多用户共享接入技术上行链路的先并后串多用户检测方法技术

多用户共享接入技术上行链路的先并后串多用户检测方法，本发明专利技术涉及上行链路多用户检测方法。本发明专利技术的目的是为了解决现有MMSE‑SIC检测算法计算复杂度高、处理时延大；MMSE‑PIC检测算法检测性能差；以及准并行干扰消除检测算法计算复杂度和处理时延相比MMSE‑SIC更小，检测性能相比MMSE‑PIC更好，但是检测性能仍然较差的问题。一、每个用户将各自的调制符号通过一条高斯白噪声信道传输，在接收端接收到信号；二、计算每个用户的SINR；三、设置门限值M；取SINRk≥M的情况做PIC检测；四、将SINRk≥M的所有用户从K个用户中除去，计算剩余用户的SINR，执行三，直至剩余用户为0。本发明专利技术用于多用户检测领域。

【技术实现步骤摘要】
多用户共享接入技术上行链路的先并后串多用户检测方法
本专利技术涉及上行链路多用户检测方法。
技术介绍
非正交多址接入技术、基本多用户检测算法、MUSA上行链路多用户检测算法1.非正交多址接入技术由于移动互联网和物联网的快速发展，以及用户需求的不断增加，现有的第四代移动通信系统(4G)已经无法满足需求，因此提出了第五代移动通信系统(5G)。由于传统移动通信系统使用的正交多址接入技术，包括FDMA、TDMA、CDMA和OFDMA，都无法应对未来通信大业务量的需求，因此在5G中提出了非正交多址接入(Non-OrthogonalMultipleAccess，NOMA)技术。现有的NOMA技术包括：功率域NOMA技术、稀疏码多址接入(SparseCodeMultipleAccess，SCMA)技术、多用户共享接入(Multi-UserSharedAccess，MUSA)技术和图样分割多址接入(PatternDivisionMultipleAccess，PDMA)技术。NOMA技术核心思想是给各个用户分配非正交的资源，因此可以提高频谱效率、提升系统容量，实现更高效率通信的目标。但是由于NOMA技术中不同用户所占用的资源非正交，接收端的各个用户信息之间会产生多址干扰(Multi-AddressInterference，MAI)，因此NOMA的接收端需要进行多用户检测。本专利技术主要针对MUSA技术上行链路接收端的多用户检测算法进行改进。上行链路是指用户发送信息，基站接收信息的通信过程。2.基本多用户检测算法多用户检测分为最优多用户检测和次最优多用户检测。最优多用户检测一般指传统的最大似然(MaximumLikelihood，ML)检测算法，如式(2)所示。该算法采用穷举遍历的思想，因此检测性能很好，但复杂度高，难以实际应用。次最优多用户检测包括线性检测算法和非线性检测算法。线性检测是将接收信号直接与线性算子相乘，如式(3)所示，ω为线性算子。该检测算法十分简单，但是存在对噪声的放大作用，因此检测性能较差。线性检测算法主要包括迫零(ZeroForcing，ZF)检测算法和最小均方误差(MinimumMeanSquareError，MMSE)检测算法。ZF检测算法的线性算子(求解矩阵)为ω＝(HTH)-1HT，MMSE检测算法的线性算子为ω＝(HHT+σ2I)-1HT。ZF检测相对MMSE检测计算更加简单，但是对噪声的放大影响更大，检测性能更差。非线性检测主要指干扰消除算法，包括并行干扰消除(ParallelInterferenceCancellation，PIC)算法和串行干扰消除(SuccessiveInterferenceCancellation，SIC)算法。干扰消除检测算法的思想是将其他用户的数据看作是对待检测用户数据的干扰，采用将其他用户数据重构消除的方法来得到待检测用户的数据。SIC检测算法是逐个检测用户数据，并将检测到的用户数据逐个重构消除，之后检测的用户数据受其他用户数据的干扰就会减小，这样依次检测，直至全部用户检测完成。SIC的结构框图如图5所示。在SIC算法中，由于误码传播的特点，前一个用户数据的检测正确与否会直接影响下一个甚至之后的用户的数据检测。因此需要对用户的信干噪比(SignaltoInterferenceplusNoiseRatio，SINR)进行计算排序，优先检测SINR大的用户，因为用户的SINR越大，越容易检测，且误码性能越好。SIC算法主要包括三个步骤：排序、检测和重构消除。首先计算接收信号中各个用户的SINR，按照SINR的大小对各个用户进行排序；然后进行线性检测，检测待检测用户中SINR最大的，得到该用户的数据；最后将检测得到的用户数据进行编码调制，重构后的数据从接收信号中消除，得到更新后的接收信号。然后不断重复以上步骤，直至所有用户的数据都能够被检测出来。串行干扰消除算法需要进行SINR计算排序，还要对多个用户的数据依次检测重构消除，算法的计算复杂度和处理时延会随着用户数的增加不断增加。因此，考虑选择采用并行干扰消除算法。PIC算法的主要步骤是检测和重构消除，不需要对用户进行SINR的计算排序，而是首先对所有用户进行并行的线性检测，得到所有用户的初始估计数据，然后将检测后的数据送入PIC检测器，在PIC检测器中进行并行的重构和消除，如式(4)所示，之后重复上面的过程，迭代更新各用户的估计数据，最后得到可信赖的所有用户的数据。PIC检测算法中，在进行线性检测时，由于其他用户造成的多址干扰的影响严重，所以其误码性能不如SIC算法。但是其不需要计算各用户的SINR，所以计算复杂度低，同时由于是并行的对各用户数据进行处理，所以其处理时延小。SIC算法是对各个用户进行依次检测、逐个消除，算法的时延与用户数有关，用户数越多，时延越大；PIC算法是并行的进行线性检测和重构消除，但是为了提高估计数据的准确性，需要进行重复迭代过程，所以算法的处理时延主要与迭代次数有关。3.MUSA上行链路多用户检测算法MUSA上行链路接入模型如图1所示。在发射端，各用户的原始数据首先进行编码和星座映射，得到各用户的调制符号，然后各用户随机选择扩展序列，将各自的调制符号进行扩展，得到扩展之后的数据。各个用户扩展之后的数据可以通过多用户共享信道进行传输，各个用户可以占用相同的时频资源。在接收端，接收到的数据首先通过线性模块进行线性处理，得到各用户的初始估计数据，线性检测的检测性能较差，需要在之后通过干扰消除技术将其他用户对该用户的多址干扰消除掉，再通过解调译码，最终得到各用户的原始数据。由于各个用户所选择的扩展序列不要求具有严格的正交性，因此属于非正交多址接入技术。MUSA上行链路使用复数域多元码序列作为扩展序列，复数域多元码序列由于实部和虚部设计的自由性，在码序列长度很短时也能具有很低的互相关性。使用复数域多元码序列来作为扩展序列，不仅能够满足系统的高用户过载性能，还能够有效减少系统的处理复杂度、处理时延以及系统功耗。一种复数域多元码序列，其序列码的实部和虚部都取值于多元实数集为，如图8a所示。根据星座图可以得到，该种情况下，可选的复数码的集合为{1+i,-1+i,-1-i,1-i}。由于5G通信系统需要大量的具有低的互相关性的扩展序列来支持大量的用户免调度接入。如图8a所示的复数码可选的元素个数为4，则对于长度为L的扩展序列，可选的码序列个数为4L。如果扩展序列的长度为4，则总共可选的码序列个数为256个。将复数码的实部和虚部可选的元素个数设为M，另一种可能的复数扩展码序列的M＝3，如图8b所示。这种序列的复数码的实部和虚部取值于多元实数集{1,0,-1}，因此，可选的复数码的集合为{0,1,1+i,i,-1+i,-1,-1-i,-i,1-i}，可选的复数码序列的个数为9L。如果扩展序列的长度为4，则可选的码序列个数为6561个，数量相比M＝2的复数码大大增加。MUSA上行链路接收端现有三种典型的多用户检测算法，MMSE-SIC检测算法、MMSE-PIC检测算法以及改进的准并行干扰消除检测算法(MMSE-2SIC)。MMSE-SIC检测算法的线性处理模块采用MMSE线性运算，干扰消除模块采用串行干本文档来自技高网...

【技术保护点】
多用户共享接入技术上行链路的先并后串多用户检测方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤一、假设发射端有K个用户，每个用户随机选择扩展序列，然后每个用户将各自的调制符号根据随机选择的扩展序列扩展后通过一条高斯白噪声信道传输，在接收端接收到信号R；所述调制符号为各个用户的信号分别进行Turbo编码和QPSK调制得到的；其中Turbo编码中加入CRC校验；步骤二、计算每个用户的SINR；步骤三、令所有用户接收信号均等于R，设置门限值M；取SINRk≥M的情况，对SINRk≥M的所有用户做PIC检测，过程为：步骤三一、将SINRk≥M的各个用户的接收信号进行MMSE检测、QPSK解调、Turbo译码，得到SINRk≥M的各个用户的接收信号检测结果；步骤三二、根据Turbo编码中加入的CRC校验码判断Turbo译码是否正确；若Turbo译码正确，对译码正确的所有用户的接收信号检测结果分别进行Turbo编码、QPSK调制、扩展、乘以信道系数的重构处理，得到译码正确的所有用户的重构处理后的数据；执行步骤三三；若Turbo译码错误，执行步骤三三；步骤三三、对K个用户的接收信号进行更新，过程为：对K个用户分别用信号R减去译码正确的用户中除自身用户外的所有用户的重构处理后的数据，得到K个用户新的接收信号；步骤三四、重复执行步骤三一～步骤三三1次或2次；步骤四、将SINRk≥M的所有用户从K个用户中除去，计算剩余用户的SINR，执行步骤三，直至剩余用户为0。...

【技术特征摘要】
1.多用户共享接入技术上行链路的先并后串多用户检测方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤一、假设发射端有K个用户，每个用户随机选择扩展序列，然后每个用户将各自的调制符号根据随机选择的扩展序列扩展后通过一条高斯白噪声信道传输，在接收端接收到信号R；所述调制符号为各个用户的信号分别进行Turbo编码和QPSK调制得到的；其中Turbo编码中加入CRC校验；步骤二、计算每个用户的SINR；步骤三、令所有用户接收信号均等于R，设置门限值M；取SINRk≥M的情况，对SINRk≥M的所有用户做PIC检测，过程为：步骤三一、将SINRk≥M的各个用户的接收信号进行MMSE检测、QPSK解调、Turbo译码，得到SINRk≥M的各个用户的接收信号检测结果；步骤三二、根据Turbo编码中加入的CRC校验码判断Turbo译码是否正确；若Turbo译码正确，对译码正确的所有用户的接收信号检测结果分别进行Turbo编码、QPSK调制、扩展、乘以信道系数的重构处理，得到译码正确的所有用户的重构处理后的数据；执行步骤三三；若Turbo译码错误，执行步骤三三；步骤三三、对K个用户的接收信号进行更新，过程为：对K个用户分别用信号R减去译码正确的用户中除自身用户外的所有用户的重构处理后的数据，得到K个用户新的接收信号；步骤三四、重复执行步骤三一～步骤三三1次或2次；步骤四、将SINRk≥M的所有用户从K个用户中除去，计算剩余用户的SINR，执行步骤三，直至剩余用户为0。2.根据权利要求1所述多用户共享接入技术上行链路的先并后串多用户检测方法，其特征在于：所述步骤一中接收端接收到的信号R表示为：

【专利技术属性】
技术研发人员：吴少川，左润东，张佳岩，魏宇明，马康健，周晓康，刘小庆，宋言午，王楠，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23