[发明专利]一种多用户多载波稀疏扩频序列的优化设计方法及系统

权利要求书

1.一种多用户多载波稀疏扩频序列的优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

初始化高斯多址接入发射端以及发射功率、用户数目、子载波数量、每个用户的实际占用的子载波数目、用户的调制方式以及用户接收端的信噪比，并按照最大的过载人数配置规则的稀疏扩频序列；

建立以多用户多载波稀疏扩频序列为设计目标的高斯多址接入信道的发送接收系统模型，并计算高斯多址接入信道在给定信噪比情况下的单用户互信息；

建立最大化最小单用户互信息的优化模型；

设置最大迭代次数，随机产生不同的初始点，根据每个初始点采用内点法获取最大化最小单用户互信息的优化模型对应的局部最优解，直至到达到最大迭代次数；

根据不同初始点下产生的局部最优解选出性能最优的解来逼近最大化最小单用户互信息的优化模型的全局最优解，从而得到给定信噪比和调制方式的多用户多载波稀疏扩频序列；

所述高斯多址接入信道的发送接收系统模型为：

其中，Y为多用户的K维接收信号向量；J为用户数目，为多用户的发送功率矩阵；s＝[s₁,…,s_J]＝[s_k,j]_K*J为多用户的稀疏扩频矩阵；N为K维加性高斯白噪声向量，N的每一个维度的元素是独立同分的均值为零，方差为N₀的复高斯随机变量；X_j为第j个用户的扩频后的高维码字，Z为用户的调制方式。

2.根据权利要求1所述的多用户多载波稀疏扩频序列的优化设计方法，其特征在于：所述最大的过载人数为其中，J为用户数目，L为每个用户的实际占用的子载波数目，K为子载波数量。

3.根据权利要求1所述的多用户多载波稀疏扩频序列的优化设计方法，其特征在于：假设发送端每个用户的发送符号是等概率的，则高斯多址接入信道在给定信噪比情况下的单用户互信息为：

其中，M为用户的发送星座集合的阶数，j＝1…,J,K为子载波数量，

为所有用户星座集合的笛卡尔乘积。

4.根据权利要求1所述的多用户多载波稀疏扩频序列的优化设计方法，其特征在于：将多用户多载波稀疏扩频序列用稀疏扩频矩阵表示，每一列为单个用户的稀疏扩频序列；每个用户所占用的子载波数量即为对应的稀疏扩频序列所包含的非零元素的个数；每个非零元素为单位幅度的复数域变量，用e^jθ表示，其中θ∈[0,2π)。

5.根据权利要求4所述的多用户多载波稀疏扩频序列的优化设计方法，其特征在于：设定高斯多址接入信道包括6个用户和4个子载波，用户的到达功率相同，基于QPSK调制的不同信噪比下的一组最优稀疏扩频序列如下表：

6.根据权利要求4所述的多用户多载波稀疏扩频序列的优化设计方法，其特征在于：设定高斯多址接入信道包括6个用户和4个子载波，用户的到达功率相同，基于4-PAM调制的不同信噪比下的一组最优稀疏扩频序列如下表：

7.根据权利要求5或6所述的多用户多载波稀疏扩频序列的优化设计方法，其特征在于：角度θ能够在0到5度范围内波动。

8.一种多用户多载波稀疏扩频序列的优化设计系统，其特征在于：包括：

初始化模块，用于初始化高斯多址接入发射端以及发射功率、用户数目、子载波数量、每个用户的实际占用的子载波数目、用户的调制方式以及用户接收端的信噪比，并按照最大的过载人数配置规则的稀疏扩频序列；

第一建模模块，用于建立以多用户多载波稀疏扩频序列为设计目标的高斯多址接入信道的发送接收系统模型，并计算高斯多址接入信道在给定信噪比情况下的单用户互信息；

第二建模模块，用于建立最大化最小单用户互信息的优化模型；

迭代模块，用于设置最大迭代次数，随机产生不同的初始点，根据每个初始点采用内点法获取最大化最小单用户互信息的优化模型对应的局部最优解，直至到达到最大迭代次数；

求解模块，用于根据不同初始点下产生的局部最优解选出性能最优的解来逼近最大化最小单用户互信息的优化模型的全局最优解，从而得到给定信噪比和调制方式的多用户多载波稀疏扩频序列；

所述高斯多址接入信道的发送接收系统模型为：

其中，Y为多用户的K维接收信号向量；J为用户数目，为多用户的发送功率矩阵；s＝[s₁,…,s_J]＝[s_k,j]_K*J为多用户的稀疏扩频矩阵；N为K维加性高斯白噪声向量，N的每一个维度的元素是独立同分的均值为零，方差为N₀的复高斯随机变量；X_j为第j个用户的扩频后的高维码字，Z为用户的调制方式。