來，其他頻點信號濾除，之後將輸出結果送往串並轉換器，進入步驟4。

步驟4：並串轉換器將串行信號轉換為並行N路信號，對應到N路正交子載波，輸出到N點DFT變換器，進入步驟5。

步驟5：N點DFT變換器執行DFT變換，向稀疏碼解碼器輸出M路(M≤N)複數域稀疏碼字，其餘N-M路結果丟棄，進入步驟6。

步驟6：稀疏碼解碼器從多個用戶(發送端)疊加的M路輸入信號中分離出每個用戶(發送端)或者待接收用戶(發送端)的信息，具體步驟如下：

●步驟6.1：頻率與碼本跳變控制器控制碼本恢復器來恢復出發送端的碼本信息，即使其每隔一段時間(由相應協議規定)，恢復出當前碼本信息。

●步驟6.2：對於當前時間片ti(i＝1,2,…)，碼本恢復器恢復出當前碼本信息，並由稀疏碼解碼器進行多用戶信息分離。

●步驟6.3：稀疏碼解碼器基於當前碼本信息，從多個用戶(發送端)疊加的M路輸入信號中分離出每個用戶(發送端)或者待接收用戶(發送端)的信息，接收完成。

6.具體實施例六。

參照圖7，實施例六對應於實施例二～五，側重描述頻率與碼本跳變控制器控制頻率跳變的過程。隨著時間的變化，用戶收發數據的頻率和碼本發生變化。另外，用戶1可以同時佔據多個跳頻頻段，以提高傳輸速率。

頻率與碼本跳變控制器配置發送端的碼本生成器、頻點變換器以及接收端的碼本恢復器、頻點恢復器。所以實現的用戶x1、x2和x3的資源佔用情況為：

●在t1時間，x1和x2佔用頻率段f6，其中f6包含M1個子載波，碼本集為CB1；

●在t2時間，x1、x2、x3跳轉到頻率段f1，其中f1包含M1個子載波，碼本集為CB1；

●在t3時間，x1、x2、x3跳轉到頻率段f5，其中f5包含M1個子載波，碼本集為CB1；

●在t4時間，x1、x2、x3跳轉到頻率段f3，其中f3包含M1個子載波，碼本集跳轉為CB2；

●在t5時間，x1、x2、x3跳轉到頻率段f6，其中f6包含M1個子載波，碼本集為CB2；

x1、x4和x5的資源佔用情況為：

●在t1時間，x1、x4和x5佔用頻率段f3，其中f3包含M2個子載波，碼本集為CB3；

●在t2時間，x1、x4和x5跳轉到頻率段f5，其中f5包含M2個子載波，碼本集為CB3；

●在t3時間，x1、x4和x5跳轉到頻率段f2，其中f2包含M2個子載波，碼本集為CB3；

●在t4時間，x1、x4和x5跳轉到頻率段f6，其中f6包含M2個子載波，碼本集跳轉為CB4；

●在t5時間，x1、x4和x5跳轉到頻率段f1，其中f1包含M2個子載波，碼本集為CB4；

7.具體實施例七。

參照圖8，實施例七基於實施例二～五，側重描述多小區協作場景(協作多點傳輸，即CoMP)。多個小區的基站同時向位於小區重疊覆蓋用戶發送不同的數據以提升邊緣節點吞吐量。

步驟1：在t1時間段，基站1、2、3、4在頻率段f6上同時向用戶發送下行服務，且基站之間發送的數據不同，分別為DATA1、DATA2、DATA3和DATA4。每個基站發送數據的過程與實施例二或四一致。

所述頻率段f6包含有M個正交子載波。

基站1在M個子載波中的子載波1和子載波2發送DATA1；基站2在M個子載波中的子載波2和子載波3發送DATA2；基站3在M個子載波中的子載波1和子載波M發送DATA3；基站4在M個子載波中的子載波2和子載波M發送DATA4。

每一個基站與子載波的對應關係由稀疏碼碼本所生成的碼字確定，該基站內部的頻率與碼本跳變控制器控制其碼本產生器，使其每隔一段時間(由相應協議規定)，更新碼本生成規則，從而使得碼本產生跳變。

步驟2：在t2時間段，各個基站的碼本不發生變化，頻率與碼本跳變控制器要求工作頻段發生跳變，基站1、2、3、4在頻率段f1上同時向用戶發送下行服務，且基站之間發送的數據不同，其餘配置與步驟1一致。

所述頻率段f1包含有M個正交子載波。

步驟3：在t3時間段，頻率與碼本跳變控制器要求工作頻段發生跳變，基站1、2、3、4在頻率段f5上同時向用戶發送下行服務，且基站之間發送的數據不同，其餘配置與步驟1一致。

所述頻率段f5包含有M個正交子載波。

步驟4：在t4時間段，頻率與碼本跳變控制器要求工作頻段和碼本均發生跳變，基站1、2、3、4在頻率段f3上同時向用戶發送下行服務，且基站之間發送的數據不同，分別為DATA6、DATA7、DATA8和DATA9。每個基站發送數據的過程與實施例二或四一致。

所述頻率段f3包含有M個正交子載波。

所述碼本的跳變體現為：基站1在M個子載波中的子載波1和子載波M發送DATA6；基站2在M個子載波中的子載波1和子載波3發送DATA7；基站3在M個子載波中的子載波2和子載波M發送DATA8；基站4在M個子載波中的子載波2和子載波3發送DATA9。

步驟5：在t5時間段，各個基站的碼本不發生變化，頻率與碼本跳變控制器要求工作頻段發生跳變，基站1、2、3、4在頻率段f6上同時向用戶發送下行服務，且基站之間發送的數據不同，其餘配置與步驟4一致。

8.具體實施例八。

參照圖9，實施例八側重描述發送端的「空時頻碼跳變控制器」以「功率、時間與碼本跳變控制器」的方式實現，非正交方式採用功分多址，有功率分配器，預編碼器採用一般調製星座點映射(如BPSK、QPSK星座點映射)方式實現，正交頻譜資源採用單信道實現，正交資源跳變器採用時隙變換器的方式實現，調製器採用單載波調製器。在單信道(頻域)下通過功率域的變化實現非正交多址，並且通過時隙跳變的方式實現抗幹擾。

步驟1：經過信道編碼後的碼流進入預編碼器實現並行多路複數域稀疏碼。所述預編碼器將串行信息序列轉化為複數域信號。具體步驟如下。

●步驟1.1：經過信道編碼後的長度為L比特的原始二進位碼流(a1,a2,…,aL)送入預編碼器輸入端；

●步驟1.2：功率、時間與碼本跳變控制器控制碼本產生器，使其每隔一段時間(由相應協議規定)，更新碼本生成規則，從而使得碼本產生跳變。

●步驟1.3：預編碼器通過碼本產生器來查找碼本和碼字，將原始輸入碼流進行編碼，並輸出複數域碼字c，作為待調製符號分別對應地送入單載波調製器。進入步驟2。

步驟2：待調製符號輸入單載波調製器實現調製，具體步驟如下：

●步驟2.1：複數域稀疏碼字c送入單載波調製器輸入端。

●步驟2.2：功率、時間與碼本跳變控制器控制時隙變換器來設定跳時圖案，使其任意兩個數據發送時隙之間的間隔遵循某偽隨機序列，產生跳變。

●步驟2.3：對於當前時間片ti(i＝1,2,…)，如果不是數據發送時隙，則返回並等待下一時隙；如果是數據發送時隙，則繼續步驟2.4。

●步驟2.4：發送功率基於功率分配器來設定，並將已調數位訊號送往D/A。所述功率分配器受控於功率、時間與碼本跳變控制器，使其每隔一段時間(由相應協議規定)，會更新功率分配規則。

●步驟2.5：D/A輸出已調模擬信號x(t)。

9.具體實施例九。

參照圖10，實施例九基於實施例二，側重描述一個節點向多個節點發送數據的情形。發送節點擬同時向多個接收節點發送數據，發送節點採用稀疏編碼的方式將多用戶並行數據流映射到相同的頻率段上，其信息在該頻率段上相互交疊，該頻率段在整個N路正交子載波上跳變。

步驟1：發送端將發往不同用戶的原始信息碼流送往不同的稀疏碼編碼器，每一路稀疏碼編碼器實現並行多路複數域稀疏編碼，產生M路並行多路複數域稀疏碼字，作為待調製符號分別對應地送入OFDM調製器。OFDM調製器與稀疏碼編碼器一一對應，即每一路用戶信息流對應一個稀疏碼編碼器和一個OFDM調製器。

所述發往不同用戶的原始信息碼流互不相同，對應發往不同用戶的信息。

具體步驟描述如下：

●步驟1.1：發送端將發往不同用戶的原始二進位信息碼流送往與用戶相對應的稀疏碼編碼器輸入端，不同用戶的原始信息碼流互不相同，而後每一路稀疏碼編碼器獨立並行且獨立執行步驟1.2-1.3。

●步驟1.2：對於任意一路稀疏碼編碼器，頻率與碼本跳變控制器控制碼本產生器，使其每隔一段時間(由相應協議規定)，更新碼本生成規則，從而使得碼本產生跳變。

●步驟1.4：對於任意一路稀疏碼編碼器，稀疏碼編碼器通過碼本產生器來查找碼本和碼字，將原始輸入碼流進行編碼，並輸出M路並行多路複數域稀疏碼字，例如第i個稀疏碼編碼器的輸出為(ci,1,ci,2,…,ci,M)，作為待調製符號分別對應地送入OFDM調製器。進入步驟2。

步驟2：每一個稀疏碼編碼器產生的M路待調製符號輸入與之對應的OFDM調製器實現多路調製。

●步驟2.1：每一個稀疏碼編碼器輸出的M路並行複數域稀疏碼字送入N點IDFT變換器輸入端。所述N點IDFT變換器共有N路輸入(N≥M)，除了來自稀疏碼編碼器的M路輸入外，其他N-M路輸入信號設定為0。

●步驟2.2：頻率與碼本跳變控制器控制頻點變換器來設定跳頻圖案，即使其每隔一段時間(由相應協議規定)，產生載波頻點跳變。

●步驟2.3：對於當前時間片ti(i＝1,2,…)，頻點變換器設置所對應的跳頻頻點(即與複數域符號c1,c2,…,cM相對應的載波頻點f1,f2,…,fM)，並將該信息向所有IDFT變換器提供，即所有IDFT變換器共享跳頻頻點。該方法實現了M路輸入信號對應到N路子載波中的位置是跳變的，而N路子載波的整體位置不變。

●步驟2.4：對於每一路IDFT變換器，將M路輸入信號調製到由頻點變換器所確定的M路OFDMA子載波上，其他N-M路子載波輸入設定為0。每一路IDFT變換器均輸出N路已調信號，然後將其送往多路疊加器，如第k路IDFT變換器輸出xk,1，xk,2，…，xk,N。

●步驟2.5：多路疊加器實現來自不同IDFT變換器的信號疊加，輸出N路並行疊加後的信號。具體而言，多路疊加器在信號疊加時，其第i路(i＝1,2,…,N)的輸出是來自所有IDFT變換器第i路已調信號的複數域疊加，例如第p路輸出而後，將疊加後的信號送往並串轉換器。

●步驟2.6：並串轉換器將M路已調信號合併輸出，並送往模擬數字轉換器(D/A)。

●步驟2.7：D/A輸出調製後的模擬信號x(t)，進入射頻(Radio Frequency，RF)單元，進入步驟3。

步驟3：模擬信號x(t)經過RF後進入無線信道。

10.具體實施例十。

參照圖11，實施例十基於實施例四，側重描述一個節點向多個節點發送數據的情形。發送節點擬同時向多個接收節點發送數據，發送節點採用稀疏編碼的方式將多用戶並行數據流映射到相同的頻率段上，其信息在該頻率段上相互交疊，該頻率段在整個N路正交子載波上跳變。與實施例九不同之處在於，本實施例中，頻率與碼本跳變控制器控制N個子載波位置整體跳變，而承載M路有用信號的子載波位置在N個子載波中不變。

步驟1：發送端將發往不同用戶的原始信息碼流送往不同的稀疏碼編碼器，每一路稀疏碼編碼器實現並行多路複數域稀疏編碼，產生M路並行多路複數域稀疏碼字，作為待調製符號分別對應地送入OFDM調製器。OFDM調製器與稀疏碼編碼器一一對應，即每一路用戶信息流對應一個稀疏碼編碼器和一個OFDM調製器。

所述發往不同用戶的原始信息碼流互不相同，對應發往不同用戶的信息。

具體步驟描述如下：

●步驟1.1：發送端將發往不同用戶的原始二進位信息碼流送往與用戶相對應的稀疏碼編碼器輸入端，不同用戶的原始信息碼流互不相同，而後每一路稀疏碼編碼器獨立並行且獨立執行步驟1.2-1.3。

●步驟1.2：對於任意一路稀疏碼編碼器，頻率與碼本跳變控制器控制碼本產生器，使其每隔一段時間(由相應協議規定)，更新碼本生成規則，從而使得碼本產生跳變。

●步驟1.3：對於任意一路稀疏碼編碼器，稀疏碼編碼器通過碼本產生器來查找碼本和碼字，將原始輸入碼流進行編碼，並輸出M路並行多路複數域稀疏碼字，例如第i個稀疏碼編碼器的輸出為(ci,1,ci,2,…,ci,M)，作為待調製符號分別對應地送入OFDM調製器。進入步驟2。

步驟2：每一個稀疏碼編碼器產生的M路待調製符號輸入與之對應的OFDM調製器實現多路調製。

●步驟2.1：每一個稀疏碼編碼器輸出的M路並行複數域稀疏碼字(c1,c2,…,cM)送入N點IDFT變換器輸入端。所述N點IDFT變換器共有N路輸入(N≥M)，除了來自稀疏碼編碼器的M路輸入外，其他N-M路輸入信號設定為0。

●步驟2.2：對於每一路IDFT變換器，IDFT變換器將M路輸入信號調製到M路正交子載波上，其他N-M路子載波輸入設定為0。IDFT變換器共輸出N路已調信號，然後將其送往多路疊加器，如第k路IDFT變換器輸出xk,1，xk,2，…，xk,N。所述M路輸入信號對應到N路子載波中的位置是相對不變的。

●步驟2.5：多路疊加器實現來自不同IDFT變換器的信號疊加，輸出N路並行疊加後的信號。具體而言，多路疊加器在信號疊加時，其第i路(i＝1,2,…,N)的輸出是來自所有IDFT變換器第i路已調信號的複數域疊加，例如第p路輸出而後，將疊加後的信號送往並串轉換器。

●步驟2.6：並串轉換器將M路已調信號合併輸出，並送往模擬數字轉換器(D/A)。

●步驟2.7：D/A輸出調製後的模擬信號x(t)，進入射頻(Radio Frequency，RF)單元，進入步驟3。

步驟3：模擬信號x(t)經過RF後進入無線信道，具體步驟如下：

●步驟3.1：頻率與碼本跳變控制器控制頻點變換器來設定跳頻圖案，即使其每隔一段時間(由相應協議規定)，產生載波頻點跳變。

●步驟3.2：對於當前時間片ti(i＝1,2,…)，頻點變換器設置N個子載波整體的頻率跳變位置，並將x(t)搬移到該RF頻率段上，隨後進入無線信道。

11.具體實施例十一。

參照圖12，實施例十一側重描述發送端的非正交方式採用稀疏編碼，正交資源單元採用空間流，資源跳變方式採用跳頻。不同的顏色代表不同空間流波束覆蓋的區域，與實施例六不同之處在於，a)本實施例中的頻率域c1，c2,……，c6均為單個頻點(子載波)，並非包含M個子載波的頻段，通過空間流來區分用戶；b)本實施例中的控制器為頻率與碼本跳變控制器。

步驟1：在t1時間段，用戶1、2、3、4在載波f6上同時向基站發送上行服務，且不同空間流發送的數據不同，分別為DATA1、DATA2、DATA3和DATA4。每個基站發送數據的過程與實施例二一致。

所述載波f6隻包含一個頻域通道或者一個OFDMA子載波；但包含M個空間流。

用戶1在M個空間流中的空間流1和空間流2向基站發送DATA1；用戶2在M個空間流中的空間流2和空間流3向基站發送DATA2；用戶3在M個空間流中的空間流1和空間流M向基站發送DATA3；用戶4在M個空間流中的空間流2和空間流M向基站發送DATA4。

每一個用戶與空間流的對應關係由稀疏碼碼本所生成的碼字確定，該用戶內部的頻率與碼本跳變控制器控制其碼本產生器，使其每隔一段時間(由相應協議規定)，更新碼本生成規則，從而使得碼本產生跳變。與實施例二～五不同，本實施例中碼本產生的碼字與空間流直接對應，而實施例二～五中個碼本產生的碼字與正交子載波對應。

步驟2：在t2時間段，各個波束對應碼本不發生變化，頻率與空間跳變控制器要求工作頻段發生跳變，基站1、2、3、4在載波f1上同時向用戶發送下行服務，且不同空間流發送的數據不同，其餘配置與步驟1一致。

所述載波f1隻包含一個頻域通道或者一個OFDMA子載波；但包含M個空間流。

步驟3：在t3時間段，頻率與空間跳變控制器要求工作頻段發生跳變，基站1、2、3、4在載波f5上同時向用戶發送下行服務，且不同空間流發送的數據不同，其餘配置與步驟1一致。

所述載波f5隻包含一個頻域通道或者一個OFDMA子載波；但包含M個空間流。

步驟4：在t4時間段，頻率與空間跳變控制器要求工作頻段發生跳變，基站1、2、3、4在載波f3上同時向用戶發送下行服務，且不同空間流發送的數據不同，分別為DATA6、DATA7、DATA8和DATA9。每個基站發送數據的過程與實施例二一致。

所述載波f3隻包含一個頻域通道或者一個OFDMA子載波；但包含M個空間流。

用戶1在M個空間流中的空間流1和空間流M向基站發送DATA6；用戶2在M個空間流中的空間流1和空間流3向基站發送DATA7；用戶3在M個空間流中的空間流2和空間流M向基站發送DATA8；用戶4在M個空間流中的空間流2和空間流3向基站發送DATA9。

每一個用戶與空間流的對應關係由稀疏碼碼本所生成的碼字確定，該用戶內部的頻率與碼本跳變控制器控制其碼本產生器，使其每隔一段時間(由相應協議規定)，更新碼本生成規則，從而使得碼本產生跳變。與實施例二～五不同，本實施例中碼本產生的碼字與空間流直接對應，而實施例二～五中個碼本產生的碼字與正交子載波對應。

步驟5：在t5時間段，頻率與空間跳變控制器要求工作頻段發生跳變，基站1、2、3、4在載波f6上同時向用戶發送下行服務，且不同空間流發送的數據不同，其餘配置與步驟4一致。

附錄：仿真效果。

1.網絡吞吐量仿真。

本仿真固定空時頻碼跳頻方式，旨在對比非正交多址和正交多址在網絡吞吐量、用戶連接數上的性能增益。

該仿真基於實施例四和實施例五。其中，OFDMA總子載波個數64個，每個時隙的長度為500us。基於稀疏編碼的非正交參數設置：每6個用戶一組共享4個子載波，於是共有16個用戶組。每一個數據層中映射的最大星座點數為4，碼本中非零元素個數為2。信道編碼方式採用1/2碼率的LDPC信道編碼。每一個slot每一組用戶整體跳頻一次。

對照組採用QPSK調製方式的通信系統參數配置，頻率域採用FDMA方式，每個時隙的長度為500us。信道編碼方式採用1/2碼率的LDPC信道編碼。每一個slot每一組用戶整體跳頻一次。

如圖13所示，在等效信道數量相同的條件下，非正交系統的總吞吐量大約是正交系統的總吞吐量的超過或者接近三倍。從而證明了在等效信道數相同的情況下，非正交比正交通信系統能提供更小或者相差無幾的誤比特率的條件下，承載3倍用戶數量，提供3倍的總吞吐量。具有顯著的性能優越性。

2.網絡抗幹擾性能仿真。

本仿真固定採用的非正交方式，旨在對比空時頻碼跳變和資源固定資源分配對於系統誤碼的性能差別。

該仿真基於實施例四和實施例五。用戶數為6個(即僅有1組用戶)，共享4個子載波，將這4個子載波稱為1組。共有16組子載波，。每隔一個時隙，用戶所在子載波組隨機跳變一次。

對照組同樣採用基於稀疏編碼的非正交方式，用戶數依然為6個，固定地在子載波1-4上傳輸數據(即不跳頻)。其他配置與仿真1一致。

幹擾方案1：固定在子載波1上增大幹擾(噪聲功率)。

幹擾方案2：固定在子載波1和2上增大幹擾(噪聲功率)。

幹擾方案3：固定在子載波1-3上增大幹擾(噪聲功率)。

幹擾方案4：固定在子載波1-4上增大幹擾(噪聲功率)。

幹擾方案5：總共加4個強幹擾。在子載波1-4中隨機選擇1個增大幹擾。在其餘信道中，選擇3個子載波增加幹擾。

幹擾方案6：總共加8個強幹擾。在子載波1-4中隨機選擇1個增大幹擾。在其餘信道中，選擇7個子載波增加幹擾。

從圖14可知，採用跳頻之後在各個場景下均能顯著提升抗幹擾性能。