上行SCMA系统中基于观测矩阵优化导频序列的方法技术方案

上行SCMA系统中基于观测矩阵优化导频序列的方法，本发明专利技术涉及基于观测矩阵优化导频序列的方法。本发明专利技术的目的是为了解决稀疏信道检测中现有方法导频开销大、检测精度低、重构复杂的问题。过程为：一、建立由导频序列构成的观测矩阵模型；二、设置注册用户的导频集大小为N，信噪比阈值为γ；若接收端SNR≤γ时，执行三；若接收端SNR＞γ时，执行四；三：计算观测矩阵模型中的导频序列集构成的块稀疏观测矩阵；四：计算观测矩阵模型中的导频序列集构成的块稀疏观测矩阵。本发明专利技术用于SCMA的导频设计领域。

Optimizing Pilot Sequence Based on Observation Matrix in Uplink SCMA System

【技术实现步骤摘要】
上行SCMA系统中基于观测矩阵优化导频序列的方法
本专利技术涉及基于观测矩阵优化导频序列的方法。
技术介绍
在移动通信领域，相比于4G，5G技术性能提升主要体现在可容纳海量连接、低延时高可靠的数据传输、高清视频传输等业务需求。在5G三大场景之一的大规模物联网通信(MassiveMachineTypeCommunication，mMTC)中，非正交多址接入技术(Non-QrthogonalMultipleAccess，NOMA)以其特有的过载连接特性受到了广泛重视。由于传统资源调度的信令开销过大，对于短包业务的多次信令交互时延过多，针对NOMA系统，基于免授权的分配资源模式能够降低这些时延，但与此同时信令交互的减少必然导致接收机对于接入终端的先验信息获取不足。面对mMTC场景，小区内注册的潜在终端数目庞大，但在一个传输间隔内需要资源传输的终端只占少数，该部分终端可以称为活跃终端。由于SCMA的非正交性，如果希望接收机可以对多用户的混叠信息正确解码，解码前应首先得到该传输间隔内的活跃终端集，即根据终端特定的导频序列估计活跃终端的信道状态信息(ChannelStateInformation本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.上行SCMA系统中基于观测矩阵优化导频序列的方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤一、建立由导频序列构成的观测矩阵模型；步骤二、设置注册用户的导频集大小为N，信噪比阈值为γ；若接收端SNR≤γ时，执行步骤三；若接收端SNR＞γ时，执行步骤四；步骤三：若接收端SNR≤γ时，计算观测矩阵模型中BM′×BN大小的导频序列集构成的块稀疏观测矩阵Ψ；其中，M′为一个衰落块的大小，N为注册用户的导频集大小，B为衰落块个数；步骤四：若接收端SNR＞γ时，计算观测矩阵模型中BM′×BN大小的导频序列集构成的块稀疏观测矩阵Ψ。

【技术特征摘要】
1.上行SCMA系统中基于观测矩阵优化导频序列的方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤一、建立由导频序列构成的观测矩阵模型；步骤二、设置注册用户的导频集大小为N，信噪比阈值为γ；若接收端SNR≤γ时，执行步骤三；若接收端SNR＞γ时，执行步骤四；步骤三：若接收端SNR≤γ时，计算观测矩阵模型中BM′×BN大小的导频序列集构成的块稀疏观测矩阵Ψ；其中，M′为一个衰落块的大小，N为注册用户的导频集大小，B为衰落块个数；步骤四：若接收端SNR＞γ时，计算观测矩阵模型中BM′×BN大小的导频序列集构成的块稀疏观测矩阵Ψ。2.根据权利要求1所述上行SCMA系统中基于观测矩阵优化导频序列的方法，其特征在于：所述步骤一中建立由导频序列构成的观测矩阵模型；具体过程为：步骤一一、对于上行SCMA系统，设定分配给用户随机接入的资源区域为M×L个资源单元，若全部M个频率资源均分配导频序列，则接收端接收的导频信号表示为yp；表达式为：其中，yp为接收端接收的导频信号，vp为M×1大小的高斯白噪声，为M×1大小的用户n的导频序列，n＝1,2,...,N；Hn为信道矩阵，γ为活跃用户集；M为导频序列长度，L为时域符号长度；信道矩阵Hn为其中，hn2为信道矩阵Hn中用户n在第2个载波上的信道值；步骤一二、将SCMA频域M个资源单元RE分成B个衰落块，则块内频域载波数M'＝M/B，衰落块内首个时域符号分配给导频序列yp进行活跃用户检测与信道估计；步骤一三、在一个衰落块内导频序列表示为表达式为：其中，为第b个衰落块的导频序列，ψn为M′×1大小的用户n的导频序列，hn为信道矩阵Hn中用户n的信道值；为M′×1大小第b个衰落块的高斯白噪声；令子序列分别表示第b个衰落块内用户n的信道增益和导频序列，此时在单个衰落块b内若将信道稀疏表示，则式(4)写成其中，为M′×N大小的第b个衰落块内用户的导频序列，为N×1大小的第b个衰落块内用户的信道增益，N为注册用户的导频集大小；若导频序列占用B′衰落块，此时N×B′大小的信道矩阵表示为M′×B′大小的导频序列占用B′个衰落块接收端接收的导频信号则式(1)改写成Yp＝Ψphp+vp(6)其中，Yp为导频序列占用B′个衰落块接收端接收的导频信号，Ψp为M′×N大小的B′个衰落块内用户的导频序列；vp为M′×B′的噪声矩阵，为N×1大小的第B′个衰落块内用户的信道增益；为N×1大小的第B′个衰落块内用户的接收导频信号；所述B′取值大于等于2个；若以B′个衰落块的信道增益看做一个整体，将接收端接收的导频信号Yp重新排列成M′B×1的列向量Y，得到以下模型其中，为第M′个块内频域载波数M′B×1的块稀疏向量，为第M′个块内频域载波数第N个用户B×B的块稀疏对角矩阵，为第N个用户B×1块稀疏向量，Ψ为BM′×BN大小的导频序列集构成的块稀疏观测矩阵，h为信道矩阵，αN为第N个用户二元向量，α＝[α1…αN]，若αn＝1代表第n个终端活跃，αn＝0则不活跃；n＝1,2,...,N；因此，活跃用户检测和信道估计问题就等同于估计信道矩阵h3.根据权利要求1或2所述上行SCMA系统中基于观测矩阵优化导频序列的方法，其特征在于：所述步骤三中若接收端SNR≤γ时，计算观测矩阵模型中BM′×BN大小的导频序列集构成的块稀疏观测矩阵Ψ；具体过程为：步骤三一：设定衰落块FB估计值和ZC序列长度NZC；步骤三二：根据ZC序列长度NZC得到ZC根序列，根据ZC根序列得到导频序列，根据导频序列构成导频序列集；步骤三三：根据导频序列集估计最大导频序列集大小：步骤三四：筛选导频序列集，由筛选后的导频序列集ψ′计算观测矩阵模型中BM′×BN的块稀疏观测矩阵Ψ。4.根据权利要求3所述上行SCMA系统中基于观测矩阵优化导频序列的方法，其特征在于：所述步骤三一中设定衰落块FB估计值和ZC序列长度NZC；具体过程为：设置衰落块FB的初值Q＝1，并根据RIP条件，初步设定矩阵维数为：M≥Cklog(N/k)(9)其中，C为常数，k为稀疏度，M为导频序列长度；N为注册用户的导频集大小；当M'Q＜M，令Q＝Q+1，直至M'Q≥M时停止，取此时对应的Q值为衰落块FB估计值；其中，M'为一个衰落块FB的载波数；Q为序列占用的衰落块数；设定NZC：NZC为小于M'Q的素数，NZC为ZC序列长度。5.根据权利要求4所述上行SCMA系统中基于观测矩阵优化导频序列的方法，其特征在于：所述步骤三二中根据ZC序列长度NZC得到ZC根序列，根据ZC根序列得到导频序列，根据导频序列构成导频序列集；具体过程为：ZC根序列的表达式为其中，Pp为用户分配的功率；j为虚数单位，j2＝-1；u∈{1,…,NZC-1}为根序列值，NZC为ZC序列长度，M'为一个衰落块FB的载波数，Q为序列占用的衰落块数，为ZC序列中的第个序列值；将ZC根序列进行循环移位，得到经过循环移位后的根序列为其中，为经过循环移位后的根序列，r为ZC根序列的表达式，k′为M'Q中第k′个取值，k′＝0，1,2，...，M'Q；对经过循环移位后的根序列再进行循环移位，得到用户的导频序列；用户的导频序列为：其中，β为根序列通过循环移位得到的ZC序列总数中的第β个序列，NCS(d)代表循环移位...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宣利，郭珊，孙俊伟，吴玮，
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