CN106936532B - 一种功率域非正交多址接入译码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率域非正交多址接入译码方法，把叠加调制的信号看成一个整体星座图，利用接收信号采用高阶调制的软译码算法来译码恢复信息符号，此时译码的信噪比为。信道译码器恢复信息符号失败时，把得到的信息符号的软译码信息当成先验信息来辅助译码信息符号。本发明针对NOMA系统的特点，提出了一种新颖的近用户处译码新方法。能降低用户1处译码用户2信号的失败概率，从而进一步改善用户1处译码用户1信号的性能。其以译码复杂度增加为代价换来更好的译码性能，本发明同样可以应用到远用户处的译码。

Description

一种功率域非正交多址接入译码方法

技术领域

本发明涉及无线通信编译码技术领域，特别是涉及一种功率域非正交多址（Non-orthogonal multiple Access, NOMA）接入译码方法。

背景技术

在第二代、第三代及第四代移动通信技术中，都采用正交多址接入技术，如在时域、频域和码域分别正交的时分多址、频分多址和码分多址。第五代移动通信将会面临海量用户接入，以及物联网的应用场景对系统容量提出更高的要求，正交多址接入技术对多用户通信来说在接收端实现简单，但是面对第五代移动通信高容量的要求，传统的正交多址技术无法满足。从多用户信息论的角度看，NOMA接入明显优于正交多址接入，其能获得高的系统容量(见“Non-orthogonal transmission technology in LTE evolution”, IEEECommunications Magazine, Vol.54, No.7, July 2016)。NOMA接入技术主动在发送端引入干扰，并在接收端使用连续干扰抵消（Successive Interference Cancellation,SIC）技术，可以达到多用户通信的信道容量极限。

传统的NOMA接入系统中，考虑到技术实现的复杂性，一般采用两用户配对的NOMA传输方案。基站给近用户分配较小的功率，给远用户分配较大的功率。基站采用叠加调制在相同的时频码资源块上给远近两个用户同时传输信号。附图1给出了NOMA两用户传输方案图示。用户1为近用户，用户2为远用户。传统方案中，用户1译码自己信号前首先要译码用户2信号，然后从接收信号中抵消用户2信号造成的干扰，最后再译码用户1自己的信号。用户2直接译码自己的信号把用户1的信号当成干扰看待。

其整个流程数学描述如下，假定基站到用户2的路径增益为h₂, 基站到用户1的路径增益为h₁（h₁远大于h₂）。基站发送的用户1和用户2的信号分别为和，其中和分别表示分配给用户1和用户2的功率，和表示经过基站信道编码（如低密度奇偶校验码）和调制后发给用户1和用户2的信息符号。基站采用NOMA传输方案，则用户1处的接收信号为，用户2处的接收信号为，其中表示用户1和用户2处的背景高斯白噪声，其噪声功率分别为和。用户1处首先译码用户2信息符号，其译码信号的信噪比（signal tonoise ratio, SNR）为传统方案中此时把用户1的信号当作高斯白噪声来处理，信道译码器成功译码信息符号后，用户1采用SIC技术减去用户2造成的干扰，此时得到的接收信号为，用户1的信道译码器再利用信号译码信息符号。用户2处的信道译码器则直接利用接收信号译码信息符号，不再采用SIC技术，而是直接把用户1的信号当作高斯白噪声来处理，用户2译码的SNR为。

NOMA传输方案中，用户1（近用户）译码采用SIC技术消除用户2（远用户）信号的干扰。如果用户1处译码用户2信号失败，则SIC技术会导致错误传播，加大用户1信号译码失败概率。因此，在用户1处研究减少译码用户2信号失败概率的方法是十分必要的。

发明内容

本发明提出了一种功率域非正交多址接入译码方法，一种新颖的用户1处软译码方法，能降低用户1处译码用户2信号的失败概率，从而进一步改善用户1处译码用户1信号的性能。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种功率域非正交多址接入译码方法，实现步骤具体如下：

步骤一、基站对发送给用户1和用户2的信号分别进行信道编码得到传输信息符号和；基站确定分配给用户1和用户2的发送功率和；基站处采用叠加调制发送信号给用户1和用户2；

步骤二、用户1处接收到信号；其中，基站到用户1的路径增益为h₁，表示噪声功率为的背景高斯白噪声；把叠加调制的信号看成一个整体星座图从接收信号中计算信息符号的软解调信息，然后信道译码器利用的软解调信息和软译码算法来译码恢复信息符号；

步骤三、如果步骤二中译码信息符号成功则用户1采用SIC技术减去用户2的信号得到信号，然后信道译码器采用软译码算法从恢复信息符号；如果步骤二中译码信息符号失败，则把步骤二中得到的信息符号的软译码信息当成先验信息来辅助译码信息符号；译码信息符号的软解调信息从接收信号和的软译码信息中获得，此时仍然把信号看成一个整体星座图；然后信道译码器利用的软解调信息和软译码算法来译码恢复信息符号；

步骤四、如果步骤三译码信息符号成功则译码结束；如果译码信息符号失败，则把步骤三中得到的信息符号的软译码信息当成先验信息传递给信道译码器来重新译码信息符号，即从接收信号和的软译码信息中计算信息符号的软解调信息，此时仍然把信号看成一个整体星座图；然后信道译码器利用的软解调信息和软译码算法来译码恢复信息符号；重复步骤三和步骤四的译码过程直到译码成功或者达到最大迭代次数停止。

本发明针对NOMA系统的特点，提出了一种新颖的近用户处译码新方法。能降低用户1处译码用户2信号的失败概率，从而进一步改善用户1处译码用户1信号的性能。

本发明能应用于第五代移动通信系统中。相比于传统的NOMA译码方法，本发明提出的方法以增加一定的译码复杂度为代价换来更好的译码性能。

如果用户2处允许增加译码复杂度，本发明的译码方法同样可以应用到用户2处。

附图说明

图1为两用户NOMA传输图示；

图2为本发明提出的NOMA译码方法流程图；

图3为本发明NOMA叠加后的4ASK星座图；

图4为传统NOMA译码方法和本发明提出的NOMA译码方法的性能仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种功率域非正交多址接入译码方法，实现步骤具体如下：

步骤一、基站处对发送给用户1和用户2的信号分别进行信道编码(如采用低密度奇偶校验码、Turbo码、极化码等)和调制， 得到传输信息符号和。基站处确定分配给用户1和用户2的发送功率和。基站处采用叠加调制发送信号给用户1和用户2。

步骤二、用户1处接收到信号。其中，基站到用户1的路径增益为h₁，表示噪声功率为的背景高斯白噪声。用户1处首先译码用户2信息符号，传统方法中此时把用户1的信号当作高斯白噪声来处理，其译码信号的信噪比（Signalto noise ratio, SNR）为。本发明提出的方法则是把叠加调制的信号看成一个整体星座图，利用接收信号采用高阶调制的软译码算法（见“Bitwise Log-Likelihood Ratios for Quadrature Amplitude Modulations”, IEEECommunications Letters, Vol.19, No.6, June 2015）来译码恢复信息符号，此时译码的SNR为，其性能优于传统译码算法。

步骤三、传统方法中信道译码恢复信息符号后，用户1采用连续干扰抵消（Successive Interference Cancellation,SIC）技术减去用户2的信号，此时得到的接收信号为，然后采用软译码算法从恢复信息符号。本发明中，如果步骤二中译码信息符号成功则译码过程和传统方法一致。如果步骤二中译码信息符号失败，则不采用SIC技术减去用户2的信号，而是把步骤二中得到的信息符号的软译码信息当成先验信息来辅助译码信息符号。译码信息符号仍然是把信号看成一个整体星座图，利用接收信号采用高阶调制的软译码算法来译码恢复信息符号。

步骤四、如果步骤三译码信息符号成功则译码结束。如果译码信息符号失败，则把步骤三中得到的信息符号的软译码信息当成先验信息传递给译码器来重新译码信息符号，重复步骤二到步骤四的译码过程。本发明提出的这种译码方法类似于Turbo码的工作方式，迭代译码致译码成功停止或者达到到最大迭代次数停止。

下面从具体实施过程进一步说明本发明。

一种功率域非正交多址接入译码方法，步骤一、基站对发送给用户1和用户2的信号都采用码字长度9216和码率0.75的（3,12）规则低密度奇偶校验码（其采用PEG算法构造，见“ Regular and Irregular Progressive Edge-Growth Tanner Graphs”，IEEETransactions onInformation Theory, Vol.51, No.1, January 2005）进行编码，2个用户的编码比特都采用BPSK调制（0映射到1,1映射到-1）得到传输信息符号和。基站分配给用户1的发送功率为，分配给用户2的发送功率为。基站处采用叠加调制发送信号给用户1和用户2。

步骤二、用户1处接收到信号。其中，基站到用户1的路径增益为h₁=10，表示噪声功率为的背景高斯白噪声。用户1处首先译码用户2信息符号，传统方法中此时把用户1的信号当作高斯白噪声来处理，译码器采用置信传播（BeliefPropagation,BP）译码算法，则传统方法中输入译码器的第i个编码比特的信道对数似然比（Log-Likelihood Ratio, LLR）为（表示接收信号中的第i个分量）。本发明提出把叠加调制的信号看成一个整体星座图（即4ASK信号，附图3为所对应的4ASK信号星座图）来计算信息符号的信道LLR值，则输入译码器的第i个编码比特的信道LLR值为

，其中，表示的概率。然后信道译码器利用BP译码算法来译码恢复信息符号。本实施例中所有的BP译码算法的最大迭代次数为50。

步骤三、如果步骤二中译码信息符号成功则用户1采用SIC技术减去用户2的信号得到信号，然后译码器采用BP译码算法从中恢复信息符号，此时输入的第i个编码比特的信道LLR值为。如果步骤二中译码信息符号失败，则把步骤二中得到的信息符号的软译码信息当成先验信息来辅助译码信息符号。信息符号的信道LLR值从接收信号和的软译码信息中获得。其输入到译码器的第i个编码比特的信道LLR值为

。

然后信道译码器利用BP译码算法恢复信息符号。

步骤四、如果步骤三译码信息符号成功则译码结束。如果译码信息符号失败，则把步骤三中得到的信息符号的软译码信息当成先验信息传递给译码器来重新译码信息符号，重复步骤二到步骤四的译码过程，最大迭代次数为2。

按照上述实施过程我们进行了100000次计算机蒙特卡洛仿真实验，图4为仿真结果。图中横坐标为用户1译码信息符号的SNR，其值为。图中纵坐标为译码信息符号所对应的低密度奇偶校验码码字的误码率（Bit Error Rate, BER）和误帧率（Frame Error Rate, FER）。相比于传统NOMA译码方法，本发明提出的NOMA译码方法需要较小的SNR就能达到低的BER和FER，其所付出的代价是一定的译码复杂度的增加。

Claims (1)

1.一种功率域非正交多址接入译码方法，其特征在于实现步骤具体如下：

步骤一、基站对发送给用户1和用户2的信号分别进行信道编码得到传输信息符号和；基站确定分配给用户1和用户2的发送功率和；基站处采用叠加调制发送信号给用户1和用户2；

步骤二、用户1处接收到信号；其中，基站到用户1的路径增益为h₁，表示噪声功率为的背景高斯白噪声；把叠加调制的信号看成一个整体星座图从接收信号中计算信息符号的软解调信息，然后信道译码器利用的软解调信息和软译码算法来译码恢复信息符号；

步骤三、如果步骤二中译码信息符号成功则用户1采用SIC，即SuccessiveInterference Cancellation技术减去用户2的信号得到信号，然后信道译码器采用软译码算法从恢复信息符号；如果步骤二中译码信息符号失败，则把步骤二中得到的信息符号的软译码信息当成先验信息来辅助译码信息符号；译码信息符号的软解调信息从接收信号和的软译码信息中获得，此时仍然把信号看成一个整体星座图；然后信道译码器利用的软解调信息和软译码算法来译码恢复信息符号；

步骤四、如果步骤三译码信息符号成功则译码结束；如果译码信息符号失败，则把步骤三中得到的信息符号的软译码信息当成先验信息传递给信道译码器来重新译码信息符号，即从接收信号和的软译码信息中计算信息符号的软解调信息，此时仍然把信号看成一个整体星座图；然后信道译码器利用的软解调信息和软译码算法来译码恢复信息符号；重复步骤三和步骤四的译码过程直到译码成功或者达到最大迭代次数停止。