基于准同步SCMA的卫星物联网低复杂度多用户检测方法技术

本发明专利技术提供一种基于准同步SCMA的卫星物联网低复杂度多用户检测方法，通过估计时延对卫星物联网场景下SCMA系统中同一子载波上接受到的多用户的准同步叠加的信号进行划分，得到划分信号；计算划分信号各部分的联合概率，并根据信噪比对联合概率进行删减；根据删减过后的联合概率计算划分信号各部分的边缘概率，将计算得到的边缘概率传递给每个子载波，并根据因子图对边缘概率进行串行迭代传递至达到所设置的迭代停止门限，找出最大的边缘概率对应叠加码字组合，进而获得各子载波上用户所发送码字，对码字完成反映射，得到用户输出的译码比特。该方法能够实现对准同步信号进行高性能处理，大幅度降低复杂度的同时，有效提高译码性能。码性能。码性能。

【技术实现步骤摘要】
基于准同步SCMA的卫星物联网低复杂度多用户检测方法


[0001]本专利技术涉及一种基于准同步SCMA的卫星物联网低复杂度多用户检测方法，属于卫星通信


技术介绍

[0002]在卫星物联网场景下，不仅需要考虑到接入终端数量的问题，更需要关注的是接入终端服务质量的问题，由于在卫星物联网场景下，大多数终端用户发送的是短数据包，如果按照传统的授权传输模式，在信息传输前经历多次信令的交互，将势必会造成资源的浪费，以及传输时延。所以由此考虑将免授权传输应用于卫星物联网场景下，可以达到提高终端接入质量以及降低时延的目的。
[0003]目前存在的免授权随机接入方法主要可以从时域、功率域以及码域来进行分类。其中，针对码域的随机接入主要考虑SCMA(稀疏码分多址，Sparse Code Multiple Access)，SCMA是一项新兴的非正交多址接入技术，与其他接入技术相比，SCMA拥有更好的过载能力，在SCMA系统中，一个子载波可以传输多个用户的数据，一个用户的数据由多个子载波传递，从而能够达到在使用相同数量子载波的情况下，能够承载更多的终端数量，减缓数据包冲突的目的。
[0004]利用SCMA技术可以很好的解决卫星物联网场景下大规模免授权随机接入的问题，虽然免授权随机接入能够很大程度上降低时延，但是由于终端所处环境、天气等原因，时延不可能完全消除，所以对于SCMA系统接收端接收到的信号是准同步叠加的，同步情况下接收端多用户检测方法是消息传递算法，但是对于准同步叠加信号，将消息传递算法应用于准同步情况下，并不能得到很好的译码性能，所以研究基于准同步的SCMA的系统中多用户检测算法很有必要。
[0005]上述问题是在基于准同步SCMA的卫星物联网低复杂度多用户检测过程中应当予以考虑并解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于准同步SCMA的卫星物联网低复杂度多用户检测方法解决现有技术中存在的传统的同步检测方法在准同步系统中译码性能较低，有待提高的问题。
[0007]本专利技术的技术解决方案是：
[0008]一种基于准同步SCMA的卫星物联网低复杂度多用户检测方法，包括以下步骤，
[0009]S1、通过估计时延对卫星物联网场景下SCMA系统中同一子载波上接受到的多用户的准同步叠加的信号进行划分，得到划分信号；
[0010]S2、计算划分信号各部分的联合概率，并根据信噪比对联合概率进行删减；
[0011]S3、根据删减过后的联合概率计算划分信号各部分的边缘概率，将计算得到的边缘概率传递给每个子载波，并根据因子图对边缘概率进行串行迭代传递至达到所设置的迭
代停止门限，找出最大的边缘概率对应叠加码字组合，进而获得各子载波上用户所发送码字；
[0012]S4、对码字完成反映射，得到用户输出的译码比特。
[0013]进一步地，步骤S1中，通过估计时延对卫星物联网场景下SCMA系统中同一子载波上接受到的多用户的准同步叠加的信号进行划分，具体为，在一个子载波上传输多个用户的数据，根据同一子载波上各个用户发送数据的估计时延差，对每个子载波上接收到的准同步叠加的信号进行划分。
[0014]进一步地，步骤S2中，计算划分信号各部分的联合概率：
[0015][0016]其中，m为划分信号各部分序号，1≤m≤3N+2，N为发送的符号数，k为子载波序号，1≤k≤N
C
，N
C
为占用的子载波数量，j为用户序号，1≤j≤N
U
，N
U
为用户数量,n为各用户发送符号序号，1≤n≤N，r
k
(m)代表接收的经过划分的信号的第m部分，e
(*)
代表指数函数，x
k(j)
(n)代表第k个子载波上第j个用户发送的第n个符号所映射的码字，代表高斯白噪声方差，Ω
k,m
代表第k个子载波上第m部分划分信号对应的叠加用户集。
[0017]进一步地，步骤S2中，根据信噪比对联合概率进行删减，具体为，
[0018]S21、根据每个用户码本中码字个数M确定划分信号各部分对应联合概率的个数β＝M3；
[0019]S22、根据接收信号所处信噪比对联合概率进行删减，留下联合概率个数为χ＝(1
‑
α)
·
β，其中，0＜α＜1，α为删减概率比例。
[0020]进一步地，步骤S22中，根据接收信号所处信噪比对概率进行删减，具体为，
[0021]S221、根据接收信号所处信噪比的大小，对仿真所处信噪比区间进行平均划分，不同的区间设定不同的删减概率比例α及阈值，将对应叠加码字联合概率小于设定阈值的删去；
[0022]S221、删减概率比例α与接收信号所处信噪比成正比，即高信噪比下删减较多数的联合概率个数，低信噪比下删减较少数的联合概率个数。
[0023]进一步地，步骤S3中，根据删减过后的联合概率计算划分信号各部分的边缘概率，具体为，将经过删减的联合概率利用置信传播算法进行传播计算得到每个划分信号的边缘概率I。
[0024]进一步地，步骤S3中，将计算得到的边缘概率传递给每个子载波，并根据因子图对边缘概率进行串行迭代传递至达到所设置的迭代停止门限，进而获得各子载波上用户所发送码字，具体为，
[0025]S31、通过因子图的连接情况确定子载波与用户间关系；
[0026]S32、设定迭代停止门限μ，初始化迭代次数q，以及各个用户发送码字的先验概率其中，M表示每个用户码本中码字的个数；
[0027]S33、采用串行的迭代传递方式，利用计算的边缘概率I在同一次迭代中依次更新功能节点的消息和用户节点的消息，每经过一次迭代，因子图中传递的边缘概率I＝I+Δ
q
，
其中Δ
q
为第q次迭代边缘概率的变化值，并使q＝q+1；
[0028]S34、在因子图中传递的边缘概率I≥设定迭代停止门限μ时，找出最大的边缘概率对应叠加码字组合，获得各子载波上用户所发送码字，进入下一步骤S4；在因子图中传递的边缘概率I＜设定迭代停止门限μ时，返回步骤S33。
[0029]进一步地，步骤S33中，采用串行的迭代传递方式，利用计算的边缘概率在同一次迭代中依次更新功能节点的消息和用户节点的消息，具体为，
[0030]S331、功能节点即子载波利用计算的边缘概率进行消息的更新，即在同一次迭代中可得到本次迭代以及上一次迭代中功能节点的信息和其中，t为迭代次数序号，1≤t≤T，T为总的迭代次数，m为划分信号各部分序号，1≤m≤3N+2，N为发送的符号数，k为子载波序号，1≤k≤N
C
，N
C
为占用的子载波数量，x
m
表示叠加信号所划分的第m部分,表示对信号x
m
在第t次迭代时用户节点u
m
向功能节点v
k...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于准同步SCMA的卫星物联网低复杂度多用户检测方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、通过估计时延对卫星物联网场景下SCMA系统中同一子载波上接受到的多用户的准同步叠加的信号进行划分，得到划分信号；S2、计算划分信号各部分的联合概率，并根据信噪比对联合概率进行删减；S3、根据删减过后的联合概率计算划分信号各部分的边缘概率，将计算得到的边缘概率传递给每个子载波，并根据因子图对边缘概率进行串行迭代传递至达到所设置的迭代停止门限，找出最大的边缘概率对应叠加码字组合，进而获得各子载波上用户所发送码字；S4、对码字完成反映射，得到用户输出的译码比特。2.如权利要求1所述的基于准同步SCMA的卫星物联网低复杂度多用户检测方法，其特征在于：步骤S1中，通过估计时延对卫星物联网场景下SCMA系统中同一子载波上接受到的多用户的准同步叠加的信号进行划分，具体为，在同一个子载波上传输多个用户的数据，根据同一子载波上各个用户发送数据的估计时延差，对每个子载波上接收到的准同步叠加的信号进行划分。3.如权利要求1所述的基于准同步SCMA的卫星物联网低复杂度多用户检测方法，其特征在于：步骤S2中，计算划分信号各部分的联合概率：其中，m为划分信号各部分序号，1≤m≤3N+2，N为发送的符号数，k为子载波序号，1≤k≤N
C
，N
C
为占用的子载波数量，j为用户序号，1≤j≤N
U
，N
U
为用户数量,n为各用户发送符号序号，1≤n≤N，r
k
(m)代表接收的经过划分的信号的第m部分，e
(*)
代表指数函数，x
k(j)
(n)代表第k个子载波上第j个用户发送的第n个符号所映射的码字，代表高斯白噪声方差，Ω
k,m
代表第k个子载波上第m部分划分信号对应的叠加用户集。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的基于准同步SCMA的卫星物联网低复杂度多用户检测方法，其特征在于：步骤S2中，根据信噪比对联合概率进行删减，具体为，S21、根据每个用户码本中码字个数M确定划分信号各部分对应联合概率的个数β＝M3；S22、根据接收信号所处信噪比对联合概率进行删减，留下联合概率个数为χ＝(1
‑
α)
·
β，其中，0＜α＜1，α为删减概率比例。5.如权利要求4所述的基于准同步SCMA的卫星物联网低复杂度多用户检测方法，其特征在于：步骤S22中，根据接收信号所处信噪比对概率进行删减，具体为，S221、根据接收信号所处信噪比的大小，对仿真所处信噪比区间进行平均划分，不同的区间设定不同的删减概率比例α及阈值，将对应叠加码字联合概率小于设定阈值的删去；S221、删减概率比例α与接收信号所处信噪比成正比，即高信噪比下删减较多数的联合概率个数，低信噪比下删减较少数的联合概率个数。6.如权利要求1
‑
3任一项所述的基于准同步SCMA的卫星物联...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁晓进，王轶群，张更新，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：