CN106803781B - 一种多用户联合检测的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多用户联合检测的方法及装置。其方法包括：确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配，作为每根接收天线上的接收信号的软信息；根据DS证据理论中的合并规则对每根接收天线上接收信号的软信息进行合并；根据合并结果检测多用户信号。

Description

一种多用户联合检测的方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种多用户联合检测的方法及装置。
背景技术
多址技术在无线通信系统中具有重要作用，它可以实现多用户共用信道资源。传统多址技术主要分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)。在4G通信系统中采用正交频分多址(OFDM)和单载波频分多址技术(SC-FDMA)，在可接受复杂度下能够获得良好的系统级性能。但是，随着无线通信系统中用户数的爆炸式增长，目前的正交多址技术由于其有限的频谱资源利用率已不能满足移动通信业务需求。非正交多址技术中多个用户共享时域/频域资源，并利用智能检测技术在接收端同时检测所有用户信息。由于非正交多址技术不需要在时域或频域资源上正交复用，是下一代移动通信中的重点研究技术。
对于如何在非正交多址中区分用户，目前提出了一种特殊的多层调制方式：星座旋转多层调制来区分用户。在星座旋转多层调制方案中，每个用户使用一个专有的幅度缩放因子和相位旋转因子作为识别标识。在发送端，经过星座旋转缩放后的信号叠加后进行发送。
与传统多层调制方式相比，星座旋转多层调制方案可以获得随发送功率对数增长的系统容量。但是，当多个用户的信干噪比(SINR)比较接近的时候，接收端的多用户联合检测方式会造成严重的差错传播。
发明内容
本发明的目的是提供一种多用户联合检测的方法及装置，以解决多个用户的SINR比较接近时，现有的多用户联合检测方式造成严重的差错传播的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种多用户联合检测的方法，包括：
确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配，作为每根接收天线上的接收信号的软信息；
根据DS证据理论中的合并规则对每根接收天线上接收信号的软信息进行合并；
根据合并结果检测多用户信号。
可选的，所述确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配，包括：
基于每个候选星座点集分别确定每根接收天线上接收信号的概率密度；
基于每个候选星座点集，根据每根接收天线上接收信号的概率密度确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配。
可选的，所述根据DS证据理论中的合并规则对每根接收天线上接收信号的软信息进行合并，包括：
基于每个候选星座点集，依次两两合并接收天线上接收信号的基本概率分配。
基于上述任一方法实施例，可选的，根据合并结果检测多用户信号，包括：
将每个候选星座点集的所有子集对应的合并结果之和，确定为每个候选星座点集的信度；
通过迭代查找到信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测。
基于上述任一方法实施例，可选的，根据合并结果检测多用户信号，包括：
将每个仅包括一个星座点的星座点集的合并结果，确定为该星座点集的信度；
查找信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测。
一种多用户联合检测的装置，包括：
软信息确定模块，用于确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配，作为每根接收天线上的接收信号的软信息；
软信息合并模块，用于根据DS证据理论中的合并规则对每根接收天线上接收信号的软信息进行合并；
多用户信号检测模块，用于根据合并结果检测多用户信号。
可选的，所述软信息确定模块用于：
基于每个候选星座点集分别确定每根接收天线上接收信号的概率密度；
基于每个候选星座点集，根据每根接收天线上接收信号的概率密度确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配。
可选的，所述软信息合并模块用于：
基于每个候选星座点集，依次两两合并接收天线上接收信号的基本概率分配。
基于上述任一装置实施例，可选的，所述多用户信号检测模块用于：
将每个候选星座点集的所有子集对应的合并结果之和，确定为每个候选星座点集的信度；
通过迭代查找到信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测。
基于上述任一装置实施例，可选的，所述多用户信号检测模块用于：
将每个仅包括一个星座点的星座点集的合并结果，确定为该星座点集的信度；
查找信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测。
一种基站，包括：
处理器，用于从存储器中读取程序，执行下列过程：
确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配，作为每根接收天线上的接收信号的软信息；
根据DS证据理论中的合并规则对每根接收天线上接收信号的软信息进行合并；
根据合并结果检测多用户信号；
收发机，用于在处理器的控制下接收和发送信号；
存储器，用于保存处理器执行操作时所使用的信号。
可选的，处理器具体用于从存储器中读取程序，执行下列过程：
基于每个候选星座点集分别确定每根接收天线上接收信号的概率密度；
基于每个候选星座点集，根据每根接收天线上接收信号的概率密度确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配。
可选的，处理器具体用于从存储器中读取程序，执行下列过程：
基于每个候选星座点集，依次两两合并接收天线上接收信号的基本概率分配。
基于上述任意基站实施例，可选的，处理器具体用于从存储器中读取程序，执行下列过程：
将每个候选星座点集的所有子集对应的合并结果之和，确定为每个候选星座点集的信度；
通过迭代查找到信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测。
基于上述任意基站实施例，可选的，处理器具体用于从存储器中读取程序，执行下列过程：
将每个仅包括一个星座点的星座点集的合并结果，确定为该星座点集的信度；
查找信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测。
本发明实施例提供的技术方案，充分利用了多根接收天线上的接收信号，将基本概率分配定义为软信息，进而通过软信息合并增加判决可靠性，从而进行多用户信号检测。可以有效避免某些情况下(例如多用户的SINR比较接近时)的差错传播严重的问题，提高系统可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的方法流程图；
图2为本发明实施例提供的系统架构图；
图3为本发明实施例提供的星座图；
图4为本发明一个实施例提供的仿真结果比较图；
图5为本发明另一个实施例提供的仿真结果比较图；
图6为本发明实施例提供的装置示意图；
图7为本发明实施例提供的基站结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
本发明实施例基于DS(Dempster/Shafe)证据理论进行多用户联合检测，应用于采用多层调制的多天线非正交多址系统中。并且在发送端，每个用户首先经过相同的基本调制方式。不同用户选择不同的旋转缩放因子(α，θ)对星座图进行旋转伸缩，保证叠加后星座点与各个用户一一对应的特性。所有用户旋转伸缩后的调制星座点叠加在一起进入信道。
由于发送端通过选择合适的旋转缩放因子(α，θ)可以使叠加后的星座点相互独立，因此为采用本发明实施例的联合译码算法提供了必要条件，提高系统可靠性。
图1所示为本发明实施例提供的一种多用户联合检测的方法，具体包括如下操作：
步骤100、确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配(BPA，BasicProbability Allocation)，作为每根接收天线上的接收信号的软信息。
根据DS证据理论，基本概率分配是一个变量，作为对某一时间可能性的度量。
步骤110、根据DS证据理论中的合并规则对每根接收天线上接收信号的软信息进行合并。
步骤120、根据合并结果检测多用户信号。
本发明实施例提供的方法基于DS(Dempster/Shafe)证据理论进行多用户联合检测。DS证据理论与传统的贝叶斯理论不同，DS证据理论提出了“未知态”和“合并态”来定义不确定性的判决，从这个角度来说，它可以在可接受复杂度内更加精确地刻画不确定性问题，因此可以在复杂度可接受范围内避免当用户SINR差别较小时传统SIC算法造成的差错传播。因此，基于DS证据理论的本发明实施例，充分利用了多根接收天线上的接收信号，将基本概率分配定义为软信息，进而通过软信息合并增加判决可靠性，从而进行多用户信号检测。可以有效避免某些情况下(例如多用户的SINR比较接近时)的差错传播严重的问题，提高系统可靠性。
上述步骤100的实现方式有多种。即确定基本概率分配的实现方式有多种，考虑到概率密度函数可以很好地表示随机变量的可能性分布。优选的，利用概率密度函数定义基本概率分配函数。相应的，上述步骤100的实现方式可以是：基于每个候选星座点集分别确定每根接收天线上接收信号的概率密度；基于每个候选星座点集，根据每根接收天线上接收信号的概率密度确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配。
本发明实施例以采用AWGN信道进行仿真为例，其接收信号满足高斯分布，每根接收天线上接收信号的概率密度可以表示为：
其中，yl是第l根接收天线上的接收信号；Sq表示包含一个或多个星座点的星座点集，它是叠加后星座点幂集的所有可能子集；a(Sq)是星座点集的特征值，通过集合中所有星座点的平均值获得；p(Sq)则是星座点集的能量。
其中，集合中所有星座点的平均值具体是指表征星座点的复数的几何平均值。
其中，星座点集的能量即集合内各表征星座点的复数平方和。
基于概率密度计算每根接收天线上接收信号的基本概率分配M(Sq)＝Kf(yl|a(Sq))，其中是归一化系数。相较于贝叶斯理论只能对包含一个星座点的Sq分配概率，可以获得更多与判决点相关的信息。
基于上述任意方法实施例，其中，步骤110的实现方式有多种。例如，基于每个候选星座点集，依次两两合并接收天线上接收信号的基本概率分配。
具体的，根据DS合并规则，不同事件的基本概率分配可以合并，用以表征对它们交 集事件的不确定性度量。在本发明实施例中，利用不同接收天线上的信息，对同一可能接收 信号(或信号所属星座点集合)Sq的基本概率分配依次进行两两合并：其中为归一化系数，及为Sq的 任意两种可能，M1(·)M2(·)分别为两根不同天线上获得的基本概率分配函数，此步骤综合 多个星座点集相互间的影响作用，可获得更高可靠性。
基于上述任意方法实施例，当叠加后星座点数较少时，上述步骤120的实现方式可以是：将每个候选星座点集的所有子集对应的合并结果之和，确定为每个候选星座点集的信度；通过迭代查找到信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测。
具体的，利用合并后的软信息，计算对接收信号进行判决的最终依据一信度。信度函数是对基本概率分配的合并及整合。本发明实施例中，叠加后星座点幂集的任一子集的判决信度计算为： 为包含j个星座点的子集，是对集合所有子集不确定性的合并。考虑到如果一个证据可以支持某一事件，那么它也应同样程度支持以这一事件为充分条件而推导出的其他事件，因此，此步骤通过对子集的不确定性合并，获得更充分的信息及更高可靠性。
根据最少点法则对接收信号进行联合判决，从而检测多用户。最少点法则的思路为：在保持最大信度的情况下，通过迭代，逐渐缩小判决范围至唯一星座点。最少点法则可以描述为：
其中，R是叠加后星座点的阶数。
考虑到当用户数较多或采用的基本调制方式阶数较高时，有2R种可能，联合检测的复杂度过高，因此提出一种简化算法，相应的，上述步骤120的具体实现方式为：将每个仅包括一个星座点的星座点集的合并结果，确定为该星座点集的信度；查找信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测。
具体的，利用合并后的软信息，计算所有叠加后星座点子集的判决信度B(Sq)＝M(Sq)，Sq为仅包含1个星座点的子集。相较于上述实现方式，计算量大大降低。
按照最大信度准则，即的规则进行联合判决。
当叠加后星座点数较多时，采用简化算法方案。当采用简化算法时，本发明实施例所提检测算法与传统MMSE联合检测算法相比较，复杂度只相差一个系数：接收天线数Nr。因此，本发明实施例在复杂度可接受范围内，可以有效提高系统可靠性。
下面结合具体应用场景，对本发明实施例提供的技术方案进行详细说明。
以图2所示的系统为例，本发明实施例针对的发送端采用星座旋转多层调制方案，用户通过选择不同的旋转缩放因子，实现叠加后星座点与多用户发送图案一一对应，系统获得最大可达速率。以3个用户采用BPSK调制为例，参见图3，不同用户通过不同的缩放旋转，叠加后产生独立的8个星座点，达到最大可达速率3比特/叠加符号。
基于图2的系统架构，申请人以两个用户为例进行了多次仿真测试，下面对测试情况进行具体说明。
设置每个用户的信源比特数为Nbit＝20,000，用户数用Nuser表示，发送天线数及接收天线数配置为Nt＝1，Nr＝2，用户数取Nuser＝2。
测试例1：2用户采用BPSK调制方式，用户1不进行相位旋转及幅度伸缩，用户2使用相位旋转及幅度伸缩，其旋转缩放因子考虑如下2种配置：
case1：[α1＝1，θ1＝61π/180]
case2：[α2＝0.2，θ2＝5π/18]
对于每种旋转缩放因子，对比如下三种算法的性能：MMSE-SIC算法、MMSE联合检测算法、DS算法。
测试例2：2用户采用QPSK调制方式，用户1不进行相位旋转及幅度伸缩，用户2使用相位旋转及幅度伸缩，其旋转缩放因子考虑如下2种配置：
case1：[α1＝1，θ1＝π/6]
case2：[α2＝2/3，θ2＝13π/36]
对于每种旋转缩放因子，对比如下三种算法的性能：MMSE-SIC算法、MMSE联合检测算法、DS算法。
测试例1的仿真结果参见图4，在误比特率在1×10-4处，采用本发明实施例所用DS算法比MMSE-SIC算法、MMSE联合检测算法分别有3.5dB、4dB左右的增益，增益随着两个用户的SINR差距减小而增大，尤其是在两个用户SINR相同时增益明显。对于任意调制参数情况下，本发明实施例所用算法在1×10-4处有3dB、2dB左右增益，具有实用意义。测试例2的仿真结果参见图5，本发明实施例使用DS算法相较于MMSE-SIC增益明显，同时相较于MMSE联合检测算法，在复杂度相当情况下仍有1.5dB左右增益。
基于与方法同样的发明构思，本发明实施例还提供一种多用户联合检测的装置，如图6所示，包括：
软信息确定模块601，用于确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配，作为每根接收天线上的接收信号的软信息；
软信息合并模块602，用于根据DS证据理论中的合并规则对每根接收天线上接收信号的软信息进行合并；
多用户信号检测模块603，用于根据合并结果检测多用户信号。
本发明实施例提供的装置基于DS(Dempster/Shafe)证据理论进行多用户联合检测。DS证据理论与传统的贝叶斯理论不同，DS证据理论提出了“未知态”和“合并态”来定义不确定性的判决，从这个角度来说，它可以在可接受复杂度内更加精确地刻画不确定性问题，因此可以在复杂度可接受范围内避免当用户SINR差别较小时传统SIC算法造成的差错传播。因此，基于DS证据理论的本发明实施例，充分利用了多根接收天线上的接收信号，将基本概率分配定义为软信息，进而通过软信息合并增加判决可靠性，从而进行多用户信号检测。可以有效避免某些情况下(例如多用户的SINR比较接近时)的差错传播严重的问题，提高系统可靠性。
可选的，所述软信息确定模块用于：
基于每个候选星座点集分别确定每根接收天线上接收信号的概率密度；
基于每个候选星座点集，根据每根接收天线上接收信号的概率密度确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配。
可选的，所述软信息合并模块用于：
基于每个候选星座点集，依次两两合并接收天线上接收信号的基本概率分配。
基于上述任意装置实施例，可选的，所述多用户信号检测模块用于：
将每个候选星座点集的所有子集对应的合并结果之和，确定为每个候选星座点集的信度；
通过迭代查找到信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测。
基于上述任意装置实施例，可选的，所述多用户信号检测模块用于：
将每个仅包括一个星座点的星座点集的合并结果，确定为该星座点集的信度；
查找信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测。
基于与方法同样的发明构思，本发明实施例还提供一种基站，如图7所示，包括：
处理器700，用于从存储器720中读取程序，执行下列过程：
确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配，作为每根接收天线上的接收信号的软信息；
根据DS证据理论中的合并规则对每根接收天线上接收信号的软信息进行合并；
根据合并结果检测多用户信号；
收发机710，用于在处理器的控制下接收和发送信号；
存储器720，用于保存处理器执行操作时所使用的信号。
其中，在图7中，总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器700代表的一个或多个处理器和存储器720代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。收发机710可以是多个元件，即包括发送机和接收机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器700负责管理总线架构和通常的处理，存储器720可以存储处理器700在执行操作时所使用的数据。
本发明实施例提供的基站基于DS(Dempster/Shafe)证据理论进行多用户联合检测。DS证据理论与传统的贝叶斯理论不同，DS证据理论提出了“未知态”和“合并态”来定义不确定性的判决，从这个角度来说，它可以在可接受复杂度内更加精确地刻画不确定性问题，因此可以在复杂度可接受范围内避免当用户SINR差别较小时传统SIC算法造成的差错传播。因此，基于DS证据理论的本发明实施例，充分利用了多根接收天线上的接收信号，将基本概率分配定义为软信息，进而通过软信息合并增加判决可靠性，从而进行多用户信号检测。可以有效避免某些情况下(例如多用户的SINR比较接近时)的差错传播严重的问题，提高系统可靠性。
可选的，处理器700具体用于从存储器720中读取程序，执行下列过程：
基于每个候选星座点集分别确定每根接收天线上接收信号的概率密度；
基于每个候选星座点集，根据每根接收天线上接收信号的概率密度确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配。
可选的，处理器700具体用于从存储器720中读取程序，执行下列过程：
基于每个候选星座点集，依次两两合并接收天线上接收信号的基本概率分配。
基于上述任意基站实施例，可选的，处理器700具体用于从存储器720中读取程序，执行下列过程：
将每个候选星座点集的所有子集对应的合并结果之和，确定为每个候选星座点集的信度；
通过迭代查找到信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测。
基于上述任意基站实施例，可选的，处理器700具体用于从存储器720中读取程序，执行下列过程：
将每个仅包括一个星座点的星座点集的合并结果，确定为该星座点集的信度；
查找信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种多用户联合检测的方法，其特征在于，包括：
确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配，作为每根接收天线上的接收信号的软信息；
根据DS证据理论中的合并规则对每根接收天线上接收信号的软信息进行合并；
根据合并结果检测多用户信号；
其中，根据合并结果检测多用户信号，包括：
将每个候选星座点集的所有子集对应的合并结果之和，确定为每个候选星座点集的信度；
通过迭代查找到信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测；或
根据合并结果检测多用户信号，包括：
将每个仅包括一个星座点的星座点集的合并结果，确定为该星座点集的信度；
查找信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配，包括：
基于每个候选星座点集分别确定每根接收天线上接收信号的概率密度；
基于每个候选星座点集，根据每根接收天线上接收信号的概率密度确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据DS证据理论中的合并规则对每根接收天线上接收信号的软信息进行合并，包括：
基于每个候选星座点集，依次两两合并接收天线上接收信号的基本概率分配。
4.一种多用户联合检测的装置，其特征在于，包括：
软信息确定模块，用于确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配，作为每根接收天线上的接收信号的软信息；
软信息合并模块，用于根据DS证据理论中的合并规则对每根接收天线上接收信号的软信息进行合并；
多用户信号检测模块，用于根据合并结果检测多用户信号；
其中，所述多用户信号检测模块用于：
将每个候选星座点集的所有子集对应的合并结果之和，确定为每个候选星座点集的信度；
通过迭代查找到信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测；或
所述多用户信号检测模块用于：
将每个仅包括一个星座点的星座点集的合并结果，确定为该星座点集的信度；
查找信度最大、且仅包括一个星座点的星座点集，从而实现多用户信号检测。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述软信息确定模块用于：
基于每个候选星座点集分别确定每根接收天线上接收信号的概率密度；
基于每个候选星座点集，根据每根接收天线上接收信号的概率密度确定每根接收天线上接收信号的基本概率分配。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述软信息合并模块用于：
基于每个候选星座点集，依次两两合并接收天线上接收信号的基本概率分配。
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