一种改进基于门限的SCMA低复杂度并行多用户检测方法技术

本发明专利技术提供了一种改进基于门限的SCMA低复杂度并行多用户检测方法。该方法包括：在SCMA系统的并行迭代译码中，如果SCMA因子图中某用户节点在第i次迭代和第i‑1次迭代中，码字可信度向量中最大元素所在的位置不同，则判断该用户节点是不稳定的，该用户节点所对应的用户不能提前判决，进入下一次迭代过程；否则，判断用户节点是稳定的，对该用户节点所对应的用户进行门限条件的判决。本发明专利技术的方法在现有基于门限的MPA算法基础上，增加了对用户节点稳定性的判决，只有符合门限条件并通过用户节点稳定性判决的用户才能被提前译码。这样就提高了门限MPA算法提前判决码字的可靠性，可在低门限情况下使消息的迭代更加充分，从而获得良好的BER性能。

Multi user detection method in SCMA system

The present invention provides a parallel multi-user detection method in a SCMA system. The method includes: in parallel iterative decoding of the SCMA system, if a user node SCMA factor graph in the I and I iterative 1 iteration, the largest element in the credibility of codeword vector location is different, it is determined that the user node is not stable, the user corresponding to the user node cannot early decision, enter the next iteration; otherwise, determine the user node is stable, corresponding to the user node user threshold condition judgment. The method of the invention in the existing threshold based on MPA algorithm, increases the user node stability judgment, only to meet the threshold conditions and stability judgment of the user through the user node can be decoded in advance. This improves the reliability of the threshold MPA algorithm to judge the codeword in advance, and makes the iteration of the message more fully in the low threshold condition, so as to obtain good BER performance.

【技术实现步骤摘要】
SCMA系统中多用户检测方法
本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种SCMA系统中并行多用户检测方法。
技术介绍
正交多址技术(如4G中使用的OFDMA)远不能满足5G所要求的巨连接、更高的频谱效率和更低的时延。稀疏码多址接入(SparseCodeMultipleAccess,SCMA)方案作为一种基于多维码本的非正交多址技术，能够支持远多于所占用正交时频资源数的用户连接数。有文献比较了SCMA、多用户共享接入(Multi-UserSharedAccess,MUSA)和图样分割多址(PatternDivisionMultipleAccess,PDMA)这三种典型的非正交多址技术(Non-OrthogonalMultipleAccess,NOMA)在典型瑞利衰落信道中的误比特率(BitErrorRate,BER)性能，并得出SCMA的BER性能在这三种NOMA技术中最好。还有文献给出了SCMA方案在5G机器类型通信(MachineTypeCommunications,MTC)、移动宽带(MobileBroadband,MBB)和超密集网络(Ultra-DenseNetworks,UDN)这三个应用场景的具体传输策略，表明SCMA方案能够有效解决现存无线通信系统的主要问题，在5G候选方案中极具竞争力。在现有技术方案中，得益于SCMA码本的稀疏性，SCMA系统接收端可以采用基于消息传递算法(MessagePassingAlgorithm,MPA)的多用户检测算法，获得近似最优最大后验概率(MaximumaPosterior,MAP)检测的误码性能。但检测复杂度仍然过高，不适合在硬件设备上实现。对SCMA低复杂度多用户检测方法的研究仍然是SCMA系统研究的主要工作之一。有文献提出了基于部分边缘化(PartialMarginalization,PM)的固定复杂度SCMA多用户检测算法。该算法在第m次迭代中选择t个用户码字，并将这t个用户码字反馈到参考码字向量的相应位置上。这t个用户码字在之后的迭代过程中将不再进行更新运算。还有文献在码字可信度的基础上提出了一种基于门限的MPA算法。该算法在每次迭代中计算所有未提前判决用户的码字可信度，并且判断是否存在码字可信度符合门限条件的用户，如果存在，则将该用户提前解码。被提前解码的用户所对应的消息在后续的迭代过程中不再进行更新，从而起到降低检测复杂度的作用。上述现有SCMA系统中的并行多用户检测技术的缺点主要表现在：检测复杂度过高，不适合在硬件设备上实现。如：原始MPA检测算法；虽然检测复杂度大大降低，但是BER性能下降严重，如：基于部分边缘化的固定复杂度SCMA多用户检测算法和现有基于门限的MPA算法，其中，现有基于门限的MPA算法的误码性能下降在低门限时尤其严重。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种SCMA系统中并行多用户检测方法，以实现在检测复杂度和BER性能中取得更好的平衡。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种SCMA系统中并行多用户检测方法，包括：在SCMA系统的并行迭代译码中，根据用户节点的码字可信度向量判断所述用户节点是否稳定；当判断所述用户节点稳定后，对所述用户节点所对应的用户进行门限条件的判决。优选地，所述的在SCMA系统的并行迭代译码中，根据用户节点的码字可信度向量判断所述用户节点是否稳定，包括：在SCMA并行迭代译码中，如果SCMA因子图中某用户节点uj在第i次迭代和第i-1次迭代中，码字可信度向量中最大元素所在的位置不同；即则判断所述用户节点uj是不稳定的；如果则判断所述用户节点uj是稳定的。优选地，所述的当判断所述用户节点稳定后，对所述用户节点所对应的用户进行门限条件的判决，包括：针对SCMA系统中的用户节点提出存储稳定的用户节点所对应用户的可信集φ和存储不稳定的用户节点所对应用户的不可信集ψ，初始设定所有的用户节点都是不稳定的，即所有用户都位于不可信集ψ中；当判断所述用户节点稳定后，按照下面的处理过程对所述用户进行门限条件的判决：首先计算在第i次迭代时所获得的用户j所有M个码字的后验概率近似值，并构成用户j在第i次迭代时的码字可信度向量；qi(χj)＝[qi(χj,1),qi(χj,2),…,qi(χj,M)]，其中，向量qi(χj)的第m个元素qi(χj,m)为MPA算法在第i次迭代时所得到的用户j第m个码字的后验概率近似值，其可由下式获得，其中，χj,m表示用户j所对应码本χj中的第m个码字，并构成qi(χj),j∈ψ然后将每个用户j∈ψ在第i次迭代时的码字可信度qi(χj)中的元素按降序排序：[pj1,pj2,...,pjM]＝sort(qi(χj),'descend'),j∈ψ最后对每个用户j∈ψ，判定码字可信度是否符合门限条件：pj1/pj2＞Th,j∈ψ如果符合门限条件，则提前解码该用户，并将该用户的发送码字xj判决为：之后迭代不更新该用户，并将该用户从不可信集ψ中移动到可信集φ中；如果不符合门限条件，则所述用户节点所对应的用户不能提前判决，需进入下一次迭代过程，直至符合提前判决的条件被提前判决或在达到最大迭代次数时进行判决。优选地，所述的方法还包括：当判断所述用户节点不稳定后，将所述用户节点所对应的用户继续留在不可信集ψ，该所述用户不能提前判决，所述用户进入下一次迭代过程。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例针对SCMA系统中并行多用户检测提出了一种改进的基于门限的MPA方法，该方法在现有基于门限的MPA算法基础上，增加了对用户节点稳定性的判决，只有符合门限条件并通过用户节点稳定性判决的用户才能被提前译码。这样就提高了门限MPA算法提前判决码字的可靠性，可在低门限情况下使消息的并行迭代更加充分，从而获得良好的BER性能。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种SCMA系统中多用户检测方法的处理流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SCMA系统中并行多用户检测方法，其特征在于，包括：在SCMA系统的并行迭代译码中，根据用户节点的码字可信度向量判断所述用户节点是否稳定；当判断所述用户节点稳定后，对所述用户节点所对应的用户进行门限条件的判决。

【技术特征摘要】
1.一种SCMA系统中并行多用户检测方法，其特征在于，包括：在SCMA系统的并行迭代译码中，根据用户节点的码字可信度向量判断所述用户节点是否稳定；当判断所述用户节点稳定后，对所述用户节点所对应的用户进行门限条件的判决。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的在SCMA系统的并行迭代译码中，根据用户节点的码字可信度向量判断所述用户节点是否稳定，包括：在SCMA并行迭代译码中，如果SCMA因子图中某用户节点uj在第i次迭代和第i-1次迭代中，码字可信度向量中最大元素所在的位置不同；即则判断所述用户节点uj是不稳定的；如果则判断所述用户节点uj是稳定的。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的当判断所述用户节点稳定后，对所述用户节点所对应的用户进行门限条件的判决，包括：针对SCMA系统中的用户节点提出存储稳定用户节点所对应用户的可信集φ和存储不稳定用户节点所对应用户的不可信集ψ，初始设定所有的用户节点都是不稳定的，即所有用户都位于不可信集ψ中；当判断所述用户节点稳定后，按照下面的处理过程对所述用户节点所对应的用户进行门限条件的判决：首先计算在第i次迭代时所获得的用户j所有M个码字的后验概率近似值，并构成用户j在第i次迭代时的码字可信度向量；qi(χj)＝[qi(χj,1),qi(xj,2),…,qi(xj,M)]，其中，向量qi(xj)的第m个元素qi(χj,m)为MPA...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵懿伟，杨维，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11