一种单次握手协议的半盲消息检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种单次握手协议的半盲消息检测方法及装置，所述方法包括：多个处于活跃状态的节点分别使用相同的信道资源发送各自的上行接入信号；考虑模数转换器对接收信号进行量化，构建接收端的量化接收信号模型；基于贝叶斯推理去量化并计算外信息，将所述量化接收信号模型退化成等效线性模型；对所述等效线性模型作离散傅里叶变换，得到角度域线性模型；对角度域接收信号作矩阵分解，得到具有相位模糊和排序模糊的角度域信道矩阵估算和信号矩阵估算，并利用所述上行接入信号所携带的参考信息消除矩阵分解所引入的固有模糊。所述方法具有更低的接入时延，在动态系统中更加鲁棒，同时在相同信道资源开销下具有更好的消息检测性能。检测性能。检测性能。

【技术实现步骤摘要】
一种单次握手协议的半盲消息检测方法及装置


[0001]本专利技术涉及通信
，具体涉及一种单次握手协议的半盲消息检测方法及装置。

技术介绍

[0002]握手协议是建立通信链路的基础，现有握手协议采用多次往返的控制信令交互以实现信道正交资源的调度，为多个分布式节点建立多条正交的链路进行通信，从而避免节点间的互相干扰。现有4G
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LTE网络采用四次握手协议，包括：根据广播的系统信息，活跃节点上行发送正交导频序列；中心节点通过接入响应信号回应活跃节点，接入响应信号中包含检测到的导频序列、上行同步信息和信道资源授权信息；根据接收到的接入响应信号，活跃节点上行发送连接请求；中心节点处理连接请求冲突，将结果反馈给活跃节点，争用成功的活跃节点建立连接。所述活跃节点为处于活跃状态的节点。在海量节点连接的场景下，活跃节点间的连接请求会发生严重冲突，导致大量活跃节点无法快速地建立连接，不断重复地执行四次握手流程尝试连接，造成网络拥塞。为了提高通信效率，现有5G
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NR网络对四次握手协议进行简化，通过两次握手协议建立连接。但是，所述两次握手协议没有对海量节点连接的场景进行针对性设计，在发生严重冲突时会退回四次握手协议。因此，在海量节点连接的场景下，现有四次握手协议和两次握手协议均存在开销大、时延长和可靠性低的问题。
[0003]针对海量节点连接的场景，单次握手协议是一种有前景的候选协议；在该协议中，分布式节点直接使用相同的信道资源发送各自的上行接入信号，通过单次握手建立连接；其核心思想是以引入活跃节点间干扰为代价，尽可能地简化握手流程，并在中心节点处通过合理的消息检测方法设计消除干扰。由于共用信道资源，所有活跃节点的上行接入信号互相混叠，干扰严重，因此单次握手协议的关键是需要设计一种低开销高可靠的消息检测方法。
[0004]现有单次握手协议的相干消息检测方法采用两相传输方案，上行接入信号在时间上独立地划分为非正交导频序列和消息符号两部分。在中心节点处，接收端首先根据接收导频信号和已知的非正交导频矩阵进行联合的活跃节点识别和信道估计，再将获得的已识别活跃节点集合和信道矩阵估算用于后续的相干消息检测。然而，所述相干消息检测方法存在几个重要缺陷，包括：在海量节点连接的场景下，为分布式节点分配固定的非正交导频序列十分困难，尤其对于动态系统；为了保证可靠性，要求非正交导频序列的长度大于活跃节点的数量，时间开销大；过分地依赖精确的信道状态信息，在时变信道的情况下，需要频繁地发送非正交导频序列实现信道状态信息的实时更新，载荷效率过低；接收端假设无限精度的模数转换器，未考虑实际低精度模数转换器的约束，即1~3比特量化的约束，难以应用到实际系统中。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种单次握手协议的半盲消息检测方法及装置，能够解
决现有四次握手协议和两次握手协议无法适用于海量节点连接的场景，以及现有单次握手协议的相干消息检测方法导频分配困难、时间开销大、载荷效率低和对模数转换器的假设过于理想的技术问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的。
[0007]一种单次握手协议的半盲消息检测方法，包括：步骤S1：个处于活跃状态的节点分别使用相同的信道资源发送各自的上行接入信号，所述上行接入信号包括消息符号，同时携带参考信息；其中，所述参考信息包括嵌入消息符号中的节点标签和循环冗余校验比特位，以及随所述消息符号一同发送的标量导频；所述节点为单天线的分布式节点，所述节点的总数为，并且满足条件；步骤S2：由比特的模数转换器对接收信号进行量化，构建接收端的量化接收信号模型，量化接收信号为所述接收端待处理的信号；其中，所述接收端为配备根天线的中心式节点，为量化接收信号，函数表示所述模数转换器对接收信号的实部和虚部分别进行比特的均匀量化；所述接收信号是由所述处于活跃状态的节点的上行接入信号经过信道后在所述接收端的天线处相互混叠形成；为空间域信道矩阵，所述空间域信道矩阵的元素表示所述节点与所述接收端各天线之间的信道；为信号矩阵，所述信号矩阵的行矢量表示所述节点的上行接入信号；为量化噪声矩阵，是方差为的高斯白噪声矩阵，，；设置去量化迭代计数器的初始值为1；步骤S3：基于所述量化接收信号、所述高斯白噪声矩阵的方差以及所述接收信号当前的先验均值和先验方差，利用贝叶斯推理对所述接收信号进行最小均方误差估计，得到所述接收信号的后验均值和后验方差，并计算相应的第一外信息，所述第一外信息的均值和方差分别为和；将所述量化接收信号模型退化成等效线性模型，其中，是方差为的第一等效高斯白噪声矩阵；所述第一外信息的均值为对所述接收信号的估算，所述第一外信息的方差为对所述高斯白噪声矩阵的方差和所述接收信号的估计误差之和的估算；所述接收信号的先验均值和先验方差在首次去量化迭代时的取值根据经验数据设置；所述外信息与Turbo译码中的外信息的含义和计算方式一致；步骤S4：对所述等效线性模型作离散傅里叶变换，得到角度域线性模型；其中，为角度域接收信号，为离散傅里叶变换矩阵，为角度域信道矩阵，是方差为的第二等效高斯白噪声矩阵；步骤S5：对所述角度域接收信号作矩阵分解，得到具有相位模糊和排序模糊的角度域信道矩阵估算和信号矩阵估算，并利用所述参考信息消除矩阵分解所引入的固有的相位模糊和排序模糊，得到已识别活跃节点集合、角度域信道矩阵估算和信号矩阵估算，并计算相应的第二外信息；所述已识别活跃节点集合为被所述接收端判定处于活跃状态的节点的集合；步骤S6：对所述第二外信息的均值作离散傅里叶反变换；将离散傅里叶反变换后的第二外信息的均值和所述第二外信息的方差分别用于更新所述接收信号的先验均值和先验方差的取值；步骤S7：若去量化迭代计数器的取值小于预先设定的最大去量化迭代次数，则更新去量化迭代计数器，即令，进入步骤S3；否则，输出当前检测结果，方法结束。
[0008]优选地，所述步骤S1，所述参考信息包括节点标签、循环冗余校验比特位和标量导频；所述节点标签通过以下方式生成：对于各个节点，将所述节点的十进制索引映射成长度为比特的二进制数，由所述二进制数构成所述节点标签，函数表示以2为底取对数，函数表示向上取整，将所述节点标签嵌入所述节点的载荷数据的前部；所述载荷数据为各个节点需要向接收端传输的数据比特流；所述循环冗余校验比特位配置于所述节点标签和所述节点的载荷数据之间，长度为8比特；所述标量导频设置于消息符号的前部，仅包括一个已知的调制星座符号，随消息符号一同发送；所述消息符号是由数据包经过信道编码和数字调制得来，所述数据包由节点标签、循环冗余校验比特位和载荷数据组成；所述标量导频和所述消息符号组成最终的上行接入信号。
[0009]优选地，所述步骤S5，包括：步骤S51：将连续干扰消除迭代计数器的取值设置为1；初始化角度域接收信号残差的取值为，初始化当前已识别活跃节点集合的取值为空，上标为连续干扰消除迭代计数器的取值；所述当前已识别活跃节点集合由当前所有被接收端判定处于活跃状态的节点的十进制索引组成；步骤S52：对所述角本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单次握手协议的半盲消息检测方法，其特征在于，包括：步骤S1：个处于活跃状态的节点分别使用相同的信道资源发送各自的上行接入信号，所述上行接入信号包括消息符号，同时携带参考信息；其中，所述参考信息包括嵌入消息符号中的节点标签和循环冗余校验比特位，以及随所述消息符号一同发送的标量导频；所述节点为单天线的分布式节点，所述节点的总数为，并且满足条件；步骤S2：由比特的模数转换器对接收信号进行量化，构建接收端的量化接收信号模型，量化接收信号为所述接收端待处理的信号；其中，所述接收端为配备根天线的中心式节点，为量化接收信号，函数表示所述模数转换器对接收信号的实部和虚部分别进行比特的均匀量化；所述接收信号是由所述处于活跃状态的节点的上行接入信号经过信道后在所述接收端的天线处相互混叠形成；为空间域信道矩阵，所述空间域信道矩阵的元素表示所述节点与所述接收端各天线之间的信道；为信号矩阵，所述信号矩阵的行矢量表示所述节点的上行接入信号；为量化噪声矩阵，是方差为的高斯白噪声矩阵，，；设置去量化迭代计数器的初始值为1；步骤S3：基于所述量化接收信号、所述高斯白噪声矩阵的方差以及所述接收信号当前的先验均值和先验方差，利用贝叶斯推理对所述接收信号进行最小均方误差估计，得到所述接收信号的后验均值和后验方差，并计算相应的第一外信息，所述第一外信息的均值和方差分别为和；将所述量化接收信号模型退化成等效线性模型，其中，是方差为的第一等效高斯白噪声矩阵；所述第一外信息的均值为对所述接收信号的估算，所述第一外信息的方差为对所述高斯白噪声矩阵的方差和所述接收信号的估计误差之和的估算；所述接收信号的先验均值和先验方差在首次去量化迭代时的取值根据经验数据设置；所述外信息与Turbo译码中的外信息的含义和计算方式一致；步骤S4：对所述等效线性模型作离散傅里叶变换，得到角度域线性模型；其中，为角度域接收信号，为离散傅里叶变换矩阵，为角度域信道矩阵，是方差为的第二等效高斯白噪声矩阵；步骤S5：对所述角度域接收信号作矩阵分解，得到具有相位模糊和排序模糊的角度域信道矩阵估算和信号矩阵估算，并利用所述参考信息消除矩阵分解所引入的固有的相位模糊和排序模糊，得到已识别活跃节点集合、角度域信道矩阵估算和信号矩阵估算，并计算相应的第二外信息；所述已识别活跃节点集合为被所述接收端判定处于活跃状态的节点的集合；步骤S6：对所述第二外信息的均值作离散傅里叶反变换；将离散傅里叶反变换后的第二外信息的均值和所述第二外信息的方差分别用于更新所述接收信号的先验均值和先验方差的取值；步骤S7：若去量化迭代计数器的取值小于预先设定的最大去量化迭代次数，则更新去量化迭代计数器，即令，进入步骤S3；否则，输出当前检测结果，方法结束。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1，所述参考信息包括节点标签、循环冗余校验比特位和标量导频；所述节点标签通过以下方式生成：对于各个节点，将所述节点的十进制索引映射成长
度为比特的二进制数，由所述二进制数构成所述节点标签，函数表示以2为底取对数，函数表示向上取整，将所述节点标签嵌入所述节点的载荷数据的前部；所述载荷数据为各个节点需要向接收端传输的数据比特流；所述循环冗余校验比特位配置于所述节点标签和所述节点的载荷数据之间，长度为8比特；所述标量导频设置于消息符号的前部，仅包括一个已知的调制星座符号，随消息符号一同发送；所述消息符号是由数据包经过信道编码和数字调制得来，所述数据包由节点标签、循环冗余校验比特位和载荷数据组成；所述标量导频和所述消息符号组成最终的上行接入信号。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S5，包括：步骤S51：将连续干扰消除迭代计数器的取值设置为1；初始化角度域接收信号残差的取值为，初始化当前已识别活跃节点集合的取值为空，上标为连续干扰消除迭代计数器的取值；所述当前已识别活跃节点集合由当前所有被接收端判定处于活跃状态的节点的十进制索引组成；步骤S52：对所述角度域接收信号残差作矩阵分解，得到具有相位模糊和排序模糊的信道矩阵残差估算和信号矩阵残差估算；所述信道矩阵残差估算是对未存储于集合中的节点所对应的角度域信道矩阵的估算；所述信号矩阵残差估算是对未存储于集合中的节点所对应的信号矩阵的估算；步骤S53：基于所述参考信息中的标量导频，消除所述具有相位模糊和排序模糊的信道矩阵残差估算和信号矩阵残差估算中的相位模糊，得到去相位模糊的信道矩阵残差估算和去相位模糊的信号矩阵残差估算；步骤S54：基于所述参考信息中的循环冗余校验比特位，确定节点标签估算是否通过循环冗余校验，所述节点标签估算是通过对所述去相位模糊的信号矩阵残差估算作数字解调和信道解码后得到的节点标签的估算；若通过循环冗余校验，则将所述节点标签估算映射为十进制节点索引，记为当前次识别的十进制节点索引；根据所述当前次识别的十进制节点索引对去相位模糊的信道矩阵残差估算和去相位模糊的信号矩阵残差估算分别进行列和行的重新排列，从而消除排序模糊，得到去模糊的信道矩阵残差估算和去模糊的信号矩阵残差估算，同时将所述当前次识别的十进制节点索引添加到当前已识别活跃节点集合中，得到更新的当前已识别活跃节点集合；步骤S55：基于所述更新的当前已识别活跃节点集合，将集合中各个节点所对应的数据包估算重新进行信道编码和数字调制，获取集合中各个节点的信号矩阵估算，记为活跃节点的信号矩阵估算，并将所述活跃节点的信号矩阵估算作为对应节点的导频，使用最小二乘法获取对应节点的角度域信道矩阵估算，记为活跃节点的角度域信道矩阵估算；所述数据包估算是通过对去模糊的信号矩阵残差估算作数字解调和信道解码后得到的数据包的估算；步骤S56：将所述活跃节点的角度域信道矩阵估算和所述活跃节点的信号矩阵估算相乘，获取集合中各个节点所对应的角度域接收信号估算，记为活跃节点的角度域接收
信号估算，并将所述活跃节点的角度域接收信号估算从所述角度域接收信号中减去，得到更新的角度域接收信号残差；步骤S57：若所述连续干扰消除迭代计数器的取值小于预先设定的最大连续干扰消除迭代次数，则更新连续干扰消除迭代计...

【专利技术属性】
技术研发人员：高镇，柯玛龙，应科柯，梅逸堃，乔力，郑德智，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：