CN106953671A - 一种移动通信中信号的多址接入方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种移动通信中信号的多址接入方法及装置。所述方法包括A1，在移动通信系统中，基于J个用户、业务数据长度m和子载波个数K，获得低密度稀疏校验矩阵；A2，基于所述低密度稀疏校验矩阵，对每个用户的m个信道编码符号分别进行LDSM扩展，分别获得每个用户对应的m个扩频向量；A3，基于所述J个用户，将所述每个用户的m个扩频向量叠加到mK个载波资源上得到J个用户信号，并发送给接收端。本发明解决传统SCMA校验矩阵维度小不具有稀疏性时校验矩阵存在短环的问题，针对远近效应设计非规则度分布的LDSM校验矩阵，解决公平性问题，对边缘用户起到不等保护，提高了检测性能和网络传输质量。

Description

一种移动通信中信号的多址接入方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种移动通信中信号的多址接入方法及装置。

背景技术

目前，未来的5G系统对用户体验速率、系统容量、连接数以及时延指标都提出了很高的要求，对现有的以OFDMA为代表的正交多址技术方案形成了严峻挑战。以叠加传输为特征的非正交多址技术相比于传统的正交多址，可有效满足5G典型场景的性能指标要求，频谱效率、连接数密度以及时延是5G关键的性能指标。采用非正交多址，通过多用户信息的叠加传输，在相同的时频资源上可以支持更多的用户连接，可以有效满足物联网海量设备连接能力指标要求；此外，采用非正交多址，可实现免调度传输，相比于正交传输可有效简化信令流程，大幅度降低空口传输时延，有助于实现1ms的空口传输时延指标；最后，非正交多址技术还可以利用多维调制以及码域扩展以获得更高的频谱效率。因此，通过引入非正交多址技术，可以获得更高的系统容量，更低的时延，支持更多的用户连接。

稀疏码分多址(Sparse Code Multiple Access,SCMA)是一种基于稀疏码本的新型非正交多址技术。其核心理念是通过码域扩展和非正交叠加，实现同样资源数下容纳更多用户，使得在用户体验不受影响的前提下，增加网络总体吞吐量。利用多维调制技术和频域扩频分集技术，SCMA能够大幅提高用户连接数和链路性能以实现海量连接，还可以通过免授权(Grant-free)接入方式降低接入延时和信令开销，并且降低终端能耗。此外，SCMA和现有的OFDM技术可以完美兼容。

由于SCMA系统为非正交接入系统，多用户联合接收机设计是非正交接入引入后所必须考虑的。不同于正交系统，非正交接收存在用户间干扰的迭代消除，目标是设计性能逼近最大似然(ML)的接收算法，同时保证复杂度在系统硬件和系统时延可承受的范围之内。对于SCMA系统的接收机，可以引入与LDPC译码相似的MPA算法来进行译码。但此方法对于先进的系统仍具有很高的计算复杂度，需要设计新的算法和结构来降低计算成本。

在传统的SCMA系统模型中，每一个用户数据流被看做一层，每层对应一个SCMA码本，这导致数据流很少时，校验矩阵的维度很小，不具有真正意义上的稀疏性；且维度较小的校验矩阵容易存在短环，迭代检测时带来负反馈，影响检测性能。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的移动通信中信号的多址接入方法及装置。

根据本发明的一个方面，提供一种移动通信中信号的多址接入方法，应用于发送端，包括：

A1，在移动通信系统中，基于J个用户、业务数据长度m和子载波个数K，获得低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ；

A2，基于所述低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ，对每个用户的m个信道编码符号分别进行LDSM扩展，分别获得每个用户对应的m个扩频向量；

A3，基于所述J个用户，将所述每个用户的m个扩频向量叠加到mK个载波资源上得到J个用户信号，并发送给接收端；

其中，J、m和K分别为非零自然数。

根据本发明的另一个方面，还提供一种移动通信中信号的多址接入方法，应用于接收端，包括：

B1，在移动通信系统中，将接收到的J个用户信号进行LDSM编码叠加处理，获得所有用户的合成信号；

B2，基于与发送端相同的低密度稀疏校验矩阵，利用MPA译码算法对所述合成信号进行译码，获得译码后的J个用户信号；

B3，分别对所述译码后的J个用户信号分别进行信道译码，得到J个用户的原始数据；

其中，J为非零自然数。

根据本发明的另一个方面，还提供一种移动通信中信号的多址接入装置，包括：

校验矩阵模块，用于在移动通信系统中，基于J个用户、业务数据长度m和子载波个数K，获得低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ；

LDSM扩展模块，用于基于所述低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ，对每个用户的m个信道编码符号分别进行LDSM扩展，分别获得每个用户对应的m个扩频向量；

发送模块，用于将所述每个用户的m个扩频向量叠加到mK个载波资源上得到J个用户信号，并发送给接收端；

其中，J、m和K分别为非零自然数。

根据本发明的另一个方面，还提供一种移动通信中信号的多址接入装置，包括：

信号叠加模块，用于在移动通信系统中，将接收到的J个用户信号进行LDSM编码叠加处理，获得所有用户的合成信号；

MPA译码模块，用于基于与发送端相同的校验矩阵，利用MPA译码算法对所述合成信号进行译码，获得译码后的J个用户信号；以及

信道译码模块，用于分别对所述译码后的J个用户进行信道译码，得到J个用户的原始数据。

本发明提出一种移动通信中信号的多址接入方法及装置，针对移动通信系统中当数据流较少时校验矩阵不具有真正意义的稀疏性的问题，在发送端对经过信道编码后的符号进行LDSM扩展，获得每个用户对应的扩频向量，再对扩频向量进行叠加后传输，解决数据维度小不具有稀疏性的问题；针对远近效应设计非规则度分布的低密度稀疏校验矩阵，解决公平性问题，对边缘用户起到不等保护；在接收端进行LDSM编码叠加实现非正交多用户联合接入，为使得计算简单，仍然可以采用复杂度相对较低的MPA算法来进行译码。本发明算法简单，计算成本低，使得LDSM系统具有真正的稀疏性，克服了传统SCMA数据维度小时校验矩阵存在短环的问题，提高了检测性能和网络传输质量。

附图说明

图1为现有技术中SCMA系统示意图；

图2为现有技术中SCMA 4*6因子图示意图；

图3为现有技术中N维母星座点设计方法示意图；

图4为现有技术中基于最小乘积距离准则的星座点设计方案示意图；

图5为本发明实施例移动通信中信号的多址接入方法发送端流程图；

图6为本发明实施例基于LDSM系统的LDSM扩展及编码系统结构示意图；

图7为本发明实施例LDSM扩展过程图；

图8为本发明实施例LDSM 8*12因子图举例；

图9为本发明实施例4点SCMA码本示意图；

图10为本发明实施例传统SCMA矩阵、规则低密度矩阵、非规则低密度矩阵、边缘用户-SCMA矩阵、边缘用户-规则低密度矩阵和边缘用户-非规则低密度矩阵的误码率性能比较。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提出一种移动通信系统中的LDSM技术，用以克服传统SCMA技术的缺陷；为了说明本发明LDSM技术与SCMA技术的异同及相对于SCMA技术的有益效果，下面先对SCMA系统进行介绍，所述SCAM系统是指应用稀疏码分多址(Sparse Code Multiple Access,SCMA)技术的移动通信系统。

所述SCMA系统的特征如图1所示，其中信道编码后的比特直接被映射为多维稀疏码字，这些码字来自于预先编排的SCMA码本，每一个数据流被看做一层，每层对应一个SCMA码本。基于SCMA技术，不同用户的数据在码域和功率域得以复用，并共享时频资源。如果复用的数据层数超过复用码字的长度，则称系统出现过载(overloading)。

下面基于图1简单介绍SCMA的系统结构。定义B＝[b¹,b²,...,b^J]是J个上行链路用户发送的信息比特，是第j个用户的发送符号，在SCMA系统中，比特的调制和扩频同时完成，即用户的log₂M个比特信息b^j直接映射成高维调制码字X^j，其中K为码字的维度，每个码字的非零元素个数用N表示，M为码本大小，M个码字构成一个SCMA码本。SCMA码本集中包含J个不同的码本，对应J个数据层。多个SCMA码字通过K个共享的正交资源进行复用，过载率λ＝J/K。

基站端的接收符号Y可以表示如下：

其中是用户j和基站间的信道衰落系数矩阵。Z＝[z₁,z₂,...,z_K]是加性高斯白噪声向量，且z_k～CN(0,N₀)。

SCMA的码本结构可以用因子图表示，对应的邻接矩阵，也称为校验矩阵表示为F＝(f₁,f₂,...,f_J)，其中层节点j和资源节点k相邻当且仅当F_kj＝1。

以图2所示的包含6个层节点和4个资源节点的因子图来举例说明。给定接收信号和信道信息，可以根据该因子图利用消息传递算法(Message Passing Algorithm,MPA)对各数据层进行近似最优的检测。MPA算法的复杂度一般和成正比，其中d_f为资源节点的度。SCMA码字的稀疏性可以限制每一个资源节点上叠加的数据层数，从而大大降低译码复杂度。

如上所述，SCMA的码本结构可以用以下变量描述：{V,G,J,M,N,K}，其中SCMA码本设计问题可以描述为：

其中，p是给定的设计准则，V为映射矩阵，G为各层星座点设计规则，J为用户数，M为星座图大小，N为校验矩阵列度，K为子载波个数。现有技术中，只有多阶段优化的方法得到上述问题的一个次优解。

首先考虑映射矩阵V的设计。SCMA系统的映射矩阵一方面决定了不同数据层之间的相互作用，另一方面对接收机复杂度有直接的影响，码字越稀疏，译码越简单。V的设计规则是将K-N个全零行向量插入到单位阵I_N中。

基于给定的映射矩阵V，再考虑各数据层的星座点设计，每个数据层包括M个不同的N维星座点。为了简化上述优化问题，考虑分别设计一个各层通用的母星座点以及与各数据层相对应的运算符，表示为其中Δ_j为数据层运算符，g为母星座点的映射函数。对于SCMA码字，母星座点可以是任意最大化最小欧氏距离的星座点。现有技术中有一种通过不同复平面的QAM符号形成母星座点的方法，等价于从集合中选取格点。由于这类星座点可以形成Gray映射，从而可以优化SCMA码字的性能。具体的母星座点设计方法如图3所示，其主要思路是通过两个N维实数星座点的笛卡尔积构建一个N维复数星座点。

在上述方法中，实部符号和虚部符号分别进行设计，然后再重新组合(Shuffling)成复数星座点。如图4所示，实部和虚部分别由二维星座点构成，每个星座点进行一定角度的旋转。旋转后，不同星座点映射到对应的维度。例如，实数域星座点分别映射到X₁和X₂，虚数域星座点分别映射到Y₁和Y₂。星座点设计中最关键的部分在于星座点旋转角度的选取，此例中，当旋转角度为时，星座点的最小乘积距离最大。

数据层运算符Δ_j通常包括角度旋转和功率调整。对于上行传输，不同用户的数据经过不同的信道，相位旋转的意义不大。而对于下行传输，仔细选择不同数据层的旋转角度和功率可以大大减小码本碰撞造成的性能损失。

以上对SCMA系统进行了介绍。由于在SCMA系统中，每一个用户数据流被看做一层，每层对应一个SCMA码本，这导致数据流很少时，校验矩阵的维度很小，不具有真正意义上的稀疏性；且维度较小的校验矩阵容易存在短环，迭代检测时带来负反馈，影响检测性能。

本发明提供一种应用LDSM技术的移动通信系统，即LDSM系统，所述LDSM技术是一种非正交多址接入方法，通过对用户业务数据进行LDSM扩展解决数据流小SCMA系统不具有真正的稀疏性的问题。

如图5所示，一种移动通信中信号的多址接入方法，应用于发送端，包括：

A1，在移动通信系统中，基于J个用户、业务数据长度m和子载波个数K，获得低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ；

A2，基于所述低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ，对每个用户的m个信道编码符号分别进行LDSM扩展，分别获得每个用户对应的m个扩频向量；

A3，基于所述J个用户，将所述每个用户的m个扩频向量叠加到mK个载波资源上得到J个用户信号，并发送给接收端；

其中，J、m和K分别为非零自然数。

本实施例基于移动通信系统非正交多址接入场景，提出一种基于低密度叠加编码调制(Low Density Superposition Modulation,LDSM)的新型多址接入技术，通过LDSM扩展编码，解决数据流少时数据维度低的问题，使得校验矩阵实现真正意义上的稀疏性，解决了传统校验矩阵存在短环的问题。

在传统SCMA系统模型中，每一个用户数据流被看作一层，每层对应一个SCMA码本，这导致数据流很少时，校验矩阵的维度很小，不具有真正意义上的稀疏性，且维度较小的校验矩阵容易存在短环，迭代检测时带来负反馈，影响检测性能。

针对该问题，本实施例根据用户个数、业务数据长度和子载波个数对传统校验矩阵进行扩展，得到低密度的，真正稀疏的校验矩阵。利用低密度稀疏校验矩阵对各个用户的业务数据进行扩频扩展，并叠加，然后向接收端传输，使得LDSM系统是一个真正的稀疏系统，提高了检测性能和网络传输质量。

在一个实施例中，A2中所述LDSM扩展包括：

A2.1，基于第j个用户的m个信道编码符号利用所述低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ中的m个列向量对所述m个信道编码符号进行扩频，将每个信道编码符号扩展成含有mK个元素的扩频向量其中对所述信道符号的扩频表示为：

为所述低密度稀疏校验矩阵的第(m-1)j*i列；

A2.2，重复所述A2.1，利用所述低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ，分别对J个用户的信道编码符号进行扩频，分别获得每个用户的m个扩频向量，其中，每个扩频向量含有mK个元素。

本实施例的系统结构示意图如图6所示，针对传统SCMA校验矩阵维度较小的问题，本实施例根据所述低密度稀疏校验矩阵对用户的业务数据进行维度扩展。

具体来说，假设用户数为J，首先每个用户分别进行信道编码，获得所述信道编码符号扩频前，每个用户对应符号数均为m，用表示第j个用户的m个符号向量；则扩频前，J个用户一共用有mJ个符号。然后把每个用户的所有符号进行LDSM扩展，如图7所示，如步骤A2.1和A2.2所示：一个用户含有m个符号，每个符号使用所述低密度稀疏校验矩阵的一个列向量进行扩展，则一个用户需要使用校验矩阵的m个列向量，J个用户共需要mJ个列向量进行扩展，即所述低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ的每一个列向量分别对应J个用户的mJ个符号中的一个符号，对该一个符号进行扩展，则每个用户可以得到m个扩频向量。向接收端发送前，先将每个用户各自的m个扩频向量叠加在mK个资源上，其中K为子载波数目。

在一个实施例中，当存在远近效应时，所述低密度稀疏校验矩阵为列度不相同的非规则校验矩阵；

利用所述非规则校验矩阵中列度较大的层节点对远端用户符号进行匹配，利用所述非规则校验矩阵中列度较小的层节点对近端用户符号进行匹配，所述层节点是指所述非规则校验矩阵的列向量。

在传统SCMA系统中，校验矩阵设计为规则度分布，当存在远近效应时，该校验矩阵结构无法实现对远端用户的不等保护，不利于整体系统总体性能的提升。另外，码本的设计不够灵活，每个用户的码本非零维数相同，无法与非规则校验矩阵匹配。

本实施例针对远近效应，构造度列度分布非规则的SCMA校验矩阵，获得非规则的低密度校验矩阵，即远端用户符号分配非零维数相对大的码字，近端用户符号分配非零维数相对小的码字，以提高系统性能。

当不存在远近效应时，本实施例也可以利用列度规则的低密度稀疏校验矩阵进行LDSM扩展。

具体所述低密度稀疏校验矩阵可表示如下：

矩阵中每个列向量的非零元素的个数，称为列度；矩阵中每个行向量的非零元素的个数，称为行度。若行度相同且列度相同的矩阵，称为规则校验矩阵；若列度不相同的矩阵，则称为非规则校验矩阵。本实施例采用非规则校验矩阵时，远端用户符号对应列度大的层节点，这样对边缘用户起到不等保护的作用，可提高边缘用户的性能以及系统的整体性能。以m＝2为例，本发明构造如式(4)所示非规则校验矩阵。

该校验矩阵为非规则矩阵，前6列的列度为4，分配给远端用户，后6列的列度为2，分配给近端用户，这样对远端用户就形成了不等保护，解决了公平性问题，可提高边缘用户的性能以及系统整体性能，该校验矩阵对应的因子图，如图8所示。

在一个实施例中，根据实际需求，将所述非规则校验矩阵的所有列向量按顺序分为若干部分，各部分的列向量具有不相同的列度。

本实施例中，非规则校验矩阵根据不同的分割方法，可以具有多个不同的列度；所述列度为一个列向量中非零元素的个数。若分为2部分，则具有2个不同列度；若分为三部分，则具有三个不同的列度；若分为四部分，则具有四个不同的列度；若分为五部分，则具有五个不同的列度；以此类推，在此不穷举。

在一个实施例中，将所述非规则校验矩阵的所有列向量分为两部分，其中第一部分包括所述非规则校验矩阵的前若干列向量，第二部分包括所述非规则校验矩阵的后若干列向量；所述第一部分中所有列向量含有的非零元素的个数相同，所述第二部分中所有列向量含有的非零元素的个数相同，且所述第一部分中列向量含有的非零元素的个数与所述第二部分列向量含有的非零元素的个数不相同；或者

将所述非规则校验矩阵的所有列向量分为三部分，其中第一部分包括所述非规则校验矩阵的前若干列向量，第二部分包括所述非规则校验矩阵的中间若干列向量，第三部分包括所述非规则校验矩阵的后若干列向量；所述第一部分中所有列向量含有的非零元素的个数相同，所述第二部分中所有列向量含有的非零元素的个数相同，所述第三部分中所有列向量含有的非零元素的个数相同，且所述第一部分中所有列向量含有的非零元素的个数、所述第二部分中所有列向量含有的非零元素的个数以及所述第三部分中所有列向量含有的非零元素的个数各不相同。

本实施例中，具体描述了具有两个不同列度和三个不同列度的校验矩阵。例如，在一个8*8的矩阵中，将前4列和后4列分为两部分，前面4个列向量对应的列度为2，后面4个列向量对应的列度为3，即前面4个列向量中每个列向量均含有2个非零元素，后面4个列向量中每个列向量均含有3个非零元素。

又如，仍然是一个8*8的矩阵中，按前2列、中间3列和后2列分为三部分，前面2个列向量对应的列度为2，中间3个列向量对应的列度为3，后面2个列向量对应的列度为4，即前面2个列向量中每个列向量均含有2个非零元素，中间3个列向量中每个列向量均含有3个非零元素，后面2个列向量中每个列向量均含有4个非零元素。

本发明还提供一种移动通信中信号的多址接入方法，应用于接收端，包括：

B1，在移动通信系统中，将接收到的J个用户信号进行LDSM编码叠加处理，获得所有用户的合成信号；

B2，基于与发送端相同的低密度稀疏校验矩阵，利用MPA译码算法对所述合成信号进行译码，获得译码后的J个用户信号；

B3，分别对所述译码后的J个用户信号进行信道译码，得到J个用户的原始数据；

其中，J为非零自然数。

与所述发送端对应的，本实施例基于移动通信系统非正交多址接入场景，对发送端校验矩阵经过LDSM扩展后的用户信号进行接收处理。

在一个实施例中，B1中所述LDSM编码叠加处理包括：

利用下式对所述J个用户信号求和，获得所述合成信号，

其中，Z^j表示发送端符号经过扩频叠加后的多维向量，表示信道衰落系数矩阵。

具体来说，接收端接收信号进行LDSM编码叠加可表示为：

其中a_kj和表示第j层在第k个资源块上的功率分配因子和旋转角度，⊙表示点乘，即对应位置相乘，Φ^j表示矩阵Φ的第j列，Z^j表示送端符号经过扩频叠加后的多维向量，表示信道衰落系数矩阵，Z＝[z₁,z₂,...,z_mK]是加性高斯白噪声向量，且z_k～CN(0,N₀)。经过上述处理后最终获得的合成信号可表示为式(6)。

针对传统SCMA码本构造不灵活，无法匹配非规则校验矩阵的问题，本发明稀疏校验矩阵对应的调制方式选择性能相对较优的QPSK，即每个非零维与QPSK调制符号相对应，该调制方式可与非规则稀疏校验矩阵匹配。

在一个实施例中，当存在远近效应时，所述低密度稀疏校验矩阵为列度不相同的非规则校验矩阵；

利用所述非规则校验矩阵中列度较大的层节点对远端用户符号进行匹配，利用所述非规则校验矩阵中列度较小的层节点对近端用户符号进行匹配，所述层节点是指所述非规则校验矩阵的列向量。

接收端采用的校验矩阵与所述发送端相同。当发送端采用规则校验矩阵时，接收端也采用相同的规则校验矩阵；当发送端采用非规则校验矩阵时，接收端也采用相同的非规则校验矩阵。接收端的非规则校验矩阵具有与发送端的非规则校验矩阵完全相同的特性，在此不累述。

本发明还提供一种移动通信中信号的多址接入装置，包括：

校验矩阵模块，用于在移动通信系统中，基于J个用户、业务数据长度m和子载波个数K，获得低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ；

LDSM扩展模块，用于基于所述低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ，对每个用户的m个信道编码符号分别进行LDSM扩展，分别获得每个用户对应的m个扩频向量；

发送模块，用于将所述每个用户的m个扩频向量叠加到mK个载波资源上得到J个用户信号，并发送给接收端；

其中，J、m和K分别为非零自然数。

进一步，当存在远近效应时，所述低密度稀疏校验矩阵为列度不相同的非规则校验矩阵；

利用所述非规则校验矩阵中列度较大的层节点对远端用户符号进行匹配，利用所述非规则校验矩阵中列度较小的层节点对近端用户符号进行匹配，所述层节点是指所述非规则校验矩阵的列向量。

进一步，根据实际需求，将所述非规则校验矩阵的所有列向量按顺序分为若干部分，各部分的列向量具有不相同的列度。

本发明还提供一种移动通信中信号的多址接入装置，包括：

信号叠加模块，用于在移动通信系统中，将接收到的J个用户信号进行LDSM编码叠加处理，获得所有用户的合成信号；

MPA译码模块，用于基于与发送端相同的校验矩阵，利用MPA译码算法对所述合成信号进行译码，获得译码后的J个用户信号；以及

信道译码模块，用于分别对所述译码后的J个用户进行信道译码，得到J个用户的原始数据。

其中，J为非零自然数。

进一步，当存在远近效应时，所述低密度稀疏校验矩阵为列度不相同的非规则校验矩阵；

利用所述非规则校验矩阵中列度较大的层节点对远端用户符号进行匹配，利用所述非规则校验矩阵中列度较小的层节点对近端用户符号进行匹配，所述层节点是指所述非规则校验矩阵的列向量。

进一步，根据实际需求，将所述非规则校验矩阵的所有列向量按顺序分为若干部分，各部分的列向量具有不相同的列度。

下面通过具体实施例来说明本发明所述一种移动通信中信号的多址接入方法。

本发明针对基于低密度校验矩阵的新型多址接入技术，分别通过实施例1、实施例2和实施例3的3种配置方案进行链路级仿真。基本的仿真条件为采用独立瑞利衰落信道，为了直观的研究非正交多址校验矩阵的性能，采用无信道编码的仿真环境，过载系数取150％，传统的SCMA方案采用华为提供的4点码本，扩展后的低密度矩阵采用QPSK调制，采用1发2收的天线配置，接收机采用MPA算法，迭代次数设置为6次。

实施例1：校验矩阵为规则小维度矩阵

该方案采用传统SCMA的方法，仿真采用图2所示因子图，发送端有J＝6个用户，假设存在远近效应，将这6个用户分为两组，每组三个用户，子载波数K＝4，过载率为150％，对应规则校验矩阵如式(8)，行度为3，列度为2。

仿真使用的码本是按照传统SCMA码本设计构造出的4点码本，每层数据流的两个非零部分如图9所示。

实施例2：校验矩阵为规则低密度矩阵

针对传统SCMA校验矩阵维度较小的问题，本发明对校验矩阵的维度进行扩展，仿真采用用户数为6，每个用户编码信息长度为96，码率R＝1/2，采用QPSK调制，则每个用户对应符号数为96，用表示第j个用户的96个符号向量，则扩频前一共有576个符号，将这些符号扩频叠加在384个载波上。上述过程对应的校验矩阵对应行度为3，列度为2。

实施例3：校验矩阵为非规则低密度矩阵

当存在远近效应时，本发明考虑构造非规则校验矩阵，实现对远端用户的不等保护，从而提高系统总体性能。存在远近效应时，本发明仍对校验矩阵的维度进行扩展，仿真采用用户数为6，每个用户编码信息长度为96，码率R＝1/2，采用QPSK调制，则每个用户对应符号数为96，用表示第j个用户的96个符号向量，则扩频前一共有576个符号，然后将这些符号扩频叠加在384个载波上。对应的非规则校验矩阵，行度ρ₄＝0.5，ρ₅＝0.5，列度为λ₂＝0.5，λ₄＝0.5，ρ_i表示行度为i的比例，λ_i表示列度为i的比例。

图10为对以上三种实施例通过计算机仿真比较的结果，本发明从边缘用户的性能和系统整体的性能考虑各种方案的性能差异，从图10可以看出，BER为10^-5时，从系统整体性能的角度出发，本发明构造的扩展规则低密度校验矩阵方案较传统SCMA校验矩阵方案约有5.5dB增益，扩展非规则低密度校验矩阵方案较规则低密度校验矩阵方案约有2.5dB增益。

从边缘用户性能的角度出发，本发明构造的扩展规则低密度校验矩阵方案较传统SCMA校验矩阵方案约有5.5dB增益，扩展非规则低密度校验矩阵方案较规则低密度校验矩阵方案约有3.5dB增益。该仿真结果表明，本发明构造的低密度规则校验矩阵能够避免传统SCMA小维度校验矩阵中因存在短环而造成迭代带来负反馈的问题，对系统性能带来一定的增益。此外仿真结果表明，本发明构造的低密度非规则校验矩阵，可以对远端用户进行不等保护，从图10可以看出，高信噪比下，边缘用户的性能与整体性能一致，这表明采用非规则矩阵，解决了远近用户的公平性问题，边缘用户性能得到提升的同时，进一步提高了系统整体性能。

综上所述，提供一种基于低密度叠加编码调制的新型多址接入方案，使得校验矩阵实现真正意义上的稀疏性，避免短环的存在，提高检测性能。基于远近效应，引入非规则低密度校验矩阵的优化设计，实现不等保护，进一步提高整体系统性能，具有良好的有益效果。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种移动通信中信号的多址接入方法，应用于发送端，其特征在于，包括：

A1，在移动通信系统中，基于J个用户、业务数据长度m和子载波个数K，获得低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ；

A2，基于所述低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ，对每个用户的m个信道编码符号分别进行LDSM扩展，分别获得每个用户对应的m个扩频向量；

A3，基于所述J个用户，将所述每个用户的m个扩频向量叠加到mK个载波资源上得到J个用户信号，并发送给接收端；

其中，J、m和K分别为非零自然数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，A2中所述LDSM扩展包括：

A2.1，基于第j个用户的m个信道编码符号利用所述低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ中的m个列向量对所述m个信道编码符号进行扩频，将每个信道编码符号i＝1,...,m扩展成含有mK个元素的扩频向量其中对所述信道符号的扩频表示为：

F_mK×(m-1)j*i为所述低密度稀疏校验矩阵的第(m-1)j*i列；

A2.2，重复所述A2.1，利用所述低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ，分别对J个用户的信道编码符号进行扩频，分别获得每个用户的m个扩频向量，其中，每个扩频向量含有mK个元素。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：当存在远近效应时，所述低密度稀疏校验矩阵为列度不相同的非规则校验矩阵；

利用所述非规则校验矩阵中列度较大的层节点对远端用户符号进行匹配，利用所述非规则校验矩阵中列度较小的层节点对近端用户符号进行匹配，所述层节点是指所述非规则校验矩阵的列向量。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据实际需求，将所述非规则校验矩阵的所有列向量按顺序分为若干部分，各部分的列向量具有不相同的列度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述非规则校验矩阵的所有列向量分为两部分，其中第一部分包括所述非规则校验矩阵的前若干列向量，第二部分包括所述非规则校验矩阵的后若干列向量；所述第一部分中所有列向量含有的非零元素的个数相同，所述第二部分中所有列向量含有的非零元素的个数相同，且所述第一部分中列向量含有的非零元素的个数与所述第二部分列向量含有的非零元素的个数不相同；或者

将所述非规则校验矩阵的所有列向量分为三部分，其中第一部分包括所述非规则校验矩阵的前若干列向量，第二部分包括所述非规则校验矩阵的中间若干列向量，第三部分包括所述非规则校验矩阵的后若干列向量；所述第一部分中所有列向量含有的非零元素的个数相同，所述第二部分中所有列向量含有的非零元素的个数相同，所述第三部分中所有列向量含有的非零元素的个数相同，且所述第一部分中所有列向量含有的非零元素的个数、所述第二部分中所有列向量含有的非零元素的个数以及所述第三部分中所有列向量含有的非零元素的个数各不相同。

6.一种移动通信中信号的多址接入方法，应用于接收端，其特征在于，包括：

B1，在移动通信系统中，将接收到的J个用户信号进行LDSM编码叠加处理，获得所有用户的合成信号；

B2，基于与发送端相同的低密度稀疏校验矩阵，利用MPA译码算法对所述合成信号进行译码，获得译码后的J个用户信号；

B3，分别对所述译码后的J个用户信号进行信道译码，得到J个用户的原始数据；

其中，J为非零自然数。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，B1中所述LDSM编码叠加处理包括：

利用下式对所述J个用户信号求和，获得所述合成信号，

$\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{H}^j{Z}^j,$

其中，Z^j表示发送端符号经过扩频叠加后的多维向量，表示信道衰落系数矩阵。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：当存在远近效应时，所述低密度稀疏校验矩阵为列度不相同的非规则校验矩阵；

利用所述非规则校验矩阵中列度较大的层节点对远端用户符号进行匹配，利用所述非规则校验矩阵中列度较小的层节点对近端用户符号进行匹配，所述层节点是指所述非规则校验矩阵的列向量。

9.一种移动通信中信号的多址接入装置，其特征在于，包括：

校验矩阵模块，用于在移动通信系统中，基于J个用户、业务数据长度m和子载波个数K，获得低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ；

LDSM扩展模块，用于基于所述低密度稀疏校验矩阵F_mK×mJ，对每个用户的m个信道编码符号分别进行LDSM扩展，分别获得每个用户对应的m个扩频向量；

发送模块，用于将所述每个用户的m个扩频向量叠加到mK个载波资源上得到J个用户信号，并发送给接收端；

其中，J、m和K分别为非零自然数。

10.一种移动通信中信号的多址接入装置，其特征在于，包括：

信号叠加模块，用于在移动通信系统中，将接收到的J个用户信号进行LDSM编码叠加处理，获得所有用户的合成信号；

MPA译码模块，用于基于与发送端相同的校验矩阵，利用MPA译码算法对所述合成信号进行译码，获得译码后的J个用户信号；以及

信道译码模块，用于分别对所述译码后的J个用户进行信道译码，得到J个用户的原始数据。

其中，J为非零自然数。