基于量子计算的低复杂度SCMA解码方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量子计算的低复杂度SCMA解码方法及装置，其中，方法包括：获取接受信号，码本，信道状态一种或多种基本信息，并根据特征矩阵获取特征矩阵相应的因子图；根据信息传递算法MPA迭代更新规则，设定目标函数；根据MPA更新规则在因子图上经典域计算VN到FN的信息和量子域内对目标函数进行量子搜索获取VN到FN信息，并在迭代次数满足预设次数或达到预设条件后，计算得到后验概率，以获取解码信号。该方法利用量子计算进行MPA算法的迭代，提出量子信息传递算法，在量子信息传递算法的基础上，设计SCMA的量子解码器，从而有效提高SCMA解码的实用性，降低解码的复杂度同时保持解码性能不受影响。

Low complexity SCMA decoding method and device based on quantum computing

The invention discloses a low-complexity SCMA decoding method and device based on quantum computation, in which the method includes: acquiring one or more basic information of receiving signal, codebook and channel state, and obtaining corresponding factor diagrams of characteristic matrix according to characteristic matrix; and setting items according to MPA iterative updating rules of information transfer algorithm. Scalar function: According to MPA updating rules, the information from VN to FN in classical domain and the information from VN to FN in quantum domain are computed in classical domain of factor graph, and the information from VN to FN is obtained by quantum search in quantum domain. After the number of iterations satisfies the preset number or reaches the preset condition, the posterior probability is calculated to obtain the decoded signal. This method uses quantum computation to iterate the MPA algorithm and proposes a quantum information transfer algorithm. On the basis of quantum information transfer algorithm, a quantum decoder for SCMA is designed, which effectively improves the practicability of SCMA decoding, reduces the complexity of decoding and keeps the decoding performance unaffected.

【技术实现步骤摘要】
基于量子计算的低复杂度SCMA解码方法及装置
本专利技术涉及通信
，特别涉及一种基于量子计算的低复杂度SCMA解码方法及装置。
技术介绍
SCMA(SparseCodeMultipleAccess，稀疏码多址接入)解码目前主要的方法有MAP(MaximumAPosteriorProbability，最大后验概率)和MPA(MessagePassingAlgorithm，信息传递算法)以及基于MPA算法提出的其他的改进算法。包括：基于最大后验概率(MAP)的SCMA解码、基于信息传递算法(MPA)的SCMA解码、基于MPA改进的低计算复杂度算法。目前解码存在如下问题：(1)解码复杂度过高，难以实用；(2)在MAP解码的基础上复杂度大为降低，但解码复杂度依然是指数级，复杂度依然很高；(3)基于MPA改进的算法会造成复杂度降低，影响解码性能。在相关技术中，往往通过Spheredecoding、在MPA解码基础上进一步改进复杂度与解码性能等解决方法解决上述问题，然而依然需要牺牲解码准确度等性能换取复杂度降低，性能损失较低情况下，则目前方法复杂度降低效果不够好。相关技术中无法兼顾最优解码和降低复杂度，有待解决。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于量子计算的低复杂度SCMA解码方法，该方法可以有效提高SCMA解码的实用性，降低解码的复杂度同时保持解码性能不受影响。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于量子计算的低复杂度SCMA解码装置。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于量子计算的低复杂度SCMA解码方法，包括以下步骤：获取接受信号，码本，信道状态一种或多种基本信息，并根据特征矩阵获取特征矩阵相应的因子图；根据信息传递算法MPA迭代更新规则，设定目标函数；根据所述MPA更新规则在所述因子图上经典域计算VN到FN的信息和量子域内对目标函数进行量子搜索获取VN到FN信息，并在迭代次数满足预设次数或达到预设条件后，计算得到后验概率，以获取解码信号。本专利技术实施例的基于量子计算的低复杂度SCMA解码方法，利用量子计算进行MPA算法的迭代，提出量子信息传递算法，在量子信息传递算法的基础上，设计SCMA的量子解码器，可以保证性能不下降的前提下完成解码，且解码复杂度大为降低，从而有效提高SCMA解码的实用性，降低解码的复杂度同时保持解码性能不受影响。另外，根据本专利技术上述实施例的基于量子计算的低复杂度SCMA解码方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在所述因子图中，从FN传递到VN的信息以及从VN传递到FN的信息分别由和来表示，在第一次迭代的时候，二者均设置为零。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述目标函数为：其中，yn是基站接收到的信号的第n个码片，yn是基站接收到的信号的第n个码片，x[n]表示的是发送信号里SCMA码字第n个码片里所有非0位置星座点，xu表示当前FN节点的所有邻近VN节点的可能发送星座节点组合，u表示的是与FN邻近VN节点集合里的某一个节点，Iv→n(xv)表示从VN节点的v节点传递到FN节点的n节点的信息。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述根据信息传递算法MPA迭代更新规则，设目标函数，进一步包括：采用DHAQSA更新获取xu对应的bv,j＝0和当xu对应bv,j＝1的进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述采用DHAQSA更新进一步包括：将搜索空间映射为量子计算机的量子态，并为所述量子计算机制备初态；通过BBHTQSA来进行搜索比当前选定值的更大值，并对所述量子计算机的终态进行观测，得到观测态xs，以获取函数最大值。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于量子计算的低复杂度SCMA解码装置，包括以下步骤：初始模块，用于获取接受信号，码本，信道状态一种或多种基本信息，并根据特征矩阵获取特征矩阵相应的因子图；设置模块，用于根据信息传递算法MPA迭代更新规则，设定目标函数；处理模块，用于根据所述MPA更新规则在所述因子图上经典域计算VN到FN的信息和量子域内对目标函数进行量子搜索获取VN到FN信息，并在迭代次数满足预设次数或达到预设条件后，计算得到后验概率，以获取解码信号。本专利技术实施例的基于量子计算的低复杂度SCMA解码装置，利用量子计算进行MPA算法的迭代，提出量子信息传递算法，在量子信息传递算法的基础上，设计SCMA的量子解码器，可以保证性能不下降的前提下完成解码，且解码复杂度大为降低，从而有效提高SCMA解码的实用性，降低解码的复杂度同时保持解码性能不受影响。另外，根据本专利技术上述实施例的基于量子计算的低复杂度SCMA解码装置还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在所述因子图中，从FN传递到VN的信息以及从VN传递到FN的信息分别由和来表示，在第一次迭代的时候，二者均设置为零。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述目标函数为：其中，yn是基站接收到的信号的第n个码片，yn是基站接收到的信号的第n个码片，x[n]表示的是发送信号里SCMA码字第n个码片里所有非0位置星座点，xu表示当前FN节点的所有邻近VN节点的可能发送星座节点组合，u表示的是与FN邻近VN节点集合里的某一个节点，Iv→n(xv)表示从VN节点的v节点传递到FN节点的n节点的信息。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述设置模块进一步用于根据迭代更新规则采用DHAQSA更新获取xu对应的bv,j＝0和当xu对应bv,j＝1的进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述采用DHAQSA更新进一步包括：将搜索空间映射为量子计算机的量子态，并为所述量子计算机制备初态；通过BBHTQSA来进行搜索比当前选定值的更大值，并对所述量子计算机的终态进行观测，得到观测态xs，以获取函数最大值。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，部分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。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的基于量子计算的低复杂度SCMA解码方法的流程图；图2为根据本专利技术一个实施例的上行稀疏码多址接入(SCMA)系统的示意图；图3为根据本专利技术一个实施例的因子图示例示意图；图4为根据本专利技术一个实施例的DHAQSA算法流程图；图5为根据本专利技术一个实施例的量子搜索示意图；图6为根据本专利技术一个实施例的Grover算子示意图；图7为根据本专利技术一个实施例的上行SCMA系统量子解码信令示意图；图8为根据本专利技术一个实施例的下行SCMA系统量子解码信令示意图；图9为根据本专利技术一个实施例的经典解码与量子解码SER性能比较-6用户情况示意图；图10为根据本专利技术一个实施例的基于量子计算的低复杂度SCMA解码装置的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例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例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在介绍于量子计算的低复杂度SCMA解码方法及装置之前，先简单介绍本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于量子计算的低复杂度SCMA解码方法，其特征在于，包括以下步骤：获取接受信号，码本，信道状态一种或多种基本信息，并根据特征矩阵获取特征矩阵相应的因子图；根据信息传递算法MPA迭代更新规则，设定目标函数；以及根据所述MPA更新规则在所述因子图上经典域计算VN到FN的信息和量子域内对目标函数进行量子搜索获取VN到FN信息，并在迭代次数满足预设次数或达到预设条件后，计算得到后验概率，以获取解码信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于量子计算的低复杂度SCMA解码方法，其特征在于，包括以下步骤：获取接受信号，码本，信道状态一种或多种基本信息，并根据特征矩阵获取特征矩阵相应的因子图；根据信息传递算法MPA迭代更新规则，设定目标函数；以及根据所述MPA更新规则在所述因子图上经典域计算VN到FN的信息和量子域内对目标函数进行量子搜索获取VN到FN信息，并在迭代次数满足预设次数或达到预设条件后，计算得到后验概率，以获取解码信号。2.根据权利要求1所述的基于量子计算的低复杂度SCMA解码方法，其特征在于，在所述因子图中，从FN传递到VN的信息以及从VN传递到FN的信息分别由和来表示，在第一次迭代的时候，二者均设置为零。3.根据权利要求2所述的基于量子计算的低复杂度SCMA解码方法，其特征在于，所述目标函数为：其中，yn是基站接收到的信号的第n个码片，yn是基站接收到的信号的第n个码片，x[n]表示的是发送信号里SCMA码字第n个码片里所有非0位置星座点，xu表示当前FN节点的所有邻近VN节点的可能发送星座节点组合，u表示的是与FN邻近VN节点集合里的某一个节点，Iv→n(xv)表示从VN节点的v节点传递到FN节点的n节点的信息。4.根据权利要求3所述的基于量子计算的低复杂度SCMA解码方法，其特征在于，所述根据信息传递算法MPA迭代更新规则，设目标函数，进一步包括：采用DHAQSA更新获取xu对应的bv,j＝0和当xu对应bv,j＝1的5.根据权利要求4所述的基于量子计算的低复杂度SCMA解码方法，其特征在于，所述采用DHAQSA更新进一步包括：将搜索空间映射为量子计算机的量子态，并为所述量子计算机制备初态；通过BBHTQSA来进行搜索比当前选定值的更大值，并对所述量子计算机的终态进行观测，得到观测态xs，以获取函数最大值。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巍，叶文景，郭欣，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11