一种应用准循环矩阵扩展的稀疏标签多址接入方法技术

本发明专利技术涉及一种应用准循环矩阵扩展的稀疏标签多址接入方法，采用QC结构的单位阵循环移位矩阵代替LDS CDMA系统扩频矩阵的非零元素，并适当选取每个循环移位矩阵的移位参数。该方法可以在过载率（用户数/资源数）一定的情况下，通过增大扩频矩阵的规模，获得更好的误比特率（BER）性能。

【技术实现步骤摘要】
一种应用准循环矩阵扩展的稀疏标签多址接入方法
本专利技术涉及一种应用准循环矩阵扩展的稀疏标签多址接入方法，属于无线通信系统中的非正交码分多址接入

技术介绍
目前，主流的无线通信技术是以WCDMA、TD-SCDMA、CDMA-2000为代表的第三代移动通信技术，以LTE-TDD和LTE-FDD为代表的第四代移动通信技术。随着社会发展，通信系统需要更高的吞吐率、更多的接入用户以及更小的通信时延。这些需求也促使了人们对高能效、低时延、高可靠性的第五代移动通信系统(5G)的研究。5G定义了三种应用场景：增强移动宽带、海量机型通信以及高可靠低时延通信。增强移动宽带场景需要更高的传输速率和更大的吞吐率，海量机型通信需要更多的接入以及更低的接收复杂度。传统的正交多址接入无法满足以上需求，因此，非正交多址接入凭借其高谱效率得到了人们的关注。非正交多址接入允许在同样的通信资源(如1个时隙、1个子载波或1个码道)上传输多个用户数据。目前非正交多址接入有功率域和码域两种实现方式。对于功率域的非正交多址接入，在接收端人为引入其他用户干扰，可以获得更高谱效率。每个用户以不同功率在接收端进行叠加，同时在接收端采用串行干扰抵消(SIC)方式对每个用户的数据进行检测。SIC检测器首先对高功率用户进行检测，然后根据信道信息计算出该用户的等效接收信号，从而能够将该用户对其他用户的干扰去除，并以此方法依次检测其他用户信号。码字域的非正交多址接入系统目前有很多实现方法。比如，稀疏码多址接入(SCMA)通过优化扩频序列来得到整形增益以及编码增益。此外，由于其扩频序列的稀疏特性，在接收端可以用较低复杂度的检测器。LDSCDMA可以看作SCMA的一种特殊情况，也是一种高谱效率的多址接入方式，同时在接收端可以采用信息传播算法(MPA)来对不同用户的数据进行检测。相比于最大似然(ML)检测算法，MPA是一种次优的检测算法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种应用准循环矩阵扩展的稀疏标签多址接入方法，扩展后的扩频矩阵在相同的过载率下，有着更好的误比特率性能。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种应用准循环矩阵扩展的稀疏标签多址接入方法，基于非正交多址接入系统，实现系统最大用户数情形下，基站接收来自各用户发送信号的控制方法，包括如下步骤：步骤A.获得系统最少用户数情形下所对应的系统正交资源数Mb，以及系统码字信道数Nb，并基于各用户分别在各系统正交资源上发送信号的情况，生成维度为Mb×Nb的基础标签矩阵Fb，其中，Fb中各元素的值表示各用户在各系统正交资源上是否发送信号，1表示已发送，0表示未发送；然后进入步骤B；步骤B.基于一用户分配一个系统码字信道原则，获得系统最大用户数情形下所对应的系统正交资源数M，以及系统码字信道数N，并基于Z＝M/Mb，获得准循环扩展倍数Z，然后进入步骤C；步骤C.针对基础标签矩阵Fb中的各个元素分别进行扩展；其中，针对非零元素扩展为Z×Z维度单位阵的循环移位矩阵，并获得对应循环移位次数，作为该循环移位矩阵的循环移位参数；以及针对零元素扩展为Z×Z维度的全零矩阵，并定义该全零矩阵的循环移位参数为-1，然后进入步骤D；步骤D.基于基础标签矩阵Fb中各个元素分别扩展所获矩阵的循环移位参数，组合构建循环移位参数矩阵P，即P的维度为Mb×Nb；然后进入步骤E；步骤E.根据循环移位参数矩阵P，针对基础标签矩阵Fb，按准循环扩展倍数Z进行扩展，获得系统准循环分块结构标签矩阵F，即F的维度为M×N，然后进入步骤F；步骤F.针对系统准循环分块结构标签矩阵F，获得各行中非零元素的个数，并作为对应行的行重ρm，m＝{0、…、M-1}，ρm表示F中第m行中非零元素的个数，即第m行的行重；以及获得各列中非零元素的个数，并作为对应列的列重γn，n＝{0、…、N-1}，γn表示F中第n列中非零元素的个数，即第n列的列重；然后进入步骤G；步骤G.针对系统准循环分块结构标签矩阵F中各个非零元素，分别选择相对应的复数因子，进而得到不同的扩频序列，组成扩频矩阵H，然后进入步骤H；步骤H.根据扩频矩阵H，分别为各个用户分配其所对应的扩频序列，然后进入步骤I；步骤I.分别针对各用户对应系统码字信道上的发送信号进行编码、调制，然后分别针对各用户对应系统码字信道上调制后的信号，分别采用用户所对应的扩频序列进行扩频，最后针对不同用户扩频后的信号进行叠加，构成系统最大用户数情形下，基站所接收信号。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤A中，基于系统最少用户数情形下、各用户分别在各系统正交资源上发送信号的情况，采用LDPC奇偶检验矩阵生成方法，生成维度为Mb×Nb的基础标签矩阵Fb。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤G中，分别针对系统准循环分块结构标签矩阵F中的各个非零元素，按如下公式：选择相对应的复数因子，其中，j表示复数的虚部，jm＝{0、…、ρm-1}，jm表示F中第m行中非零元素的序号，表示F中第m行中第jm个非零元素所在的列数，表示e的次方；q表示用户调制阶数，gcd()表示最大公约数运算；w0表示归一化系数，本专利技术所述一种应用准循环矩阵扩展的稀疏标签多址接入方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)本专利技术所设计应用准循环矩阵扩展的稀疏标签多址接入方法，方法简单实用，不再需要对大规模的扩频矩阵进行单独设计；在过载率相同的情况下，同一个检测架构支持任意的用户数和时隙方案；该方法保证了扩频系统的稀疏特性，使接收端仍能应用复杂度低的MPA检测算法；此外，由于扩频矩阵短环的存在，会影响MPA检测算法的性能，所设计循环移位矩阵扩展法，可以保证扩展之后的矩阵最小环大于等于基矩阵的最小环长度；(2)本专利技术所设计应用准循环矩阵扩展的稀疏标签多址接入方法，通过对扩频矩阵的基矩阵进行扩展，在相同的过载率以及同样采用MPA检测算法的情况下，可以达到更好的传输性能；扩展倍数增大时，性能接近于最优QAM以及SCMA系统；(3)本专利技术所设计应用准循环矩阵扩展的稀疏标签多址接入方法，用户数不一定等于扩频系统的接入信道数，实际系统可以根据系统需求，如传输可靠性、接收端计算能力、系统时延要求等选择合适的扩展倍数，增加了系统的灵活性。附图说明图1是本专利技术所设计应用准循环矩阵扩展的稀疏标签多址接入方法的系统框图；图2是采用QPSK调制的LDSCDMA的实施例示意图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。如图1所示，本专利技术设计了一种应用准循环矩阵扩展的稀疏标签多址接入方法，基于非正交多址接入系统，实现系统最大用户数情形下，基站接收来自各用户发送信号的控制方法，实际应用当中，如图1所示，为了求得扩频矩阵H，具体执行包括如下步骤：步骤A.获得系统最少用户数情形下所对应的系统正交资源数Mb，以及系统码字信道数Nb，并基于各用户分别在各系统正交资源上发送信号的情况，采用LDPC奇偶检验矩阵生成方法，生成维度为Mb×Nb的基础标签矩阵Fb，其中，Fb中各元素的值表示各用户在各系统正交资源上是否发送信号，1表示已发送，0表示未发送；然后进入步骤B。上述步骤中采用LDPC奇偶检验矩阵生成方法，但不仅限于此方法，还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用准循环矩阵扩展的稀疏标签多址接入方法，基于非正交多址接入系统，实现系统最大用户数情形下，基站接收来自各用户发送信号的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A.获得系统最少用户数情形下所对应的系统正交资源数Mb，以及系统码字信道数Nb，并基于各用户分别在各系统正交资源上发送信号的情况，生成维度为Mb×Nb的基础标签矩阵Fb，其中，Fb中各元素的值表示各用户在各系统正交资源上是否发送信号，1表示已发送，0表示未发送；然后进入步骤B；步骤B.基于一用户分配一个系统码字信道原则，获得系统最大用户数情形下所对应的系统正交资源数M，以及系统码字信道数N，并基于Z＝M/Mb，获得准循环扩展倍数Z，然后进入步骤C；步骤C.针对基础标签矩阵Fb中的各个元素分别进行扩展；其中，针对非零元素扩展为Z×Z维度单位阵的循环移位矩阵，并获得对应循环移位次数，作为该循环移位矩阵的循环移位参数；以及针对零元素扩展为Z×Z维度的全零矩阵，并定义该全零矩阵的循环移位参数为‑1，然后进入步骤D；步骤D.基于基础标签矩阵Fb中各个元素分别扩展所获矩阵的循环移位参数，组合构建循环移位参数矩阵P，即P的维度为Mb×Nb；然后进入步骤E；步骤E.根据循环移位参数矩阵P，针对基础标签矩阵Fb，按准循环扩展倍数Z进行扩展，获得系统准循环分块结构标签矩阵F，即F的维度为M×N，然后进入步骤F；步骤F.针对系统准循环分块结构标签矩阵F，获得各行中非零元素的个数，并作为对应行的行重ρm，m＝{0、…、M‑1}，ρm表示F中第m行中非零元素的个数，即第m行的行重；以及获得各列中非零元素的个数，并作为对应列的列重γn，n＝{0、…、N‑1}，γn表示F中第n列中非零元素的个数，即第n列的列重；然后进入步骤G；步骤G.针对系统准循环分块结构标签矩阵F中各个非零元素，分别选择相对应的复数因子，进而得到不同的扩频序列，组成扩频矩阵H，然后进入步骤H；步骤H.根据扩频矩阵H，分别为各个用户分配其所对应的扩频序列，然后进入步骤I；步骤I.分别针对各用户对应系统码字信道上的发送信号进行编码、调制，然后分别针对各用户对应系统码字信道上调制后的信号，分别采用用户所对应的扩频序列进行扩频，最后针对不同用户扩频后的信号进行叠加，构成系统最大用户数情形下，基站所接收信号。...

【技术特征摘要】
1.一种应用准循环矩阵扩展的稀疏标签多址接入方法，基于非正交多址接入系统，实现系统最大用户数情形下，基站接收来自各用户发送信号的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A.获得系统最少用户数情形下所对应的系统正交资源数Mb，以及系统码字信道数Nb，并基于各用户分别在各系统正交资源上发送信号的情况，生成维度为Mb×Nb的基础标签矩阵Fb，其中，Fb中各元素的值表示各用户在各系统正交资源上是否发送信号，1表示已发送，0表示未发送；然后进入步骤B；步骤B.基于一用户分配一个系统码字信道原则，获得系统最大用户数情形下所对应的系统正交资源数M，以及系统码字信道数N，并基于Z＝M/Mb，获得准循环扩展倍数Z，然后进入步骤C；步骤C.针对基础标签矩阵Fb中的各个元素分别进行扩展；其中，针对非零元素扩展为Z×Z维度单位阵的循环移位矩阵，并获得对应循环移位次数，作为该循环移位矩阵的循环移位参数；以及针对零元素扩展为Z×Z维度的全零矩阵，并定义该全零矩阵的循环移位参数为-1，然后进入步骤D；步骤D.基于基础标签矩阵Fb中各个元素分别扩展所获矩阵的循环移位参数，组合构建循环移位参数矩阵P，即P的维度为Mb×Nb；然后进入步骤E；步骤E.根据循环移位参数矩阵P，针对基础标签矩阵Fb，按准循环扩展倍数Z进行扩展，获得系统准循环分块结构标签矩阵F，即F的维度为M×N，然后进入步骤F；步骤F.针对系统准循环分块结构标签矩阵F，获得各行中非零元素的个数，并作为对应行的行重ρm，m＝{0、…、M-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜明，杨文超，赵春明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32