参数化多小波的构造方法及其在NOMA系统中的应用

The waveform modulation of NOMA (Non-Orthogonal Multiple Access) technique is a key issue for the fifth generation (5G) communication system. Multiwavelets can simultaneously possess many promising properties such as symmetry, orthogonality and short support. Compared with the traditional Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) , the waveform design based on multiwavelets has high spectral efficiency, lower out-of-band radiation and good robustness，and can be exploited as a new approach for the waveform design of NOMA communication system. This project aims at the multiwavelet construction and its application in the waveform design of NOMA communication system. The main research contents include: 1) The parameterized multiwavelet construction theory and its efficient construction method, which multimavelet multiplicity can be set arbitrarily, are studied. 2)According to the requirement of the typical NOMA communication scenario, the multiwavelet optimization and waveform design method for NOMA communication are investigated. 3) The transceiver model of NOMA communication system and the hardware-in-the-loop simulation and verification platform are successively constructed. The proposed theories and algorithms are verified by experiments. This project can not only effectively develop the theory and implementation method of multiwavelets construction, but also provide a comprehensive technical support for 5G mobile communication system with NOMA technique as its core.

NOMA（非正交多址接入）通信波形技术是5G通信研究的关键问题。多小波具有同时满足对称性、正交性和紧支撑性等特点，基于多小波的波形设计相比传统的正交频分复用技术具有频谱效率高、带外泄漏低、鲁棒性好等优点，为NOMA通信的波形设计提供新的途径。本项目针对多小波构造及其在NOMA通信系统波形设计的应用开展研究，主要研究内容包括1）重数可任意设定的参数化多小波构造理论和其高效构造方法；2）针对NOMA通信系统典型场景应用需求，研究面向NOMA通信的多小波优化设计及波形设计方法；3）搭建NOMA通信系统收发模型和半实物仿真验证试验平台，对相关理论和算法进行仿真和实验验证。本项目研究不仅能够有效完善多小波构造理论和实现方法，而且可以为以NOMA通信技术为核心的下一代移动通信系统的波形设计提供全面技术支撑。

非正交多址接入（NOMA）通信波形技术是5G宽带通信研究的核心问题。多小波具备同时满足对称性、正交性和紧支撑性等优异特性，将其引入NOMA通信波形设计可有效提升基函数多样性，相比传统正交频分复用（OFDM）通信技术能够显著提高频谱效率和系统鲁棒性，为NOMA通信波形设计提供了新的途径。.本项目重点围绕参数化多小波构造理论及实现方法、面向NOMA通信系统应用的最优多小波基函数生成、基于多小波的NOMA通信系统波形设计方法等三个方面深入研究。具体研究成果如下：.1)提出了一种重数可任意设定的参数化多小波快速构造方法，并首次给出重数为4的多小波系数矩阵及波形。该构造方法可构造任意重数多小波函数，生成不同时频特性的多小波基函数，进而拓宽多小波函数的应用场景。.2)将多小波分解与重构引入NOMA通信系统的多载波调制中，提出基于多小波的NOMA系统多载波调制框架，并设计了高效算法。相比基于OFDM调制的NOMA系统，采用多小波调制的NOMA系统在抑制峰均功率比性能方面的显著优势，系统容量更大。结合小波分解算法的快速硬件实现，该调制方式可快速应用于构建NOMA通信系统。.3)根据NOMA技术的原理特征，提出一种适用于NOMA系统的多小波脉冲成型波形设计方法。利用多小波基函数差异，有效提升了接收端串行干扰消除（SIC）性能，显著降低了NOMA通信系统误比特率。.4)对多小波基函数的特性进行了综合分析，重点研究了其时频域特性，并将参数化多小波函数应用于通信信号识别的特征提取中，显著提高了系统正确识别率。此外也对参数化多小波未来在故障诊断，图像识别等其他领域应用进行了初步探索。.本项目在进一步完善多小波构造理论和工程实现的同时，提出了一种全新高效的基于参数化多小波的NOMA通信波形设计方法，有效提升了NOMA通信频谱效率和系统容量，也为参数化多小波在其他信号处理领域应用提供支撑。