极化码编码的SCMA的联合检测译码算法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于置信传播（belief proportion，BP）的稀疏码多址接入（Sparse code multiple acess，SCMA）检测和极化码（polar code）译码的联合检测译码算法和装置，来进一步提高通信系统的稳定性，降低误码率。该方法通过将SCMA BP检测的因子图和极化码译码的因子图结合起来，使得他们之间的概率信息可以流通，进而使得概率信息可以具有更高精度而且可以更快的收敛速度。

Joint detection and decoding algorithm and device for SCMA coded by polarization code

The invention discloses a method based on belief propagation (belief proportion, BP) of the sparse code multiple access (Sparse code multiple acess, SCMA) detection and polarization code (polar code) joint detection and decoding algorithm and decoding device, to further improve the stability of the communication system, reduce the error rate. The SCMA factor graph BP detection factor graph and polarization decoding combined, the probability information between them can be in circulation, which makes convergence probability information can have more high precision and faster.

【技术实现步骤摘要】
极化码编码的SCMA的联合检测译码算法及装置
本专利技术属于空时编码和信道编码
，具体涉及一种极化码编码的SCMA的联合检测译码算法及装置。
技术介绍
面对5G通信对于传输各方面要求的提高，稀疏码多址接入(SparseCodeMultipleAccess，SCMA)正受着广泛的研究。由于SCMA技术能提高频谱资源的利用效率，并且能在一定程度上调解用户间干扰，成为5G通信的十分有前景的空口技术。极化码自2008年被提出以来，一直受人们关注。极化码是第一个理论上可以达到香浓极限的码，如今极化码被列为5G标准码，使用于增强移动宽带场景。对于PolarSCMA系统，传统的分离检测译码(separateddetectionanddecoding，SDD)对接收信号首先做SCMA检测，然后将检测得到的软信息送给译码器进行译码得到译码结果。本专利技术提出的联合检测译码算法(Iterativedetectionanddecoding，IDD)可以使得polarSCMA系统的可靠性进一步提升，从而降低误码率。
技术实现思路
专利技术目的：为了满足一些对误码率有更高要求的场合，本专利技术提出了基于极化码编码的SCMA联合检测译码算法及装置，通过将SCMA检测和极化码译码的因子图合并，从而使得两张图内的概率信息可以相互传递，这样可以使得误码率降低，并且提高收敛速度。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种极化码编码的SCMA的联合检测译码算法，将SCMA检测和极化码译码的因子图合并起来，使得检测和译码之间的概率信息可以相互传递，在联合检测译码的迭代中，包括如下步骤：(1)SCMA检测因子图内部用户节点和功能节点间至少进行一次迭代更新，得到用户节点的符号概率信息；(2)将SCMA检测得到的符号概率信息传递给MAP节点映射为比特概率信息，并将比特概率信息传递给极化码译码因子图；(3)译码因子图内部进行至少一次迭代更新后，将比特概率信息传给MAP节点映射为符号概率信息后回传给SCMA检测因子图，进行下一轮迭代。在具体的实施方式中，步骤(1)中功能节点传递给用户节点的符号概率信息计算公式为：其中，表示SCMA第z次传输，第k个FN传给第j个UN关于符号m的概率信息，c1,c2,..cdr-1表示dr-1个的符号，dr是LDPC每行为1的元素个数，cτj(l)这串符号中给第l个UN的符号，N(k)是所有与的第k个FN相连的UN的集合，是一个常数因子，其表达式为其中N0是噪声功率，yj是接收向量的第j个符号，hk,l是调节系数。3、根据权利要求1所述的一种极化码编码的SCMA的联合检测译码算法，其特征在于，步骤(2)中按照公式将SCMA检测得到的符号概率信息映射给译码模块的左信息，是归一化后的第j个UN符号为m的概率信息，n为译码因子图的级数，z＝1,2,..Z,d＝1,2,…B,其中Z是SCMA传输的次数，B是一个SCMA符号所代表的比特数，MAP-1表示将符号概率信息转换为比特概率信息。在具体的实施方式中，步骤(3)中按照公式将译码模块得到的比特概率信息传递给SCMA检测模块的用户节点，其中是传回的第j个UN符号为m的概率信息，n为译码因子图的级数，z＝1,2,..Z,d＝1,2,…B,其中Z是SCMA传输的次数，B是一个SCMA符号所代表的比特数，MAP表示将比特概率信息转换为符号概率信息，α在0-1之间。在具体的实施方式中，步骤(3)中根据公式更新用户节点传递给功能节点的概率信息，进入下一次迭代，其中是译码模块传回的第j个UN符号为m的概率信息，表示SCMA第z次传输，第k个FN传给第j个UN关于符号m的概率信息。实现上述的一种极化码编码的SCMA的联合检测译码算法的装置包括：SCMA检测因子图模块，包括若干用户节点单元和功能节点单元；极化码译码因子图模块，包括若干用于迭代式运算的基本计算单元；第一概率信息映射模块，包括若干第一映射单元，用于将基于符号的概率信息转换为基于比特的概率信息；第二概率信息映射模块，包括若干第二映射单元，用于将基于比特的概率信息转换为基于符号的概率信息；第一固有信息交换存储器，用于存储由经译码因子图迭代更新后的比特概率信息；以及第二固有信息交换存储器，用于存储来自SCMA检测因子图传出的经转换后的比特概率信息。有益效果：本专利技术首次将SCMA检测(置信传播(BP)检测)与极化码译码(BP译码)结合起来。在本专利技术中，SCMA检测和极化码译码的因子图被合并起来，使得检测和译码之间的信息可以相互传递。不同于以前的分离检测译码(separateddetectionanddecoding，SDD)，该方法允许极化码译码得到软信息通过网络传回MIMO检测器，软信息更新后再传回。即信息可以在网络中前后两方向流动，而SDD只允许信息从检测器流向译码器。本专利技术可以适用于现行5G的使用极化码的增强移动宽带场景，可以进一步提高polarSCMA系统的可靠性。附图说明图1为联合检测译码的系统框图。图2为SCMA检测的因子图。图3为Polar译码的因子图。图4为polarSCMA联合检测的因子图。图5为各种方法的误码率结果图。图6为整体硬件架构示意图。图7为局部硬件架构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。为了便于理解本专利技术实施例的
技术实现思路
，首先对极化码编码的SCMA系统的信道模型以及现有的分离的SCMA检测算法和极化码译码算法做简单说明。信道模型在极化码编码的SCMA系统中(如图1)，准备传输的一串比特首先被极化码编码。不妨设该码码长为N＝2n，信息位长度为K，信息比特的序号集是A。这个编码过程可以表示为x＝uG其中x是N×1的编码后的序列，u是N×1的将信息比特按照A放置的未编码序列，G是N×N的生成矩阵。在一个有J个用户，每个用户码集有Ms个码字，Ks个资源的SCMA系统中。每个码字相当于B＝log2Ms个比特的信息，这样每个用户传送N个比特需要Z＝N/B次传输。例如第j个用户的编码后的信息x，经过映射变成一系列码集中的码字SCMA传输模型如下，其中z用来记录传输的序号，w是加性高斯白噪声。yz和都是Ks×1的向量。接收端接收到yz，根据它求得发送端的序列。SCMA检测SCMA的BP检测是一个符号概率不断迭代收敛的过程，用户节点(UserNode，UN)和功能节点(FunctionNode，FN)相互传递对于有关符号的概率信息，使得符号的概率收敛(如图2)。SCMA的BP检测算法的大致流程为：1)初始化用户节点传给功能节点(UN-to-FN)的概率信息。初始化SCMA第z次传输，在第j个UN传给第i个FN认为该符号是m的概率为1/Ms，即令2)进行迭代检测，每轮迭代过程包括如下步骤：(2.1)功能节点根据UN-to-FN信息计算FN传递给UN(FN-to-UN)的概率信息，并将信息传给用户节点，计算公式为：其中，表示SCMA第z次传输，第k个FN传给第j个UN关于m的概率信息，c1,c2,..cdr-1表示dr-1个的符号、cτj本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极化码编码的SCMA的联合检测译码算法，其特征在于，将SCMA检测和极化码译码的因子图合并起来，使得检测和译码之间的概率信息可以相互传递，在联合检测译码的迭代中，包括如下步骤：(1)SCMA检测因子图内部用户节点(UN)和功能节点(FN)间至少进行一次迭代更新，得到用户节点的符号概率信息；(2)将SCMA检测得到的符号概率信息传递给MAP节点映射为比特概率信息，并将比特概率信息传递给极化码译码因子图；(3)译码因子图内部进行至少一次迭代更新后，将比特概率信息传给MAP节点映射为符号概率信息后回传给SCMA检测因子图，进行下一轮迭代。

【技术特征摘要】
1.一种极化码编码的SCMA的联合检测译码算法，其特征在于，将SCMA检测和极化码译码的因子图合并起来，使得检测和译码之间的概率信息可以相互传递，在联合检测译码的迭代中，包括如下步骤：(1)SCMA检测因子图内部用户节点(UN)和功能节点(FN)间至少进行一次迭代更新，得到用户节点的符号概率信息；(2)将SCMA检测得到的符号概率信息传递给MAP节点映射为比特概率信息，并将比特概率信息传递给极化码译码因子图；(3)译码因子图内部进行至少一次迭代更新后，将比特概率信息传给MAP节点映射为符号概率信息后回传给SCMA检测因子图，进行下一轮迭代。2.根据权利要求1所述的一种极化码编码的SCMA的联合检测译码算法，其特征在于，步骤(1)中功能节点传递给用户节点的符号概率信息计算公式为：其中，表示SCMA第z次传输，第k个FN传给第j个UN关于符号m的概率信息，c1,c2,..cdr-1表示dr-1个的符号，dr是LDPC每行为1的元素个数，cτj(l)这串符号中给第l个UN的符号，N(k)是所有与的第k个FN相连的UN的集合，是一个常数因子，其表达式为其中N0是噪声功率，yj是接收向量的第j个符号，hk,l是调节系数。3.根据权利要求1所述的一种极化码编码的SCMA的联合检测译码算法，其特征在于，步骤(2)中按照公式将SCMA检测得到的符号概率信息映射给译码模块的左信息，是归一化后的第j个UN符号为m的概率信息，n为译码因子图的级数，z＝1,2,..Z,d＝1,2,…B,其中Z是SCMA传输的次数，B是一个SCMA符号所代表的比特数，MAP-1表示将符号概率...

【专利技术属性】
技术研发人员：张川，景树森，尤肖虎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32