基于上行链路分层空时结构SCMA码本的通信方法技术

基于上行链路分层空时结构SCMA码本的通信方法，涉及通信技术领域，针对现有技术中针对于SCMA和MIMO仅仅完成了系统架构上的融合，而没有从本质上对码本进行设计，不能实现系统误码率性能提升的问题，本发明专利技术创新性地将STBC与SCMA上行码本进行了结合，使传统的SCMA系统在衰落信道下能够获得更加优越的系统性能，SCMA‑STBC系统充分结合了SCMA系统和STBC系统各自的分集复用特性，实现系统性能在衰落信道下的有效提升，实现了系统误码率性能的提升。

Communication method of SCMA codebook based on uplink layered space-time structure

【技术实现步骤摘要】
基于上行链路分层空时结构SCMA码本的通信方法
本专利技术涉及通信
，具体为一种基于上行链路分层空时结构SCMA码本的通信方法。
技术介绍
目前针对SCMA的码本设计主要集中在AWGN(AdditiveGaussianWhiteNoise，加性高斯白噪声)信道下，通过有效的码本设计准则，能够实现系统误码率性能的提升以及检测复杂度的降低。但在衰落信道下码本设计的相关研究相对来说仍然较为欠缺，还有很广泛的研究空间。对于空时编码来说，由于其具有较高的灵活度，发展较为迅速，目前已经成为MIMO(Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出)系统中一种成熟的编码方式。优秀的抗衰落性能以及较高的信息传输速率使得其与其他技术的结合产生良好的应用效果，例如CDMA(CodeDivisionMultipleAccess，码分多址)系统。但是国内外关于将SCMA和STBC相结合的研究目前还是一个较为新颖的领域，相关工作寥寥无几。已有的研究成果大都是将SCMA与多用户MIMO相结合，完成了系统架构上的融合，而没有从本质上对SCMA码本进行设计，实现系统误码率性能的提升。
技术实现思路
本专利技术的目的是：针对现有技术中针对于SCMA和MIMO仅仅完成了系统架构上的融合，而没有从本质上对码本进行设计，不能实现系统误码率性能提升的问题，提出一种上行链路分层空时结构SCMA码本设计。本专利技术为了解决上述技术问题采取的技术方案是：基于上行链路分层空时结构SCMA码本的通信方法，每个用户配置发送天线数目Nt＝2，基站端配置接收天线数目Nr＝1，每个天线上分配的载波资源K＝4，所述方法包括发射端和接收端，所述发射端执行以下步骤：步骤一：根据所有用户的列向量构成稀疏扩频矩阵F；步骤二：稀疏扩频后对映射矩阵非零元素进行算子变换，得到SCMA码本的生成矩阵其中，G为大小为K×J的生成矩阵，每个元素表示复数，第j个用户占用了矩阵G的第j列，表示为K×1维的矢量g(j)，得到G＝[g(1),g(2),...,g(J)]；步骤三：根据星座图旋转码本，生成矩阵其中，γi＝exp(iθ)，0≤i≤df-1；步骤四：每个用户根据各自的码本将输入信息比特映射到多维复数码字完成SCMA编码过程，生成码字；步骤五：用户的发送符号依据不同时刻分成两组，将两组信号根据Alamouti结构进行编码，并联合生成矩阵完成发送；所述接收端执行以下步骤：步骤1、初始化：计算初始先验概率和初始条件概率；步骤2、FNs节点更新：对FNs节点进行迭代更新，然后FNs节点将后验概率信息传递给VNs节点；步骤3、VNs节点更新：对VNs节点进行迭代更新，然后VNs节点将后验概率信息传递给FNs节点；步骤4、ON概率合并：VNs节点将迭代更新后的概率信息传递给与之相连接的ON节点；步骤5、迭代终止并译码输出。进一步的，所述步骤1中初始条件概率利用接收端星座图计算，公式如下：其中，N0为噪声单边功率谱密度，y为矢量，k为资源，β(k,m)表示接收端资源k星座图上的第m个星座点，1≤k≤K,进一步的，所述步骤2中FNs节点将后验概率信息传递给VNs节点的公式如下：其中，为第k个资源上的用户集合，s(j)为第j个用户的生成码字，表示变量节点传递到函数节点。进一步的，所述步骤3中VNs节点将后验概率信息传递给FNs节点的公式如下：其中norm为归一化函数，使得概率信息和为1，s(j)为第j个用户的生成码字，表示函数节点传递到变量节点。进一步的，所述步骤4的详细步骤为首先定义为VNs与ONs之间传递的概率信息，EGC合并表示为式中，第p1和第p2个VNs与第j个ON相连接，其中即为迭代过程中FNs更新给VNs的信息，即为合并之后VNs传递给FNs的信息。进一步的，所述步骤一中当矩阵中的元素取值为1时，用户与资源之前存在的映射关系为：进一步的，所述步骤四中映射包含基带调制和稀疏扩频两个过程。进一步的，所述基带调制和稀疏扩频具体过程为：首先，输入信息比特流经过调制之后生成基带调制符号c(j)[n]，c(j)[n]表示为第j个用户的调制符号序列。第j个用户的生成码字表示为s(j)＝c(j)g(j)(5)其中，表示二进制数，接收信号y(j)＝[y(1),...,y(k),...,y(K)]T在资源k上的表达式为接收端的联合生成矩阵可以表示为β(k,m)表示接收端资源k星座图上的第m个星座点，1≤k≤K,表示为其中，z＝[z(1),...,z(K)]T为服从高斯分布的随机噪声，z(k)～N(0,N0)，1≤k≤K，N0为噪声单边功率谱密度。进一步的，所述步骤1中计算初始化先验概率利用SCMA算法。进一步的，所述步骤1中计算初始条件概率公式如下：其中，β(k,m)表示接收端资源k星座图上的第m个星座点，N0为噪声单边功率谱密度。本专利技术的有益效果是：本专利技术创新性地将STBC与SCMA上行码本进行了结合，使传统的SCMA系统在衰落信道下能够获得更加优越的系统性能，SCMA-STBC系统充分结合了SCMA系统和STBC系统各自的分集复用特性，实现系统性能在衰落信道下的有效提升，实现了系统误码率性能的提升。附图说明图1为本专利技术上行链路SCMA-STBC系统误码率性能。图2为本专利技术SCMA系统编码复用过程。图3为本专利技术SCMA上行链路系统模型。图4为本专利技术SCMA系统泰讷图。图5为本专利技术上行链路SCMA-STBC系统模型。图6为本专利技术SCMA-STBC联合空时泰讷图。具体实施方式具体实施方式一：参照图1至图5具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于上行链路分层空时结构SCMA码本的通信方法，每个用户配置发送天线数目Nt＝2，基站端配置接收天线数目Nr＝1，每个天线上分配的载波资源K＝4，所述方法包括发射端和接收端，所述发射端执行以下步骤：步骤一：根据所有用户的列向量构成稀疏扩频矩阵F；步骤二：稀疏扩频后对映射矩阵非零元素进行算子变换，得到SCMA码本的生成矩阵其中，G为大小为K×J的生成矩阵，每个元素表示复数，第j个用户占用了矩阵G的第j列，表示为K×1维的矢量g(j)，得到G＝[g(1),g(2),...,g(J)]；步骤三：根据星座图旋转码本，生成矩阵其中，γi＝exp(iθ)，0≤i≤df-1；步骤四：每个用户根据各自的码本将输入信息比特映射到多维复数码字完成SCMA编码过程，生成码字；步骤五：用户的发送符号依据不同时刻分成两组，将两组信号根据Alamouti结构进行编码，并联合生成矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于上行链路分层空时结构SCMA码本的通信方法，其特征在于：每个用户配置发送天线数目N

【技术特征摘要】
1.基于上行链路分层空时结构SCMA码本的通信方法，其特征在于：每个用户配置发送天线数目Nt＝2，基站端配置接收天线数目Nr＝1，每个天线上分配的载波资源K＝4，所述方法包括发射端和接收端，所述发射端执行以下步骤：
步骤一：根据所有用户的列向量构成稀疏扩频矩阵F；
步骤二：稀疏扩频后对映射矩阵非零元素进行算子变换，得到SCMA码本的生成矩阵其中，G为大小为K×J的生成矩阵，每个元素表示复数，第j个用户占用了矩阵G的第j列，表示为K×1维的矢量g(j)，得到G＝[g(1),g(2),...,g(J)]；
步骤三：根据星座图旋转码本，生成矩阵

其中，γi＝exp(iθ)，0≤i≤df-1；
步骤四：每个用户根据各自的码本将输入信息比特映射到多维复数码字完成SCMA编码过程，生成码字；
步骤五：用户的发送符号依据不同时刻分成两组，将两组信号根据Alamouti结构进行编码，并联合生成矩阵

完成发送；
所述接收端执行以下步骤：
步骤1、初始化：
计算初始先验概率和初始条件概率；
步骤2、FNs节点更新：
对FNs节点进行迭代更新，然后FNs节点将后验概率信息传递给VNs节点；
步骤3、VNs节点更新：
对VNs节点进行迭代更新，然后VNs节点将后验概率信息传递给FNs节点；
步骤4、ON概率合并：
VNs节点将迭代更新后的概率信息传递给与之相连接的ON节点；
步骤5、迭代终止并译码输出。


2.根据权利要求1所述的基于上行链路分层空时结构SCMA码本的通信方法，其特征在于所述步骤1中初始条件概率利用接收端星座图计算，公式如下：



其中，N0为噪声单边功率谱密度，y为矢量，k为资源，β(k,m)表示接收端资源k星座图上的第m个星座点，1≤k≤K,


3.根据权利要求1所述的基于上行链路分层空时结构SCMA码本的通信方法，其特征在于所述步骤2中FNs节点将后验概率信息传递给VNs节点的公式如下：



其中，为第k个资源上的用户集合，s(j)为第j个用户的生成码字，表示变量节点传递到函数节点。


4.根据权利要求1所述的基于上行链路分层空时结构SCMA码本的通信方法，其特征在于所述步骤3...

【专利技术属性】
技术研发人员：于启月，李焕英，刘子靖，王屹，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23