CN108737033A - 一种交织多址系统的结合近似消息传递的多用户检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种交织多址系统的结合近似消息传递的多用户检测方法。本发明的方法是在IDMA系统上，采用一种新型的检测方法，即近似消息传递(Approximate Message Passing,AMP)检测算法。相对于传统的单元信号估计器(ESE)，本方法不仅降低了系统复杂度，更有效地改善了系统误码率性能。

Description

一种交织多址系统的结合近似消息传递的多用户检测方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于交织多址技术的检测方法。本发明涉及基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)的交织多址技术(Interleave-Division Multiple Access,IDMA)和近似消息传递(Approximate Message Passing,AMP)检测算法。
背景技术
为了适应高速增长的无线网络应用需求，支持海量设备连接，达到更高的频谱效率、更快的数据速率和更大的信道容量，新型的多址接入技术成了下一代移动通信系统5G网络研究的热点之一。
其中，基于交分复用(Interleave Devision Multiplexing,IDM)的多址技术交织多址在2002年被首次提出。IDMA的基本思想是利用不同的码片级交织器来区分不同的用户，所有用户共享相同的频率时间资源。IDMA继承了码分多址(Code-Division MultipleAccess,CDMA)的众多优点，特别是分集抗衰落和小区间干扰消除等优点。此外，IDMA的性能优于CDMA，并具有低复杂度的迭代检测方法。
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术在第四代移动通信系统中扮演着重要的角色。OFDM系统可以有效对抗多径效应的同时又极大的提高了频谱效率，但对频偏较敏感同时又有着较高的峰均比(PAPR)。近些年，有学者提出频域索引调制技术与交织多址技术相结合，即基于交织多址的正交频分复用(OFDM-IDMA)技术。OFDM-IDMA系统的接收机一般采用低复杂度的迭代多用户检测方法，例如传统的单元信号估计器(Elementary Signal Estimator,ESE)。，然而传统的单元信号估计器还存在例如复杂度较高、性能较差、抗频偏能力差等问题，基于此本发明提出了一种适用于IDMA系统下更低复杂度的检测算法。本发明技术方案将一种新型检测方法AMP检测与OFDM-IDMA技术结合，在降低系统的复杂度的同时，在一定程度上提升了系统的误比特率性能。
发明内容
本发明的目的，提出了一种适用于IDMA系统下的检测算法。本发明的技术方案：一种结合近似消息传递的IDMA系统下的检测算法。
上行IDMA系统的发射机结构如图1所示，其中系统总共包含K个用户。从图中可以看出，IDMA系统的发射机主要包含三个模块：前向纠错(Forward Error Correction,FEC)编码器、扩频器和交织器。IDMA系统依靠交织器来区分不同的用户，所以每个用户可以采用相同的FEC编码器和扩频器。在IDMA系统中，FEC编码器可以采用常见的卷积码、Turbo码或LDPC码，以获得编码增益提高系统的性能；扩频器则可采用简单的重复码对FEC编码器输出的码字进行扩频，以进一步降低码率，此时的扩频器等效于重复码编码器。在IDMA系统中，每个用户的交织器必须是唯一且互不相同的；交织器被用来打乱低码率的扩频序列的顺序，从而尽大可能减小序列的相关性。这样不但可以降低通信过程中的连续性错误，而且能使接收端的低复杂度的检测方法得以实现。
上行IDMA系统的发射机结构的具体描述如下：对于第k个用户，数据比特序列dk首先进行FEC编码，生成编码后的编码序列ck；然后，编码序列ck再进行扩频以进一步降低码率，产生低码率的扩频序列sk；最后，扩频序列sk进入第k个用户的码片级交织器πk，生成被打乱顺序的码片序列xk＝{xk(n),n＝0,...,N-1}，其中N为码片序列的长度。
为叙述方便，假设准静态单径实信道，接收端来自所有用户的接收信号可表示为
其中，hk表示第k个用户的信道系数，w是均值为0、方差为σ2的高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)。
本发明的技术方案是：
将AMP检测器与IDMA系统有机结合，若采用M-PSK或M-QAM调制，Nt和Nr分别为发射天线数和接收天线数，N为帧长，K个用户，那么AMP算法包括以下步骤：
S1、初始化：首先假设第1次迭代时的概率其中另一方面，我们假设第j根接收天线上的信息和其中yj表示接收端接收到的信号向量的第j个元素。
S2、从yj到xi的第t次迭代时的功率信息和为
其中Hji表示信道矩阵的第(j,i)个元素，和表示第t次迭代时第i根发射天线信息xi的均值和方差。
S3、更新第t次迭代的信息和非高斯干扰
S4、计算第t次迭代的xi的估计Ti t和噪声的方差
S5、用如下两个公式更新xi的后验均值和方差：
S6、将t置为t+1，返回步骤S3，直到满足t>Tmax或条件，迭代循环完成。
本发明技术方案，针对OFDM-IDMA系统，提出一种新型检测方法AMP检测。本发明的有益效果是：在降低系统的复杂度的同时，在一定程度上提升了系统的误比特率性能。
附图说明
图1为IDMA系统发射机的基本模型；
图2为单发双收采用QPSK调制的2用户基于正交频分复用的交织多址系统两种检测方法的误码率性能对比仿真图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：
本例中，子载波数72个，调制方式为QPSK调制，发射天线和接收天线数分别为1和2，用户数为2。本例采用以下步骤：
步骤1：产生两组用户的初始数据分别各408bits，并分别依次进行编码、扩频、交织，再经过QPSK调制后送入傅里叶变换处理器；
步骤2：在傅里叶变换处理器将数据做快速傅里叶变换并加入循环前缀后发送出去；
步骤3：数据过信道后送入接收端，对2路接受天线上的数据做最大比合并后，进行AMP检测、解交织、解扩频和译码完成迭代循环；
步骤4：将检测后的恢复数据，与初始数据对比统计得到BER。
根据图2可得，将新型检测方法AMP检测与OFDM-IDMA技术结合，在降低系统的复杂度的同时，在一定程度上提升了系统的误比特率性能。(图2所示的结果是采用本例中的上述方法仿真1万次获得)。

Claims (1)

1.一种交织多址系统的结合近似消息传递的多用户检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、初始化：
设系统采用M-PSK或M-QAM调制，发射天线数为Nt，接收天线数为Nr，帧长为N，用户数为K；
首先假设第1次迭代时的概率其中
同时第j根接收天线上的信息和其中yj表示接收端接收到的信号向量的第j个元素；
S2、从yj到xi的第t次迭代时的功率信息和为
其中Hji表示信道矩阵的第(j,i)个元素，和表示第t次迭代时第i根发射天线信息xi的均值和方差；
S3、更新第t次迭代的信息和非高斯干扰
S4、计算第t次迭代的xi的估计Ti t和噪声的方差
S5、用如下两个公式更新xi的后验均值和方差：
S6、将t置为t+1，返回步骤S3，直到满足t>Tmax或条件，其中Tmax为预设的最大迭代次数，迭代循环完成。
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