CN109347771A - 基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法，解决了串行干扰消除技术可靠性差的问题。实现步骤为：利用信道编码对功率域用户编码，得到编码信号；通过二进制频移键控调制方法对编码信号进行调制，得到调制信号；利用叠加编码技术对调制信号分配功率并叠加，得到发送信号；发送信号经信道得到接收信号；对接收信号进行信道均衡；根据信道增益确定串行干扰消除的译码顺序；利用软判决译码和串行干扰消除方法得到目标用户的估计信号。本发明基于软判决译码技术，充分利用了接收信号中信道差错统计特性的信息，与串行干扰消除相结合，提高了非正交多址接入系统的可靠性。用在多用户非正交多址接入系统下行链路。

Description

基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及非正交多址接入串行干扰消除方法，具体涉及一种基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法，可用于处理串行干扰消除技术可靠性差的问题。

背景技术

面对日益紧张的频谱资源以及日益增长的业务需求，非正交多址接入技术(NOMA)作为解决方案之一，引起了人们的广泛关注。不同于正交多址接入技术，非正交多址接入技术在同一资源块上对不同的用户同时进行传输。基站根据信道增益的大小对不同的用户分配不同的功率并进行叠加发送，接收端通过串行干扰消除技术(SIC)将多个用户检测出来。

当用户的功率不相等时，串行干扰消除技术与并行干扰消除技术相比具有较好的性能。因此，功率域非正交多址接入技术大多采用串行干扰消除技术。由于信道增益越小的用户分配的功率越大，因此串行干扰消除技术的译码顺序按照信道增益的升序排列。串行干扰消除技术的原理是：接收端从混合信号中检测大功率用户；检测出来的用户的信号进行重构；将重构信号从混合信号中删除；重复上述的步骤，直到得到目标用户。对于两用户的非正交多址接入NOMA下行链路，假设用户1的信道增益大，用户2的信道增益小，串行干扰消除技术先对用户2的信号进行译码，再对用户1的信号进行译码。由于用户2的信号先进行译码，因此用户2将干扰当作噪声而不实施串行干扰消除，即串行干扰消除只在用户1上实施。目前大部分研究都是假设串行干扰消除是理想的，即干扰能够完全删除。然而，实际情况中串行干扰消除存在错误传播问题，干扰不能完全删除。目标用户仍受到很大的干扰的影响。

差错控制系统中，软判决译码利用数字技术对纠错码能够实现最佳或接近最佳译码。纠错码中常用的译码方法是只利用码的代数结构的硬判决译码。由解调器供给译码器的是二进制序列，即解调器仅对接收序列进行0、1硬判决，这样就损失了接收信号中所含的有关信道差错统计特性的信息。在软判决译码中，接收机并不是将每个接收码元简单的判为0或者1，而是使用多比特量化或者直接使用未量化的模拟信号。在高斯白噪声信道中，软判决译码的误比特性能比硬判决译码的性能要好2～3dB。

在采用前向纠错差错控制系统中，软判决译码能够检出和纠正接收信号中的差错，提升系统的可靠性。目前大多数关于非正交多址接入的研究都假设串行干扰消除方法是理想的，即干扰能够完全消除。串行干扰消除方法由于存在错误传播问题，不能完全消除干扰，目标用户仍受到残余干扰的影响，系统的可靠性较差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述串行干扰消除方法的不足，提出一种可靠性更好的基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法，用于解决串行干扰消除方法可靠性差的问题。

本发明是一种基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对功率域复用的用户进行信道编码：在非正交多址接入系统中，采用信道编码中的卷积编码，对功率域复用的两个用户的发送信号分别进行卷积编码，得到两个用户的编码信号，发送信号为二进制序列，编码信号为输入二进制序列与编码器冲激响应的卷积；

(2)二进制频移键控调制：采用二进制频移键控调制方法，分别对两个用户的编码信号进行调制，得到两个用户的调制信号，二进制频移键控调制对应的映射关系为：0映射为-1，1映射为1；

(3)分配功率并进行叠加：根据信道增益的大小分别给两个用户分配功率，将分配功率后的两个用户的信号进行叠加，得到混合发送信号s_t；

(4)混合发送信号经过信道得到接收信号：混合发送信号s_t经过信道，用户i的接收信号为r_i＝h_is_t+n_i,i＝1,2，用户i的信道增益为h_i＝1/L_i,i＝1,2，路径损耗模型为式中d_i表示用户i与基站的距离，α表示路径损耗因子；

(5)根据信道增益进行信道均衡：用户1的信道增益大于用户2的信道增益，串行干扰消除在用户1上实施，在用户1上，对接收信号r₁进行信道均衡，用户1的信道增益h₁，均衡后的信号r_h＝r₁/h₁；

(6)根据信道增益确定串行干扰消除的译码顺序：用户1的信道增益大于用户2的信道增益，在用户1上，先对用户2的信号进行译码，再对用户1信号的进行译码；

(7)利用软判决译码方法，对用户2译码：利用软判决译码方法，对用户2的信号进行译码，用户2的软判决译码器的输入信号为信道均衡后的信号r_h，软判决译码器的输出为用户2的估计信号；

(8)增加信道编码的重构：对用户2的估计信号进行重构，得到重构信号s_r2，重构的过程包括对用户2的估计信号进行信道编码、调制以及功率分配；

(9)将重构信号进行删除：将用户2的重构信号s_r2从均衡后的信号r_h中删除，删除后的信号为s_{u_e1}＝r_h-s_r2，即为用户1的软判决译码器的输入信号；

(10)利用软判决译码方法，对用户1译码：利用软判决译码方法，对用户1的软判决译码的输入信号s_{u_e1}进行译码，软判决译码器的输出为用户1的估计信号。

本发明串行干扰消除中的译码采用软判决译码方法，提升了目标用户的误比特性能，提高了系统的可靠性。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

非正交多址接入系统中，采用传统的串行干扰消除方法，干扰不能完全消除，目标用户仍受到残余干扰的影响，系统的可靠性较差。本发明针对传统串行干扰消除方法可靠性差的问题，将串行干扰消除与软判决译码方法结合，充分利用接收信号中所含的有关信道差错统计特性的信息，对接收信号中的差错进行检测和校正。提高了系统的可靠性。

与传统的串行干扰消除方法相比，本发明的方法接收端增加了软判决译码方法，提升了目标用户误比特性能，提高了系统的可靠性。与串行干扰消除与硬判决译码结合的方案相比，本发明采用软判决译码代替硬判决译码，误比特性能约好3dB。

附图说明

图1是本发明的实现流程图；

图2是本发明的发射端实现原理图；

图3是本发明实施串行干扰消除方法的用户的接收端实现原理图；

图4是本发明的实施例的卷积编码器结构图；

图5是本发明的非正交多址接入系统下行链路模型图；

图6是本发明的软判决译码过程示意图；

图7是用于对比的传统串行干扰消除方法发射端实现原理图；

图8是用于对比的传统串行干扰消除方法接收端实现原理图；

图9是用于对比的串行干扰消除与硬判决译码结合的方法实现原理图；

图10是本发明与传统的串行干扰消除方法以及基于硬判决译码的串行干扰消除方法的误比特性能对比图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行详细描述。显然，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

目前大部分关于非正交多址接入的研究都假设串行干扰消除是理想的，即干扰能够完全删除。在实际情况中，由于信道估计不准确或者判决不准确，干扰信号无法完全从混合信号中删除，目标用户仍受到残余干扰的影响，系统可靠性较差。为此本发明提出一种基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法，参见图1，包括有如下步骤：

(1)对功率域复用的用户进行信道编码：在非正交多址接入系统中的用户通过在功率域复用，能够在同一资源块上传输。为了增强用户的发送信号在信道传输时抗干扰的能力，采用信道编码中的卷积编码，对功率域复用的两个用户的发送信号分别进行卷积编码，得到两个用户的编码信号。参照图4，发送信号为二进制序列，编码信号为输入二进制序列与编码器冲激响应的卷积。对于用户数K＞2的情况，分别对K个用户卷积编码，得到K个用户编码。卷积编码作为信道编码的一种，编码器与译码器都易于实现，同时还具有较强的纠错能力。

(2)二进制频移键控调制：通过采用二进制频移键控调制，使信号变为适合在信道中传输的形式。采用二进制频移键控调制方法，分别对两个用户的编码信号进行调制，得到两个用户的调制信号，对于用户数K＞2的情况，分别对K个用户调制，得到K个用户调制信号。二进制频移键控调制对应的映射关系为：0映射为-1，1映射为1。

(3)分配功率并进行叠加：根据信道增益的大小分别给两个用户分配功率，参照图5，用户1的信道增益大于用户2的信道增益，分配给用户1的功率小于分配给用户2的功率，将分配功率后的两个用户的信号进行叠加，得到混合发送信号式中，用户1的功率P₁＝αP，用户2的功率为P₂＝(1-α)P，并且P₂＞P₁，α为用户1的功率分配因子，基站的总功率为P，m_i为用户i经过信道编码和调制后的信号。对于用户数K＞2的情况，用户的信道增益按降序排列，基站分配给用户的功率按升序排列，即P₁＜P₂......＜P_K-1＜P_K。混合发送信号为

(4)混合发送信号经过信道得到接收信号：混合发送信号s_t经过信道，用户i的接收信号为r_i＝h_is_t+n_i,i＝1,2，用户i的信道增益为h_i＝1/L_i,i＝1,2，路径损耗模型为式中d_i表示用户i与基站的距离，α表示路径损耗因子。用户数K＞2时，用户i的接收信号为r_i＝h_is_t+n_i,i＝{1,2,...,K-1,K}。

(5)根据信道增益进行信道均衡：为弥补路径损耗的影响，对接收信号进行信道均衡。假设接收端已知用户的信道增益，用户1的信道增益大于用户2的信道增益，串行干扰消除在用户1上实施，反之，串行干扰消除在用户2上实施。用户数K＞2时，串行干扰消除在用户i(i≠K)上实施。参照图5，用户1的信道增益大于用户2的信道增益，串行干扰消除在用户1上实施。在用户1上，对接收信号r₁进行信道均衡，用户1的信道增益h₁，均衡后的信号r_h＝r₁/h₁。

(6)根据信道增益确定串行干扰消除的译码顺序：信道增益小的用户先进行译码，信道增益大的用户后进行译码，参照图1，用户1的信道增益大于用户2的信道增益时，在用户1上，先对用户2译码，再对用户1译码，反之，在用户2上，先对用户1译码，再对用户2译码。参照图5，用户1的信道增益大于用户2的信道增益，因此在用户1上，先对用户2的信号进行译码，再对用户1信号的进行译码。对于用户数K＞2的情况，用户的信道增益按降序排列，先对第K个用户译码，再对第K-1个用户译码，依次进行译码，最后对用户1译码。

(7)利用软判决译码方法，对用户2译码：在用户1上，利用软判决译码方法，对用户2的信号译码。软判决译码器的输入信号为信道均衡后的信号，软判决译码器的输出为用户2的估计信号。参照图6，通过计算格图中状态的度量以及输入序列与译码估计码元序列的欧几里德距离的平方，得到具有最小度量值的最大似然路径，与最大似然路径相对应的码字就是译码输出，即用户2的估计信号。

(8)增加信道编码的重构：对用户2的估计信号进行重构，得到重构信号s_r2，重构的过程包括对用户2的估计信号进行信道编码、调制以及功率分配。

(9)将重构信号进行删除：将用户2的重构信号s_r2从均衡后的信号r_h中删除，删除后的信号为s_{u_e1}＝r_h-s_r2，即为用户1的软判决译码器的输入信号。

(10)利用本发明的软判决译码方法，对用户1译码：利用软判决译码方法，对用户1的软判决译码的输入信号s_{u_e1}进行译码，软判决译码器的输出为用户1的估计信号。

本实施例以两用户非正交多址接入系统为例，叙述基于软判决译码的串行干扰消除方法，本发明的方法同样适用于多用户非正交多址接入系统。

本发明的技术思路是：利用信道编码对功率域复用的用户编码，得到编码信号；通过二进制频移键控调制方法对编码信号进行调制，得到调制信号；利用叠加编码技术对调制信号进行功率分配并叠加，得到发送信号；发送信号经信道后得到接收信号；对接收信号进行信道均衡；根据信道增益确定串行干扰消除的译码顺序；利用软判决译码和串行干扰消除方法得到目标用户的估计信号。

实施例2

基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法同实施例1，步骤(1)中所述的对功率域复用的用户进行信道编码，包括有如下步骤：

参照图3，对功率域复用的用户i(i＝1,2)的二进制序列进行卷积编码。若用户i(i＝1,2)的二进制序列为u_i＝(u₀u₁u₂u₃......)，对应的编码器的两个输出端的码字序列为和 和通过编码方程可写为 符号表示卷积运算，g₁，g₂表示编码器的两个冲激响应，即输入序列和编码器的两个冲激响应分别卷积得到编码器的两个输出码字序列；卷积编码器由六位移位寄存器组成，冲激响应至多可持续到第7位，写为g₁＝[1011011]，g₂＝[1111001]。然后将两个输出端的码字序列合并，从而得到用户i的编码序列为

本发明通过卷积编码，将输入的比特信息扩散到更多的比特上，接收端通过检出并校正接收比特流中的差错，提高系统的可靠性。

实施例3

基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法同实施例1-2，步骤(5)中所述的根据信道增益进行信道均衡，包括有如下内容：

为弥补路径损耗的影响，对接收信号进行信道均衡，假设接收端已知用户的信道增益，用户1的信道增益大于用户2的信道增益，串行干扰消除在用户1上实施，在用户1上，对接收信号r₁进行信道均衡，用户1的信道增益h₁，均衡后的信号r_h＝r₁/h₁。

在用户1上，通过信道均衡方法，弥补了接收信号的路径损耗。

实施例4

基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法同实施例1-3，步骤(7)和步骤(10)中所述的软判决译码方法，包括有如下步骤：

步骤1，量化：对用户的软判决译码的输入信号进行4比特量化，得到量化后的接收码元序列。

步骤2，以S_k,t代表编码器格图中第t时刻的状态S_k，给格图中的每个状态指定一个度量V(S_k,t)。

步骤3，初始化：在时刻t＝0,V(S_0,0)＝0，其他的时刻V(S_k,t)＝+∞。

步骤4，t+1→t。计算在t时刻到达S_k状态的所有路径的部分路径度量，即首先找到t时刻的分支度量这可以通过计算欧几里德距离的平方来计算，其中r_t为t时刻量化后的接收码元序列，y_t为译码估计码元序列，n₀为码元数。其次，计算t时刻的部分路径度量这可以通过计算V(S_k,t)+M(r_t|y_t)来实现。

步骤5，将V(S_k,t)设置为t时刻到达S_k状态的“最好”部分路径度量。通常情况下，“最好”的部分路径度量是具有最小度量值的部分路径度量；如果有多个“最好”的部分路径度量，可以选择其中任意一个。

步骤6，存储“最好”的部分路径度量及其相应的幸存路径和状态路径；

步骤7，若t＜L+m-1，返回步骤4。

软判决译码方法得到的最终幸存路径在格图中是唯一的，也就是最大似然路径，与最大似然路径相对应的码字就是译码输出，即用户的估计信号。

利用软判决译码，利用接收信号中有关信道的差错控制信息，通过对译码器的输入信号检出和纠正差错，提升用户的误比特性能，提高系统的可靠性。

实施例5

基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法同实施例1-4，步骤(8)中所述的增加信道编码的重构，包括有如下步骤：

(8a)，信道编码：对用户2估计信号s_e2进行信道编码，将s_e2与卷积编码器的冲激响应g₁＝[1011011]进行卷积，得到第一码字序列将s_e2与卷积编码器的冲激响应g₂＝[1111001]卷积得到第二码字序列然后将两个输出端的码字序列和合并为一个码字序列，得到用户2估计信号的编码序列为

(8b)，调制：将信道编码后的信号c_r2进行二进制频移键控调制，得到调制信号m_r2，其中0映射为-1，1映射为1。

(8c)，功率分配：对经过信道编码和调制后的估计信号进行功率分配，从而得到用户2估计信号的重构信号。基站总功率为P，功率分配因子为α，因此功率分配后得到的重构信号为

下面给出一个完整的例子，对本发明进一步说明

实施例6

基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法同实施例1-5，参照图1和图2，一种基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法，实现步骤如下：

(1)对功率域复用的用户进行信道编码：对功率域复用的两个用户进行卷积编码。参照图4，采用信道编码中的卷积编码，分别对用户1和用户2的发送信号进行卷积编码，得到用户1和用户2的编码信号。参照图4，对功率域复用的用户i(i＝1,2)的二进制序列进行卷积编码。若用户i的二进制序列为u_i＝(u₀u₁u₂u₃......),i＝1,2，对应的编码器的两个输出端的码字序列为和 和通过编码方程可写为 符号表示卷积运算，g₁，g₂表示编码器的两个冲激响应，即输入序列和编码器的两个冲激响应分别卷积得到编码器的两个输出码字序列；卷积编码器由六位移位寄存器组成，冲激响应至多可持续到第7位，写为g₁＝[1011011]，g₂＝[1111001]，然后将两个输出端的码字序列合并，从而得到用户i的编码序列为

(2)二进制频移键控调制：采用二进制频移键控调制方法，分别对用户1和用户2的编码信号进行调制，得到用户1和用户2的调制信号，二进制频移键控调制对应的映射关系为：0映射为-1，1映射为1。

(3)分配功率并进行叠加：基站对用户1和用户2分配功率并进行叠加，得到混合后的发送信号。参照图5，用户1的信道增益大于用户2的信道增益，分配给用户1的功率小于分配给用户2的功率，即P₁＜P₂，将分配功率后的两个用户的信号进行叠加，得到混合发送信号m_i(i＝1,2)为用户i经过信道编码和调制后的信号。

(4)混合发送信号经过信道得到接收信号：混合发送信号s_t与用户1的信道增益h₁相乘，并与加性高斯白噪声n₁相加，用户1上接收信号r₁＝h₁s_t+n₁，发送信号s_t与用户2的信道增益h₂相乘，并与加性高斯白噪声n₂相加，用户2上接收信号r₂＝h₂s_t+n₂，用户i的信道增益为h_i＝1/L_i,i＝1,2，路径损耗模型为式中d_i表示用户i与基站的距离，α表示路径损耗因子。

(5)根据信道增益进行信道均衡：为弥补路径损耗的影响，对接收信号进行信道均衡，假设接收端已知用户的信道增益，参照图5，用户1的信道增益大于用户2的信道增益，串行干扰消除在用户1上实施，在用户1上，对接收信号r₁进行信道均衡，用户1的信道增益h₁，均衡后的信号r_h＝r₁/h₁。

(6)根据信道增益确定串行干扰消除的译码顺序：信道增益小的用户先进行译码，信道增益大的用户后进行译码，参照图5，用户1的信道增益大于用户2的信道增益，因此在用户1上，先对用户2的信号进行译码，再对用户1信号的进行译码。

(7)利用软判决译码方法，对用户2译码：在用户1上，利用软判决译码方法，对用户2的信号译码。软判决译码器的输入信号为信道均衡后的信号，软判决译码器的输出为用户2的估计信号。包括有如下步骤：

(7a)，量化：对用户的软判决译码的输入信号进行4比特量化，得到量化后的接收码元序列。

(7b)，以S_k,t代表编码器格图中第t时刻的状态S_k，给格图中的每个状态指定一个度量V(S_k,t)。

(7c)，初始化：在时刻t＝0,V(S_0,0)＝0，其他的时刻V(S_k,t)＝+∞。

(7d)，t+1→t，计算在t时刻到达S_k状态的所有路径的部分路径度量，即首先找到t时刻的分支度量这可以通过计算欧几里德距离的平方来计算，其中r_t为t时刻量化后的接收码元序列，y_t为译码估计码元序列，n₀为码元数。其次，计算t时刻的部分路径度量这可以通过计算V(S_k,t)+M(r_t|y_t)来实现。

(7e)，将V(S_k,t)设置为t时刻到达S_k状态的“最好”部分路径度量。通常情况下，“最好”的部分路径度量是具有最小度量值的部分路径度量；如果有多个“最好”的部分路径度量，可以选择其中任意一个。

(7f)，存储“最好”的部分路径度量及其相应的幸存路径和状态路径；

(7g)，若t＜L+m-1，返回步骤(7d)。

软判决译码方法得到的最终幸存路径在格图中是唯一的，也就是最大似然路径，与最大似然路径相对应的码字就是译码输出，即用户2的估计信号。

(8)增加信道编码的重构：对用户2的估计信号进行重构，得到重构信号s_r2，重构的过程包括对用户2的估计信号进行信道编码、调制以及功率分配。包括有如下步骤：

(8a)，信道编码：对用户2估计信号s_e2进行信道编码，将s_e2与卷积编码器的冲激响应g₁＝[1011011]进行卷积，得到第一码字序列将s_e2与卷积编码器的冲激响应g₂＝[1111001]进行卷积得到第二码字序列然后将两个输出端的码字序列和合并为一个码字序列，从而得到用户2估计信号的编码序列为

(8b)，调制：将信道编码后的信号c_r2进行二进制频移键控调制，得到调制信号m_r2，其中0映射为-1，1映射为1。

(8c)，功率分配：对经过信道编码和调制后的估计信号进行功率分配，从而得到用户2估计信号的重构信号。基站总功率为P，功率分配因子为α，因此功率分配后得到的重构信号为

(9)将重构信号进行删除：将用户2的重构信号s_r2从均衡后的信号r_h中删除，删除后的信号为s_{u_e1}＝r_h-s_r2，即为用户1的软判决译码器的输入信号。

(10)利用软判决译码方法，对用户1译码：利用软判决译码方法，对用户1的软判决译码的输入信号s_{u_e1}进行译码，软判决译码器的输出为用户1的估计信号。包括有如下步骤：

(10a)，量化：对用户的软判决译码的输入信号进行4比特量化，得到量化后的接收码元序列。

(10b)，以S_k,t代表编码器格图中第t时刻的状态S_k，给格图中的每个状态指定一个度量V(S_k,t)。

(10c)，初始化：在时刻t＝0,V(S_0,0)＝0，其他的时刻V(S_k,t)＝+∞。

(10d)，t+1→t，计算在t时刻到达S_k状态的所有路径的部分路径度量，即首先找到t时刻的分支度量这可以通过计算欧几里德距离的平方来计算，其中r_t为t时刻量化后的接收码元序列，y_t为译码估计码元序列，n₀为码元数。其次，计算t时刻的部分路径度量这可以通过计算V(S_k,t)+M(r_t|y_t)来实现。

(10e)，将V(S_k,t)设置为t时刻到达S_k状态的“最好”部分路径度量。通常情况下，“最好”的部分路径度量是具有最小度量值的部分路径度量；如果有多个“最好”的部分路径度量，可以选择其中任意一个。

(10f)，存储“最好”的部分路径度量及其相应的幸存路径和状态路径；

(10g)，若t＜L+m-1，返回步骤(10d)。

软判决译码方法得到的最终幸存路径在格图中是唯一的，也就是最大似然路径，与最大似然路径相对应的码字就是译码输出，即用户1的估计信号。

本发明利用软判决译码，利用接收信号中有关信道的差错控制信息，通过对译码器的输入信号检出和纠正差错，提升用户的误比特性能，提高系统的可靠性。

以下结合仿真实验，对本发明的技术效果再作说明：

实施例7

基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法同实施例1-6，

1、实验条件和内容：

实验条件：假设接收端已知信道状态信息以及用户的发射功率。

实验内容：图2为本发明发射端实现原理图，图7为用于对比的传统串行干扰消除方法的发射端实现原理图，对比图2和图7，本发明的方法在发射端增加卷积编码器，能够有效增强用户在信道传输时的抗干扰能力。图3为本发明的接收端实现原理图，图8为用于对比的传统串行干扰消除方法的接收端实现原理图，对比图3和图8，本发明的方法采用软判决译码代替解调，并且重构过程包括卷积编码。

图3为本发明的接收端实现原理图，图9为用于对比的基于硬判决译码的串行干扰消除方法的接收端实现原理图，对比图3和图9，本发明的接收端采用软判决译码代替硬判决译码，能够充分利用信道中有关差错统计的信息，从而提高用户的误比特性能。

通过matlab仿真，对本发明的方法、硬判决译码和串行干扰消除结合的方法以及传统的串行干扰消除方法进行仿真，以用户1的EbN0为横坐标，得到三种方法的误比特率，参见图10。

2、仿真结果分析

参照图10，本发明的基于软判决译码的串行干扰消除方法与传统的串行干扰消除技术相比，误比特性能获得提升，本发明的基于软判决译码的串行干扰消除结合的方法与基于硬判决译码的串行干扰消除结合的方法相比，误比特性能约好3dB。从可靠性的角度来说，相同的EbN0下，用户的误比特率越低，说明非正交多址接入系统的可靠性越好。对照图10中三根曲线，用加“o”标记的曲线是本发明的结果，对比可见采用传统的串行干扰消除方法的非正交多址接入系统的可靠性最差，其次是采用基于硬判决译码的串行干扰消除方法的非正交多址接入系统，采用本发明的方法的非正交多址接入系统的可靠性最好。

简而言之，本发明公开的基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法，解决了串行干扰消除技术可靠性差的问题。实现步骤为：利用信道编码对功率域复用的用户编码，得到编码信号；通过二进制频移键控调制方法对编码信号进行调制，得到调制信号；利用叠加编码技术对调制信号进行功率分配并叠加，得到发送信号；发送信号经信道后得到接收信号；对接收信号进行信道均衡；根据信道增益确定串行干扰消除的译码顺序；利用软判决译码和串行干扰消除方法得到目标用户的估计信号。本发明基于软判决译码技术，充分利用了接收信号中信道差错统计特性的信息，与串行干扰消除方法结合，提高了非正交多址接入系统的可靠性。

本发明的基于软判决译码的串行干扰消除的方法与传统的串行干扰消除技术相比，误比特性能获得提升，本发明的基于软判决译码的串行干扰消除结合的方法与基于硬判决译码的串行干扰消除结合的方法相比，误比特性能约好3dB。本发明应用在非正交多址接入系统下行链路多用户干扰抑制领域。

Claims (5)

1.一种基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法，其特征在于，包括有如下步骤：

(1)对功率域复用的用户进行信道编码：在非正交多址接入系统中采用信道编码中的卷积编码，对功率域复用的两个用户的发送信号分别进行卷积编码，得到编码信号，发送信号为二进制序列，编码信号为输入二进制序列与编码器冲激响应的卷积；

(2)二进制频移键控调制：采用二进制频移键控调制方法，分别对两个用户的编码信号进行调制，得到调制信号，二进制频移键控调制对应的映射关系为：0映射为-1，1映射为1；

(3)分配功率并进行叠加：根据信道增益的大小分别给两个用户分配功率，将分配功率后的两个用户的信号进行叠加，得到混合发送信号s_t；

(4)混合发送信号经过信道得到接收信号：混合发送信号s_t经过信道，用户i的接收信号为r_i＝h_is_t+n_i,i＝1,2，用户i的信道增益为h_i＝1/L_i,i＝1,2，路径损耗模型为式中d_i表示用户i与基站的距离，α表示路径损耗因子；

(5)根据信道增益进行信道均衡：用户1的信道增益大于用户2的信道增益，串行干扰消除在用户1上实施，在用户1上，对接收信号r₁进行信道均衡，用户1的信道增益h₁，均衡后的信号r_h＝r₁/h₁；

(6)根据信道增益确定串行干扰消除的译码顺序：用户1的信道增益大于用户2的信道增益，在用户1上，先对用户2的信号进行译码，再对用户1信号的进行译码；

(7)利用软判决译码方法，对用户2译码：利用软判决译码方法，对用户2的信号进行译码，用户2的软判决译码器的输入信号为信道均衡后的信号r_h，软判决译码器的输出为用户2的估计信号；

(8)增加信道编码的重构：对用户2的估计信号进行重构，得到重构信号s_r2，重构的过程包括对用户2的估计信号进行信道编码、调制以及功率分配；

(9)将重构信号进行删除：将用户2的重构信号s_r2从均衡后的信号r_h中删除，删除后的信号为s_{u_e1}＝r_h-s_r2，即为用户1的软判决译码器的输入信号；

(10)利用软判决译码方法，对用户1译码：利用软判决译码方法，对用户1的软判决译码的输入信号s_{u_e1}进行译码，软判决译码器的输出为用户1的估计信号。

2.根据权利要求1所述的基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法，其特征在于，步骤(1)中所述的对功率域复用的用户进行信道编码，具体包括如下：

对功率域复用的用户i(i＝1,2)的二进制序列进行卷积编码，若用户i的二进制序列为u_i＝(u₀u₁u₂u₃......),i＝1,2对应的编码器的两个输出端的码字序列为和 和通过编码方程可写为 符号表示卷积运算，g₁，g₂表示编码器的两个冲激响应，即输入序列和编码器的两个冲激响应分别卷积得到编码器的两个输出码字序列；卷积编码器由六位移位寄存器组成，冲激响应至多可持续到第7位，写为g₁＝[1011011]，g₂＝[1111001]，将两个输出端的码字序列合并，得到用户i的编码序列为

3.根据权利要求1所述的基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法，其特征在于，步骤(5)中所述的根据信道增益进行信道均衡，包括如下内容：

对接收信号r₁进行信道均衡，假设接收端已知用户的信道增益，用户1的信道增益大于用户2的信道增益，串行干扰消除在用户1上实施，在用户1上，对接收信号r₁进行信道均衡，用户1的信道增益h₁，均衡后的信号r_h＝r₁/h₁。

4.根据权利要求1所述的基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法，其特征在于，步骤(7)和步骤(10)中所述的软判决译码方法，包括有如下步骤：

步骤1，量化：对用户的软判决译码的输入信号进行4比特量化，得到量化后的接收码元序列。

步骤2，以S_k,t代表编码器格图中第t时刻的状态S_k，给格图中的每个状态指定一个度量V(S_k,t)；

步骤3，初始化：在时刻t＝0,V(S_0,0)＝0，其他的时刻V(S_k,t)＝+∞；

步骤4，t+1→t，计算在t时刻到达S_k状态的所有路径的部分路径度量，即首先找到t时刻的分支度量通过计算欧几里德距离的平方来计算，其中r_t为t时刻量化后的接收码元序列，y_t为译码估计码元序列，n₀为码元数；其次，计算t时刻的部分路径度量通过计算V(S_k,t)+M(r_t|y_t)来实现；

步骤5，将V(S_k,t)设置为t时刻到达S_k状态的“最好”部分路径度量，“最好”的部分路径度量是具有最小度量值的部分路径度量；如果有多个“最好”的部分路径度量，选择其中任意一个；

步骤6，存储“最好”的部分路径度量及其相应的幸存路径和状态路径；

步骤7，若t＜L+m-1，返回步骤4；

软判决译码方法得到的最终幸存路径在格图中是唯一的，也就是最大似然路径，与最大似然路径相对应的码字就是译码输出，即用户的估计信号。

5.根据权利要求1所述的基于软判决译码的非正交多址接入串行干扰消除方法，其特征在于，步骤(8)中所述的增加信道编码的重构，包括有如下步骤：

(8a)，信道编码：对用户2估计信号s_e2进行信道编码，将s_e2与卷积编码器的冲激响应g₁＝[1011011]卷积，得到第一码字序列将估计信号s_e2与卷积编码器的冲激响应g₂＝[1111001]卷积得到第二码字序列然后将两个输出端的码字序列和合并为一个码字序列，得到用户2估计信号的编码序列为

(8b)，调制：将信道编码后的信号c_r2进行二进制频移键控调制，得到调制信号m_r2，其中0映射为-1，1映射为1；

(8c)，功率分配：对经过信道编码和调制后的估计信号进行功率分配，从而得到用户2估计信号的重构信号。基站总功率为P，功率分配因子为α，因此功率分配后得到的重构信号为