基于空间耦合数据传输技术的数据发送、接收方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了基于空间耦合数据传输技术的数据发送、接收方法及装置，通过采用能够用因子图表示数据的编码方式，对所述待发送数据进行编码和调制，接收端可以根据接收的数据和编码矩阵确定各个信道节点、变量节点、校验节点和各个节点之间的消息传递关系，进而构建联合稀疏因子图；由于联合稀疏因子图包含了各个节点之间的消息传递关系，解调和译码均可以利用信道消息和校验消息，相对于现有技术中先用信道消息和变量消息进行解调，再用校验消息和变量消息进行译码的方式，降低了解调和译码过程中的误比特率。

【技术实现步骤摘要】
基于空间耦合数据传输技术的数据发送、接收方法及装置
本专利技术涉及无线通信
，特别涉及基于空间耦合数据传输技术的数据发送、接收方法及装置。
技术介绍
移动通信技术的快速发展，无线通信技术对频谱效率的增加提出了更高的要求，例如，应用在5G(5th-Generation，第五代移动通信)通信中的频谱效率要比应用在4G(4th-Generation，第四代移动通信)通信中频谱效率增加了5到15倍。传统的正交多址技术已经不能满足需求，为了应对这一状况，人们提出了NOMA技术(Non-orthogonalMultipleAccess,非正交多址技术)，如，应用于功率域的NOMA技术，应用于编码域的SCMA技术(SparseCodeMultipleAccess,稀疏码分多址接入技术)、PDMA技术(PatternDivisionMultipleAccess，图样分割多址接入技术)、MUSA技术(Multi-userSharedAccess，多用户共享多址接入技术)、LDS技术(low-densityspreading，低密度扩展的多址接入技术)等。为了进一步提高多址技术应用于移动通信中的频谱效率，人们将基于空间耦合数据传输技术应用到上述多址接入技术中。由于空间耦合低密度奇偶校验码具有门限饱和效应，因此将空间耦合数据传输技术应用到多址接入系统中也具有门限饱和效应，进而能够提升非多址接入系统的频谱效率。基于空间耦合数据传输技术的非正交多址系统中，在信号发送端，对待发送的数据进行编码，如利用LDPC编码(LowDensityParityCheckCode，低密度奇偶校验码)，然后将编码后的数据分成多个数据流，再用预设的空间耦合扩频矩阵对多个数据流进行扩频，然后发送；在接收端，先用信道消息和变量消息对接收到的信号进行解调，再用变量消息和校验消息对解调后的信号进行译码，最后得到最终码字。但是，现有技术中基于空间耦合数据传输技术的非正交多址系统中，接收端是将解调和译码分开执行的，导致它们不能分别都利用信道消息和校验消息，进而导致在信号解调过程的BER(BitErrorRatio，误比特率)较高。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供了基于空间耦合数据传输技术的数据发送、接收方法及装置，以降低在信号解调过程的误比特率。为达到上述目的，本专利技术实施例公开了基于空间耦合数据传输技术的数据发送、接收方法及装置。技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供了基于空间耦合数据传输技术的数据发送方法，包括：获得待发送数据；采用能够用因子图表示数据的数据编码方式，对所述待发送数据进行编码和调制；将调制后的所述数据分成L个数据流；采用预设的空间耦合扩频矩阵H对所述L个数据流进行扩频后获得空间耦合数据流；其中，空间耦合扩频矩阵H中的扩频参数：扩频长度R和叠加数据流个数K，是预先根据所述空间耦合扩频矩阵H和编码矩阵，根据利用高斯算法计算出的每一组扩频参数对应的BER性能和解调译码复杂度确定的；发送所述空间耦合数据流。第二方面，本专利技术实施例还提供了基于空间耦合数据传输技术的数据接收方法，所述方法包括：A、接收数据；B、根据接收的所述数据和编码矩阵，确定各个信道节点、各个变量节点和各个校验节点，以及所述各个信道节点与所述各个变量节点之间的传递关系，和所述各个校验节点与所述各个变量节点之间的传递关系，构成联合稀疏因子图；C、采用预设的置信传播算法，进行迭代计算；每次迭代时，根据各个信道节点与各个变量节点之间的传递关系，计算出各个变量节点消息的本次迭代的中间值；再根据各个校验节点与各个变量节点之间的传递关系，计算出各个变量节点消息的本次迭代的最终值；根据获得的各个变量节点消息的本次迭代的最终值，确定各个变量节点对应的接收数据的译码结果值；当译码结果值满足预设迭代结束条件时，结束迭代计算，输出所述译码结果值。第三方面，本专利技术实施例还提供了基于空间耦合数据传输技术的数据发送装置，所述装置包括：获得模块、编码和调制模块、切分模块、扩频模块和发送模块，其中，所述获得模块，用于获得待发送数据；所述编码和调制模块，用于采用能够用因子图表示数据的数据编码方式，对所述待发送数据进行编码和调制；所述切分模块，用于将调制后的所述数据分成L个数据流；所述扩频模块，用于采用预设的空间耦合扩频矩阵H对所述L个数据流进行扩频后获得空间耦合数据流；其中，空间耦合扩频矩阵H中的扩频参数：扩频长度R和叠加数据流个数K，是预先根据所述空间耦合扩频矩阵H和编码矩阵，根据利用高斯算法计算出的每一组扩频参数对应的BER性能和解调译码复杂度确定的；所述发送模块，用于发送所述空间耦合数据流。第四方面，本专利技术是实施例还提供了基于空间耦合数据传输技术的数据接收装置，所述装置包括：接收模块、构成模块和迭代模块，其中，所述接收模块，用于接收数据；所述构成模块，用于根据接收的所述数据和编码矩阵，确定各个信道节点、各个变量节点和各个校验节点，以及所述各个信道节点与所述各个变量节点之间的传递关系，和所述各个校验节点与所述各个变量节点之间的传递关系，构成联合稀疏因子图；所述迭代模块，用于采用预设的置信传播算法，进行迭代计算；每次迭代时，根据各个信道节点与各个变量节点之间的传递关系，计算出各个变量节点消息的本次迭代的中间值；再根据各个校验节点与各个变量节点之间的传递关系，计算出各个变量节点消息的本次迭代的最终值；根据获得的各个变量节点消息的本次迭代的最终值，确定各个变量节点对应的接收数据的译码结果值；当译码结果值满足预设条件时，结束迭代计算，输出所述译码结果值。本专利技术实施例提供了基于空间耦合数据传输技术的数据发送、接收方法及装置，通过采用能够用因子图表示数据的数据编码方式，对所述待发送数据进行编码和调制，接收端可以根据接收的数据和编码矩阵确定各个变量节点、信道节点、校验节点和各个节点之间的消息传递关系，进而构建联合稀疏因子图；由于联合稀疏因子图包含了各个节点之间的消息传递关系，解调和译码均可以利用信道消息和校验消息，相对于现有技术中先用信道消息和变量消息进行解调，再用校验消息和变量消息进行译码的方式，降低了解调和译码过程中的误比特率。当然，实施本专利技术的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1A为本专利技术实施例提供的基于空间耦合数据传输技术的数据发送方法的流程示意图；图1B为本专利技术实施例提供的基于空间耦合数据传输技术的数据发送原理图；图2为本专利技术实施例提供的扩频矩阵的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的基于空间耦合数据传输技术的数据接收方法的流程示意图；图4A为本专利技术实施例提供的联合稀疏因子图的结构示意图；图4B为本专利技术实施例提供的各节点之间消息传递的示意图；图5为本专利技术实施例提供的迭代计算的流程示意图；图6为对现有技术及本专利技术实施例进行仿真得到的降低误比特率效果的对比图；图7为对现有技术及本专利技术实施例进行仿真得到的降低迭代次数效果的本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于空间耦合数据传输技术的数据发送方法，其特征在于，包括：获得待发送数据；采用能够用因子图表示数据的数据编码方式，对所述待发送数据进行编码和调制；将调制后的所述数据分成L个数据流；采用预设的空间耦合扩频矩阵H对所述L个数据流进行扩频后获得空间耦合数据流；其中，空间耦合扩频矩阵H中的扩频参数：扩频长度R和叠加数据流个数K，是预先根据所述空间耦合扩频矩阵H和编码矩阵，根据利用高斯算法计算出的每一组扩频参数对应的BER性能和解调译码复杂度确定的；发送所述空间耦合数据流。

【技术特征摘要】
1.基于空间耦合数据传输技术的数据发送方法，其特征在于，包括：获得待发送数据；采用能够用因子图表示数据的数据编码方式，对所述待发送数据进行编码和调制；将调制后的所述数据分成L个数据流；采用预设的空间耦合扩频矩阵H对所述L个数据流进行扩频后获得空间耦合数据流；其中，空间耦合扩频矩阵H中的扩频参数：扩频长度R和叠加数据流个数K，是预先根据所述空间耦合扩频矩阵H和编码矩阵，根据利用高斯算法计算出的每一组扩频参数对应的BER性能和解调译码复杂度确定的；发送所述空间耦合数据流。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预先根据所述空间耦合扩频矩阵H和编码矩阵，根据利用高斯算法计算出的每一组扩频参数对应的BER性能和解调译码复杂度，确定扩频参数的步骤，包括：预先根据所述空间耦合扩频矩阵H和编码矩阵，利用高斯算法获得对应的密度进化耦合方程式为：其中，为第l个数据流第i次迭代的信干噪声比；为解调时第l个数据流第i次迭代的信干噪声比；表示在t时间内的干扰噪声功率；为第i次迭代时校验节点输出的对数似然比均值；Kt为在时间t范围内叠加的数据流个数，取值范围为β到K；ζ为第i次迭代的后验均值估计均方差求解函数；dv表示变量节点的度分布；β为系统负载；K为最大叠加数据流个数；R为扩频长度；为白色加性高斯噪声信道的噪声值方差；将预设的多组扩频参数分别代入上述公式，输出每组扩频参数对应的BER值和解调译码复杂度；根据BER性能由低到高对每组扩频参数进行排序，由用户根据排序后的序列，结合解调译码的复杂度确定出一组扩频参数；将用户确定出的一组扩频参数，确定为扩频矩阵H中使用的扩频参数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：由R/K的多重卷积置换矩阵构成第一矩阵；将所述第一矩阵的每一行乘以一个伪随机序列，确定出空间耦合扩频矩阵H；所述采用预设的空间耦合扩频矩阵H对所述L个数据流进行扩频后获得空间耦合数据流的步骤，包括：利用所述空间耦合扩频矩阵H对所述L个数据流的每一数据流进行扩频；将扩频之后的所有数据流相叠加后，再乘以一个归一化的功率因子，获得空间耦合数据流；所述发送所述空间耦合数据流，包括：利用加性高斯白噪声信道将所述空间耦合数据流发送出去。4.基于空间耦合数据传输技术的数据接收方法，其特征在于，所述方法包括：A、接收数据；B、根据接收的所述数据和编码矩阵，确定各个信道节点、各个变量节点和各个校验节点，以及所述各个信道节点与所述各个变量节点之间的传递关系，和所述各个校验节点与所述各个变量节点之间的传递关系，构成联合稀疏因子图；C、采用预设的置信传播算法，进行迭代计算；每次迭代时，根据各个信道节点与各个变量节点之间的传递关系，计算出各个变量节点消息的本次迭代的中间值；再根据各个校验节点与各个变量节点之间的传递关系，计算出各个变量节点消息的本次迭代的最终值；根据获得的各个变量节点消息的本次迭代的最终值，确定各个变量节点对应的接收数据的译码结果值；当译码结果值满足预设迭代结束条件时，结束迭代计算，输出所述译码结果值。5.根据权利要求4，其特征在于，所述步骤C，具体包括：C1、初始化各个信道节点传递到各个变量节点的第一消息的当前值，和各个校验节点到各个变量节点的第二消息的当前值；所述第一消息为各个所述信道节点传递到各个所述变量节点的对数似然比；所述第二消息为各个所述校验节点传递到各个所述变量节点的对数似然比；C2、根据所述各个第一消息的当前值，确定各个变量节点消息的当前值；所述各个变量节点消息为各个变量节点的对数似然比；C3、根据所述各个第一消息的当前值和各个变量节点消息的当前值，采用预设的并行调度的置信传播算法进行第一计算，获得各个第一消息的更新值；C4、根据所述第一消息的更新值，获得各个变量节点消息的本次迭代的中间值；C5、根据所述各个第二消息的当前值和各个变量节点消息的本次迭代的中间值，采用所述预设的并行调度置信传播算法进行第二计算，获得各个第二消息的更新值；C6、根据所述第二消息的更新值，获得各个变量节点消息的本次迭代的最终值；C7、根据各个变量节点消息的本次迭代的最终值，确定各个变量节点对应的接收数据的译码结果值；C8、判断所述译码结果值是否满足预设条件；C9、如果是，则结束迭代计算，输出所述译码结果值；C10、如果否，将所述第一消息的更新值确定为第一消息的当前值，将所述第二消息的更新值确定为第二消息的当前值，将所述各个变量节点消息的本次迭代的最终值确定为各个变量节点消息的当前值，返回步骤C3，执行下一次迭代。6.根据权利要求5，其特征在于，所述C3，具体包括：C31、根据所述各个第一消息的当前值和各个变量节点消息的当前值，按如下公式，计算变量节点传递到信道节点的第三消息的当前值；其中，为第i-1次迭代时，针对第l个数据流变量节点传递到信道节点的第三消息的当前值；为第i次迭代时，针对第l个数据流变量节点消息的当前值；为第i-1次迭代时，针对第l个数据流第一消息的当前值；i为迭代次数；l为第l个数据，l值从0到L-1，t为某一接收时间范围，t取值为0到T-1，m为第l个数据流中的第m个变量节点，m取值为0到M-1；n为时间t范围内第n时刻，n取值为0到N-1；C32、根据所述根据第三消息的当前值，采用预设的并行调度的置信传播算法进行第一计算，获得第一消息的更新值；所述步骤C4，包括：按如下公式，计算各个变量节点消息的本次迭代的中间值；其中，为第i次迭代时，针对第l个数据流变量节点消息的本次迭代的中间值；为第i次迭代时，针对第l个数据流变量节点消息的当前值；为第i-1次迭代时，针对第l个数据流第一消息当前值；为第i次迭代时，针对第l个数据流第一消息更新值；i为迭代次数；l为第l个数据流，l取值从0到L-1，t为某一接收时间范围，t的取值从0到T-1；m为第l个数据流中的第m个变量节点，m取值为0到M-1；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宁波，康桂霞，刘正宣，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11