CN111082894A - 用于mimo-scma系统的低复杂度高译码性能的方法 - Google Patents

用于mimo-scma系统的低复杂度高译码性能的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111082894A
CN111082894A CN201911011140.8A CN201911011140A CN111082894A CN 111082894 A CN111082894 A CN 111082894A CN 201911011140 A CN201911011140 A CN 201911011140A CN 111082894 A CN111082894 A CN 111082894A
Authority
CN
China
Prior art keywords
user
decoding
joint
mimo
algorithm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911011140.8A
Other languages
English (en)
Inventor
马利丽
葛文萍
张鹏举
孟康康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xinjiang University
Original Assignee
Xinjiang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xinjiang University filed Critical Xinjiang University
Priority to CN201911011140.8A priority Critical patent/CN111082894A/zh
Publication of CN111082894A publication Critical patent/CN111082894A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0045—Arrangements at the receiver end
    • H04L1/0047—Decoding adapted to other signal detection operation
    • H04L1/0048—Decoding adapted to other signal detection operation in conjunction with detection of multiuser or interfering signals, e.g. iteration between CDMA or MIMO detector and FEC decoder
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0452—Multi-user MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0891—Space-time diversity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0045—Arrangements at the receiver end
    • H04L1/0047—Decoding adapted to other signal detection operation
    • H04L1/005—Iterative decoding, including iteration between signal detection and decoding operation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0056—Systems characterized by the type of code used
    • H04L1/0057—Block codes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/02—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception
    • H04L1/06—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception using space diversity
    • H04L1/0618—Space-time coding
    • H04L1/0631—Receiver arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/02—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception
    • H04L1/06—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception using space diversity
    • H04L1/0618—Space-time coding
    • H04L1/0637—Properties of the code
    • H04L1/0643—Properties of the code block codes

Abstract

本发明提供了一种用于MIMO‑SCMA系统的低复杂度高译码性能的方法，包括：联合球形译码消息传递算法，用于降低系统译码的复杂度；基于STBC编码的MIMO‑SCMA系统结构，用于保证译码的性能；基站端处具有STBC编码器、接收端处具有STBC解码器和SCMA解码器。由于结合了联合球形译码检测算法和基于STBC编码的MIMO‑SCMA系统结构，因此本发明在显著降低检测算法复杂度的同时，保证了系统优异的译码性能。

Description

用于MIMO-SCMA系统的低复杂度高译码性能的方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种用于MIMO-SCMA系统的低复杂度高译码性能的方法。
背景技术
多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)MIMO技术在通信系统的收发端均采用多根天线，在提升系统容量、提高频谱效率、增强抗衰落能力等方面具有明显优势，因而在第四代移动通信系统(4G)、无线局域网(Wireless Local Area Network,WLAN)等领域有着广泛的应用。稀疏码多址(Sparse Code Multiple Access,SCMA)SCMA技术是一种面向5G的新型多址技术，将信源信息经过高维调制、稀疏扩频处理后，可以实现不同用户的码字在相同的资源块上非正交叠加，特别适用于5G通信中的热点高容量、海量连接、低延时接入等应用场景。
MIMO技术与SCMA技术的结合，是作为一种新的传输方案(MIMO-SCMA)。MIMO-SCMA系统不仅能够实现更高的频谱效率，在高吞吐量和海量连接应用场景中也具有明显的优势，但是由于引入了多天线技术，导致MIMO-SCMA系统的多用户检测算法的复杂度极高，会随用户码本大小M，接入用户数J以及多天线数目N呈指数形式的增加，硬件实现困难。
现阶段正对MIMO-SCMA系统的检测方案有两类，一类是传统的独立检测方案，例如ZF-MPA、MMSE-MPA等，首先通过均衡解决多天线干扰问题，再对各天线上的各用户数据进行检测译码。但是，此类检测算法以牺牲系统误码率性能为代价来降低接收端检测复杂度，虽然检测复杂度低，但译码性能较差。第二类译码方案，将MIMO检测与SCMA检测结合，通过联合因子图进行联合检测译码。这类检测算法误码率性能好，但检测复杂度较高。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种用于MIMO-SCMA系统的低复杂度高译码性能的方法，在显著降低检测算法复杂度的同时，保证了系统优异的译码性能。
特别地，本发明提供了一种用于MIMO-SCMA系统的低复杂度高译码性能的方法，定义用户码本大小为M，接入用户数为J、发射天线数目为NT、接收天线数目为NR，包括：
联合球形译码消息传递算法，用于降低系统译码的复杂度；
基于STBC编码的MIMO-SCMA系统结构，用于保证译码的性能；
所述方法的信号传输过程为：
步骤1：用户j将符号流
Figure BDA0002245457390000021
直接映射到K维复数域的稀疏码字
Figure BDA0002245457390000022
上，其中，j＝1,2…J，n＝1,2,…；
步骤2：在基站端，第Nt个发射天线上，将所有J个用户选择的码字叠加起来，得到该天线需要发送的码字：
Figure BDA0002245457390000023
其中，t＝1,2…T；
步骤3：在第一个采样时间，通过STBC编码技术将相邻的调制符号x1，x2映射到发射天线端口上；在随后的采样时间中，交换符号并取共轭-[x2]*，[x1]*映射到发射天线端口上，以进行传输；
步骤4：在接收端，用户j在接收天线Nr上的接收信号可以表示为：
Figure BDA0002245457390000024
其中，r＝1,2…R，
Figure BDA0002245457390000025
为用户j在接收天线Nr上的噪声向量，
Figure BDA0002245457390000026
为发射天线Nt上的发射信号向量；
步骤5：用STBC解码器将用户j接收到的NT个天线上的数据进行合并，再将合并后的信息yj传输到SCMA解码器中，用联合球形译码消息传递算法进行译码，得出用户j的发送码字
Figure BDA0002245457390000027
优选的，联合因子图对应的MIMO-SCMA系统的联合矩阵为：
Figure BDA0002245457390000028
其中，FNt表示发射天线Nt上的因子矩阵。
优选的，在步骤4中，用户j在接收天线Nr上的接收信号还可以表示为：
Figure BDA0002245457390000031
其中，
Figure BDA0002245457390000032
优选的，所述联合球形译码消息传递算法的译码步骤为：
步骤6：设定一个半径为R的球，将合成星座图上的星座点划分为位于球内置信度高的第一部分和位于球外置信度低的第二部分，其中，虚拟资源节点k′上的合成码字数目为
Figure BDA0002245457390000033
k′＝1L Kv；
步骤7：每个虚拟资源节点k′只需搜索所述第一部分的球内合成星座点所对应的Φ(k′)个合成码字。
优选的，由用户j在天线Nt下的信道增益
Figure BDA0002245457390000034
和传输符号
Figure BDA0002245457390000035
可得到虚拟用户j′的虚拟码本，表示如下：
Figure BDA0002245457390000036
虚拟资源节点k′处的接收信号表示为：
Figure BDA0002245457390000037
其中，
Figure BDA0002245457390000038
表示与虚拟资源节点k′相连的
Figure BDA0002245457390000039
个码字集合，Nk′为均值为0，方差为σ2的高斯白噪声；
由式(5)和(6)可知，虚拟接收信号yk′与第m个码字星座点之间的欧氏距离不为0，表示如下：
Figure BDA00022454573900000310
优选的，在联合消息传递算法的基础上利用半径R选择置信度高的码字信息进行迭代译码，得到联合球形译码消息传递算法，所述联合球形译码消息传递算法中的消息更新公式如下：
更新一：虚拟资源节点消息更新:
Figure BDA0002245457390000041
Figure BDA0002245457390000042
其中，ψk′→j′表示虚拟资源k′向虚拟用户j′传递的消息；γp′→k′表示虚拟用户节点p′向虚拟资源节点k′传递的消息；t表示迭代次数；
更新二：虚拟用户节点信息更新：
Figure BDA0002245457390000043
其中，
Figure BDA0002245457390000044
表示所有与虚拟资源节点k′相连的虚拟用户节点的集合；
Figure BDA0002245457390000045
表示所有与虚拟用户节点j′相连的虚拟资源节点的集合。
优选的，算法达到预先设定的最大迭代次数tmax后，每个用户各自的码字输出概率可由下式得到：
Figure BDA0002245457390000046
根据本发明的另一个方面，基于STBC编码的MIMO-SCMA系统结构包括：
多个码本M，其分别对应于不同用户；
基站端，用于在第Nt个发射天线上，将所有J个用户选择的码字叠加起来，得到该天线需要发送的码字，其中，t＝1,2…T,j＝1,2…J；
STBC编码器，用于在第一个采样时间，通过STBC编码技术将相邻的调制符号x1，x2映射到发射天线端口上；在随后的采样时间中，交换符号并取共轭-[x2]*，[x1]*映射到发射天线端口上，以进行传输；
接收端，用于得到用户j在接收天线Nr上的接收信号，r＝1,2…R；
STBC解码器，用于将用户j接收到的NT个天线上的数据进行合并，再将合并后的信息yj传输到SCMA解码器中；
SCMA解码器，用联合球形译码消息传递算法进行译码，得出用户j的发送码字
Figure BDA0002245457390000047
本发明的方法由于结合了联合球形译码检测算法和基于STBC编码的MIMO-SCMA系统结构，因此在联合球形译码检测算法显著降低译码复杂度的同时，基于STBC编码的MIMO-SCMA系统结构，能够使系统的译码性得到保证，实现了信号的可靠传输。本发明在显著降低算法译码复杂度的同时，保证了系统优异的译码性能。
原虚拟资源节点上的码字组合数为
Figure BDA0002245457390000051
联合球形译码消息传递算法，利用高斯分布原理，设置一个球形半径R，译码球内的置信度高的
Figure BDA0002245457390000052
个码字信息，降低了译码的复杂度。当SNR＝6dB时，R＝2σ的联合球形译码消息传递算法的加法器运算器数目与联合消息传递算法相比约降低了7×10^6，乘法器数目约减少了3.5×10^6。R＝σ的联合球形译码消息传递算法与JMPA相比，加法器数目大约减少了10×10^6，乘法器数目降低了6.5×10^6。
基于STBC编码的下行链路的MIMO-SCMA系统，利用空时编码的分集增益，补偿联合球形译码消息传递算法在系统性能上的损失。引入了STBC编码，使该系统保持优异的误码率性能。信噪比相同的情况下，在引入STBC编码的系统中，联合球形译码消息传递算法的误码率要比未引入STBC编码的系统中的误码率更低。引入STBC编码使系统获得了分集增益，降低了通信系统的差错概率，很大程度上补偿了联合球形译码消息传递算法由于引入半径R而造成的性能上的损失。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是本发明基于STBC的下行链路MIMO-SCMA系统框图；
图2是本发明MIMO-SCMA接收机联合因子图，图中用r1…r8表示虚拟资源节点，u1…u12表示虚拟用户节点；
图3是本发明一个实施例中，联合球形译码消息传递算法的球形半径R＝2σ的合成星座图；
图4是算法误码率-信噪比性能曲线；
图5是三种算法的收敛速率对比；
图6是两种算法的复杂度对比，两种算法分别为联合球形译码消息传递算法、联合消息传递算法。
具体实施方式
如图1所示，为了解决MIMO-SCMA系统译码器复杂度较高的问题，本发明将球形译码消息传递算法算法和基于STBC编码的MIMO-SCMA系统结构相结合。其中，联合球形译码消息传递算法用于降低系统译码的复杂度；基于STBC编码的MIMO-SCMA系统结构，用于保证译码的性能。
基于STBC编码的MIMO-SCMA系统结构包括：多个码本M、基站端、STBC编码器、接收端、STBC解码器以及SCMA解码器。
定义用户码本大小为M，接入用户数为J、发射天线数目为NT、接收天线数目为NR。基站配置NT个发射天线，每个用户配置NR个接收天线。在本实施例中，假定用户数J＝6，时频资源K＝4，码本大小M＝4，NT＝NR＝2。因此，用于MIMO-SCMA系统的低复杂度高译码性能的方法的信号传输过程，具体为：
步骤1：用户j(j＝1,2…J)将符号流
Figure BDA0002245457390000061
直接映射到K维复数域的稀疏码字
Figure BDA0002245457390000062
上。
步骤2：在基站端，第Nt(t＝1,2…T)个发射天线上，将所有J个用户选择的码字叠加起来，得到该天线需要发送的码字：
Figure BDA0002245457390000063
步骤3：在第一个采样时间，通过STBC编码技术将相邻的调制符号x1，x2映射到发射天线端口上；在随后的采样时间中，交换符号并取共轭-[x2]*，[x1]*映射到发射天线端口上，以进行传输。由于在本实施例中NT＝NR＝2，因此，调制符号映射到两个发射天线端口上，而交换符号并取共轭后同样映射到两个发射天线端口上进行传输。
步骤4：在接收端，用户j在接收天线Nr上的接收信号可以表示为：
Figure BDA0002245457390000064
其中，r＝1,2…R，
Figure BDA0002245457390000065
为用户j在接收天线Nr上的噪声向量，
Figure BDA0002245457390000071
为发射天线Nt上的发射信号向量；
步骤5：用STBC解码器将用户j接收到的NT个天线上的数据进行合并，再将合并后的信息yj传输到SCMA解码器中，用联合球形译码消息传递算法进行译码，得出用户j的发送码字
Figure BDA0002245457390000072
由于在本实施例中n取1、2，因此，得出用户j的发送码字
Figure BDA0002245457390000073
图2为MIMO-SCMA接收机联合因子图，也称为接收端译码因子图，图中用r1…r8表示虚拟资源节点，u1…u12表示虚拟用户节点。FNt表示发射天线Nt上的因子矩阵，联合因子图对应的MIMO-SCMA系统的联合矩阵为：
Figure BDA0002245457390000074
其中，FNt表示发射天线Nt上的因子矩阵。
在步骤4中，用户j在接收天线Nr上的接收信号还可以表示为：
Figure BDA0002245457390000075
其中，
Figure BDA0002245457390000076
由用户j在天线Nt下的信道增益
Figure BDA0002245457390000077
和传输符号
Figure BDA0002245457390000078
可得到虚拟用户j′的虚拟码本，表示如下：
Figure BDA0002245457390000079
虚拟资源节点k′处的接收信号表示为：
Figure BDA00022454573900000710
其中，
Figure BDA00022454573900000711
表示与虚拟资源节点k′相连的
Figure BDA00022454573900000712
个码字集合，Nk′为均值为0，方差为σ2的高斯白噪声；
由式(5)和(6)可知，虚拟接收信号yk′与第m个码字星座点之间的欧氏距离不为0，表示如下：
Figure BDA0002245457390000081
结合图3所示的合成星座图，所述联合球形译码消息传递算法的译码步骤为：
步骤6：设定一个半径为R的球，将合成星座图上的星座点划分为位于球内置信度高的第一部分和位于球外置信度低的第二部分，其中，虚拟资源节点k′上的合成码字数目为
Figure BDA0002245457390000082
k′＝1L Kv；
步骤7：每个虚拟资源节点k′只需搜索所述第一部分的球内合成星座点所对应的Φ(k′)个合成码字。
在联合消息传递算法的基础上利用半径R选择置信度高的码字信息进行迭代译码，得到联合球形译码消息传递算法，所述联合球形译码消息传递算法中的消息更新公式如下：
更新一：虚拟资源节点消息更新:
Figure BDA0002245457390000083
Figure BDA0002245457390000084
其中，ψk′→j′表示虚拟资源k′向虚拟用户j′传递的消息；γp′→k′表示虚拟用户节点p′向虚拟资源节点k′传递的消息；t表示迭代次数；
更新二：虚拟用户节点信息更新：
Figure BDA0002245457390000085
其中，
Figure BDA0002245457390000086
表示所有与虚拟资源节点k′相连的虚拟用户节点的集合；
Figure BDA0002245457390000087
表示所有与虚拟用户节点j′相连的虚拟资源节点的集合。算法达到预先设定的最大迭代次数tmax后，每个用户各自的码字输出概率可由下式得到：
Figure BDA0002245457390000088
本发明的译码复杂度以算法涉及到的加法器和乘法器数目可以用公式(11)到(14)来评估。相关算法包括原始联合JMPA算法以及本文提出的基于STBC编码系统中的S-JMPA，这两种算法的复杂度表达式如下：
Figure BDA0002245457390000091
Figure BDA0002245457390000092
Figure BDA0002245457390000093
Figure BDA0002245457390000094
根据复杂度的公式，联合球形译码消息传递算法，利用高斯分布原理，设置一个球形半径R，译码球内的置信度高的
Figure BDA0002245457390000095
个码字信息，降低了译码的复杂度。当SNR＝6dB时，R＝2σ的联合球形译码消息传递算法的加法器运算器数目与联合消息传递算法相比约降低了7×10^6，乘法器数目约减少了3.5×10^6。R＝σ的联合球形译码消息传递算法与JMPA相比，加法器数目大约减少了10×10^6，乘法器数目降低了6.5×10^6。
基于STBC编码的下行链路的MIMO-SCMA系统，利用空时编码的分集增益，补偿联合球形译码消息传递算法在系统性能上的损失。引入了STBC编码，使该系统保持优异的误码率性能。信噪比相同的情况下，在引入STBC编码的系统中，联合球形译码消息传递算法的误码率要比未引入STBC编码的系统中的误码率更低。引入STBC编码使系统获得了分集增益，降低了通信系统的差错概率，很大程度上补偿了联合球形译码消息传递算法由于引入半径R而造成的性能上的损失。
为了验证S-JMPA算法降低复杂度的能力以及在基于STBC编码的MIMO-SCMA系统中误码率性能上的提升，在matlab平台上进行了仿真实验，得到表1的仿真参数和图4、5、6的性能比较。
表1仿真参数
Figure BDA0002245457390000096
Figure BDA0002245457390000101
如图4的算法误码率-信噪比性能曲线所示，在参数R不变，信噪比相同的情况下，在引入STBC编码的系统中，联合球形译码消息传递算法的误码率要比未引入STBC编码的系统中的误码率更低。引入STBC编码使系统获得了分集增益，降低了通信系统的差错概率，很大程度上补偿了联合球形译码消息传递算法由于引入半径R而造成的性能上的损失。
如图5的三种算法的收敛速率对比所示，当MIMO-SCMA系统引入STBC编码后，算法的收敛速度不受影响，均在迭代5次以后达到收敛，即本文提出联合球形译码消息传递算法需要的最佳迭代次数与原始联合消息传递算法的相同，保持了系统良好的收敛性能。
如图6的联合球形译码消息传递算法、联合消息传递算法的复杂度对比所示，当SNR＝6dB时，R＝2σ的联合球形译码消息传递算法的加法器运算器数目与联合消息传递算法相比约降低了7×10^6，乘法器数目约减少了3.5×10^6，R＝σ的联合球形译码消息传递算法与联合消息传递算法相比，加法器数目大约减少了10×10^6，乘法器数目降低了6.5×10^6。半径R越小，联合球形译码消息传递算法的复杂度降低得越明显。
综上，本发明的方法由于结合了联合球形译码检测算法和基于STBC编码的MIMO-SCMA系统结构，因此在联合球形译码检测算法显著降低译码复杂度的同时，基于STBC编码的MIMO-SCMA系统结构，能够使系统的译码性得到保证，实现了信号的可靠传输。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种用于MIMO-SCMA系统的低复杂度高译码性能的方法，定义用户码本大小为M，接入用户数为J、发射天线数目为NT、接收天线数目为NR，其特征在于，包括：
联合球形译码消息传递算法，用于降低系统译码的复杂度；
基于STBC编码的MIMO-SCMA系统结构，用于保证译码的性能；
所述方法的信号传输过程为：
步骤1：用户j将符号流
Figure FDA0002245457380000011
直接映射到K维复数域的稀疏码字
Figure FDA0002245457380000012
上，其中，j＝1,2…J，n＝1,2,…；
步骤2：在基站端，第Nt个发射天线上，将所有J个用户选择的码字叠加起来，得到该天线需要发送的码字：
Figure FDA0002245457380000013
其中，t＝1,2…T；
步骤3：在第一个采样时间，通过STBC编码技术将相邻的调制符号x1,x2映射到发射天线端口上；在随后的采样时间中，交换符号并取共轭-[x2]*,[x1]*映射到发射天线端口上，以进行传输；
步骤4：在接收端，用户j在接收天线Nr上的接收信号可以表示为：
Figure FDA0002245457380000014
其中，r＝1,2…R，
Figure FDA0002245457380000015
为用户j在接收天线Nr上的噪声向量，
Figure FDA0002245457380000016
为发射天线Nt上的发射信号向量；
步骤5：用STBC解码器将用户j接收到的NT个天线上的数据进行合并，再将合并后的信息yj传输到SCMA解码器中，用联合球形译码消息传递算法进行译码，得出用户j的发送码字
Figure FDA0002245457380000017
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，联合因子图对应的MIMO-SCMA系统的联合矩阵为：
Figure FDA0002245457380000021
其中，FNt表示发射天线Nt上的因子矩阵。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4中，用户j在接收天线Nr上的接收信号还可以表示为：
Figure FDA0002245457380000022
其中，
Figure FDA0002245457380000023
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述联合球形译码消息传递算法的译码步骤为：
步骤6：设定一个半径为R的球，将合成星座图上的星座点划分为位于球内置信度高的第一部分和位于球外置信度低的第二部分，其中，虚拟资源节点k′上的合成码字数目为
Figure FDA0002245457380000024
步骤7：每个虚拟资源节点k′只需搜索所述第一部分的球内合成星座点所对应的Φ(k′)个合成码字。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，由用户j在天线Nt下的信道增益
Figure FDA0002245457380000025
和传输符号
Figure FDA0002245457380000026
可得到虚拟用户j′的虚拟码本，表示如下：
Figure FDA0002245457380000027
虚拟资源节点k′处的接收信号表示为：
Figure FDA0002245457380000028
其中，
Figure FDA00022454573800000210
表示与虚拟资源节点k′相连的
Figure FDA0002245457380000029
个码字集合，Nk′为均值为0，方差为σ2的高斯白噪声；
由式(5)和(6)可知，虚拟接收信号yk′与第m个码字星座点之间的欧氏距离不为0，表示如下：
Figure FDA0002245457380000031
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在联合消息传递算法的基础上利用半径R选择置信度高的码字信息进行迭代译码，得到联合球形译码消息传递算法，所述联合球形译码消息传递算法中的消息更新公式如下：
更新一：虚拟资源节点消息更新:
Figure FDA0002245457380000032
其中，ψk′→j′表示虚拟资源k′向虚拟用户j′传递的消息；γp′→k′表示虚拟用户节点p′向虚拟资源节点k′传递的消息；t表示迭代次数；
更新二：虚拟用户节点信息更新：
Figure FDA0002245457380000033
其中，
Figure FDA0002245457380000034
表示所有与虚拟资源节点k′相连的虚拟用户节点的集合；
Figure FDA0002245457380000035
表示所有与虚拟用户节点j′相连的虚拟资源节点的集合。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，算法达到预先设定的最大迭代次数tmax后，每个用户各自的码字输出概率可由下式得到：
Figure FDA0002245457380000036
8.根据权利要求1所述方法的MIMO-SCMA系统，其特征在于，基于STBC编码的MIMO-SCMA系统结构包括：
多个码本M，其分别对应于不同用户；
基站端，用于在第Nt个发射天线上，将所有J个用户选择的码字叠加起来，得到该天线需要发送的码字，其中，t＝1,2…T,j＝1,2…J；
STBC编码器，用于在第一个采样时间，通过STBC编码技术将相邻的调制符号x1,x2映射到发射天线端口上；在随后的采样时间中，交换符号并取共轭-[x2]*,[x1]*映射到发射天线端口上，以进行传输；
接收端，用于得到用户j在接收天线Nr上的接收信号，r＝1,2…R；
STBC解码器，用于将用户j接收到的NT个天线上的数据进行合并，再将合并后的信息yj传输到SCMA解码器中；
SCMA解码器，用联合球形译码消息传递算法进行译码，得出用户j的发送码字
Figure FDA0002245457380000041
CN201911011140.8A 2019-10-24 2019-10-24 用于mimo-scma系统的低复杂度高译码性能的方法 Pending CN111082894A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911011140.8A CN111082894A (zh) 2019-10-24 2019-10-24 用于mimo-scma系统的低复杂度高译码性能的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911011140.8A CN111082894A (zh) 2019-10-24 2019-10-24 用于mimo-scma系统的低复杂度高译码性能的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111082894A true CN111082894A (zh) 2020-04-28

Family

ID=70310546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911011140.8A Pending CN111082894A (zh) 2019-10-24 2019-10-24 用于mimo-scma系统的低复杂度高译码性能的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111082894A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112350814A (zh) * 2020-10-20 2021-02-09 新疆大学 一种高效的上行链路scma码本设计
CN116938336A (zh) * 2023-09-18 2023-10-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 多天线激光通信系统的信号合并方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101216547A (zh) * 2007-12-27 2008-07-09 哈尔滨工程大学 基于迭代消息传递算法的多用户检测器
US20160072660A1 (en) * 2012-11-16 2016-03-10 Huawei Technologies Co., Ltd. Systems and Methods for Sparse Code Multiple Access
CN105554865A (zh) * 2015-11-09 2016-05-04 哈尔滨工业大学 一种基于stbc的mimo-scma系统下行链路设计方法
CN105553900A (zh) * 2015-12-23 2016-05-04 哈尔滨工业大学 一种空间调制信号的球形译码方法
CN105721106A (zh) * 2016-01-27 2016-06-29 电子科技大学 基于串行策略的scma上行通信系统多用户检测方法
CN107181567A (zh) * 2017-05-12 2017-09-19 电子科技大学 一种基于门限的低复杂度mpa算法
US20180183508A1 (en) * 2016-12-22 2018-06-28 Qualcomm Incorporated Pucch transmit diversity with one-symbol stbc
WO2018182233A1 (ko) * 2017-03-30 2018-10-04 엘지전자 주식회사 무선통신시스템에서 직교 또는 비직교 부호 다중 접속 기법을 사용하여 통신을 수행하는 방법 및 장치
WO2018212543A1 (ko) * 2017-05-18 2018-11-22 엘지전자 주식회사 무선통신시스템에서 경쟁 기반으로 상향링크 데이터를 전송하는 방법 및 장치

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101216547A (zh) * 2007-12-27 2008-07-09 哈尔滨工程大学 基于迭代消息传递算法的多用户检测器
US20160072660A1 (en) * 2012-11-16 2016-03-10 Huawei Technologies Co., Ltd. Systems and Methods for Sparse Code Multiple Access
CN105554865A (zh) * 2015-11-09 2016-05-04 哈尔滨工业大学 一种基于stbc的mimo-scma系统下行链路设计方法
CN105553900A (zh) * 2015-12-23 2016-05-04 哈尔滨工业大学 一种空间调制信号的球形译码方法
CN105721106A (zh) * 2016-01-27 2016-06-29 电子科技大学 基于串行策略的scma上行通信系统多用户检测方法
US20180183508A1 (en) * 2016-12-22 2018-06-28 Qualcomm Incorporated Pucch transmit diversity with one-symbol stbc
WO2018182233A1 (ko) * 2017-03-30 2018-10-04 엘지전자 주식회사 무선통신시스템에서 직교 또는 비직교 부호 다중 접속 기법을 사용하여 통신을 수행하는 방법 및 장치
CN107181567A (zh) * 2017-05-12 2017-09-19 电子科技大学 一种基于门限的低复杂度mpa算法
WO2018212543A1 (ko) * 2017-05-18 2018-11-22 엘지전자 주식회사 무선통신시스템에서 경쟁 기반으로 상향링크 데이터를 전송하는 방법 및 장치

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHANGJI WU: "Low complexity uplink SFBC-based MIMO-SCMA joint decoding algorithm", 《2017 3RD IEEE INTEENATIONAL CONFERENCE ON COMPUTER AND COMMUNICATIONS》 *
万娇: "面向5G移动通信系统的MIMO-SCMA技术仿真研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *
张雪婉: "基于SCMA系统的多用户检测消息传递算法", 《计算机工程》 *
田国栋 等: "一种基于球形译码改进的SCMA多用户检测算法", 《中国科技论文》 *
马迎新: "稀疏码多址中多用户检测算法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112350814A (zh) * 2020-10-20 2021-02-09 新疆大学 一种高效的上行链路scma码本设计
CN112350814B (zh) * 2020-10-20 2023-10-31 新疆大学 一种高效的上行链路scma码本设计方法
CN116938336A (zh) * 2023-09-18 2023-10-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 多天线激光通信系统的信号合并方法
CN116938336B (zh) * 2023-09-18 2023-12-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 多天线激光通信系统的信号合并方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101094684B1 (ko) 무선 라디오 네트워크에서의 분산형 공간-시간 코딩을 위한방법 및 장치
Love et al. Limited feedback diversity techniques for correlated channels
US6987819B2 (en) Method and device for multiple input/multiple output transmit and receive weights for equal-rate data streams
US7397874B2 (en) Method and device for detecting vertical bell laboratories layered space-time codes
Pan et al. Uplink spatial modulation SCMA system
US7227905B2 (en) Open-loop diversity technique for systems employing multi-transmitter antennas
Love On the probability of error of antenna-subset selection with space-time block codes
CN106953671B (zh) 一种移动通信中信号的多址接入方法及装置
CN106301496B (zh) 基于天线选择和预编码的空间调制系统
CN110677182B (zh) 基于上行链路分层空时结构scma码本的通信方法
US20070206697A1 (en) Signal receiving method and signal receiving equipment for multiple input multiple output wireless communication system
CN111082894A (zh) 用于mimo-scma系统的低复杂度高译码性能的方法
Chopra et al. Error analysis of grouped multilevel space-time trellis coding with the combined application of massive MIMO and cognitive radio
Cortez et al. A very low complexity near ML detector based on QRD-M algorithm for STBC-VBLAST architecture
KR20050071546A (ko) 송신 다이버시티 장치, 수신기 및 입력 기호 디코딩 방법
CN113556159A (zh) 一种大规模mimo多用户系统的信道反馈方法
US8514961B2 (en) Method and apparatus for distributed space-time coding in wireless radio networks
Kim Interference suppression for high data rate STBC/SFBC with 1-bit feedback
Da Silva et al. Exploiting spatial diversity in overloaded MIMO LDS-OFDM multiple access systems
Han et al. Enhancing MIMO Capacity Through Space-Time Coding: Analysis And Design Framework
Himsoon et al. Differential unitary space-time signal design using matrix rotation structure
Shan et al. Signal constellations for differential unitary space-time modulation with multiple transmit antennas
Priya et al. H∞-dCNN: Enhancing the SNR using Deep Learning Algorithm in Wireless Communication System
CN114050853B (zh) 基于联合非正交码本与预编码设计的多用户mimo传输方法
Dawi et al. Performance of DSTM MIMO Systems with 2, 4 and 8 Transmit Antennas Using Extensions of the Weyl Group

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200428