【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于物联网通信，尤其涉及一种复杂度逐层降低的免授权scma中的多层盲检测方法。
技术介绍
1、信息社会正在从互联网时代向物理网时代发展，如果互联网是把人作为连接和服务对象，那么物联网就是将信息网络接连和服务对象从人扩展到物，以实现“万物互联”。物联网的应用对空口技术提出了更高的要求，需满足用户终端设备、移动数据流量的指数级增长。而传统的正交多址接入技术，例如tdma、fdma、cdma均采用正交物理资源分配方式，难以满足海量用户的低时延、超高系统容量连接。
2、相比于正交多址接入，非正交多址接入允许同一资源块内接入更多用户，极大提升系统的接入用户数量和系统传输容量。稀疏码多址接入技术是一种码域非正交多址接入技术，其主要思想是将多维调制和低密度签名多址接入相结合，在频谱效率和吞吐量上表现较好。物联网中的海量用户可以采用scma技术实现大规模接入，同时引入免授权的随机接入机制，降低用户业务传输时延、节约信令开销、适用于大规模动态变化的用户数量。因此，免授权的scma技术对未来智能通信中物联网的部署与实现起到重要的意义。
3、scma系统的接收端在传统上采用消息传递算法(message passing algorithm，mpa)来进行多用户检测，它比最优的最大后验概率算法的复杂度低，且检测性能相近。然而mpa算法在进行用户数据检测时，需要提前知道每个用户所使用的scma码本。而在本专利技术提到的免授权scma系统中，由于每个用户与基站不进行握手，用户接入系统时随机获取码本并进行数据传输，基站需要在未
4、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
5、(1)功率域非正交多址接入技术是人们研究最多最成熟的非正交多址接入技术，在接入设计与检测方法两方面都有较多的研究成果，它要求用户之间具有明显的信道增益差便可以获得较好的接入效果。然而对于设备数量巨大的物联网场景，设备之间常常是密集部署，难以在设备之间带来明显的信道增益差，因此功率域非正交多址接入不是物联网用户接入有效解决方案。
6、(2)码域scma系统中通常采用mpa算法进行多用户数据检测，也有多种改进的mpa算法获得了较低的复杂度与较高的检测性能，但mpa算法在检测时需要提前知道每个用户所使用的scma码本，所以并不适用于免授权scma系统。
7、(3)目前也有少量针对免授权scma盲检测算法的研究成果，但主要针对用户与码本匹配已知的情况，所以也无法解决免授权机制下，当基站未知用户与码本匹配情况时的盲检测问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种复杂度逐层降低的免授权scma中的多层盲检测方法。
2、本专利技术是这样实现的，复杂度逐层降低的免授权scma中的多层盲检测方法包括：构建系统模型，分别确定用户集合与码本结构；用户间采用免授权的scma接入方式连接到基站。由于用户与基站没有提前握手，用户在随机选择码本后直接向基站传输信息，而基站在未知用户与码本的匹配情况下需要进行盲接收检测。在盲检测中，首先，将一个频谱资源块看做一个解码层，从第一个解码层开始，基站根据本层收到的用户信息之和与码本结构中的指示矩阵，尝试匹配用户与码本，在达到该层匹配误差阈值时停止本层匹配，并记录本层用户与码本的匹配结果；其次，逐层展开用户与码本的匹配，关键是利用连续干扰消除的思想，在当前解码层消除已解码层的确定性干扰，减少当前解码层中需要匹配的用户数量与码本数量。第三，随着完成解码的已解码层不断增多，当前解码层的匹配空间也不断减小，实现了逐层降低复杂度的盲检测效果。同时，由于每层解码存在误差阈值的限制条件，可保证每层解码用户与码本匹配的准确性。
3、进一步，系统模型的构建包括：
4、物联网中包括1个基站和j个用户设备用户设备采用scma方式上行接入到基站，系统可用频谱资源数量为k，k＝{f1,…,fk}，系统可支持的最大用户数量为n为一个用户同时使用的资源块数量。在发送端，用户设备通过scma编码器，将b比特信息数据流根据自己的专属码本直接映射成k维码字，每个码本中共有m个码字，m＝2b。用户uj的码本结构如下所示：
5、
6、其中，行数量代表系统总的频谱资源数量，共有k行；当用户使用某个频率资源时，对应行为非零行；cij为复数，代表用户信息映射到的星座点；当用户未使用某个频率资源时，对应行为零行，cij＝0；列数量代表码字数量m，如果按照每2比特作为一组进行发射，m＝4，则用户对资源使用的情况用指示矩阵f表示，如下式所示：
7、
8、其中，行数量代表可使用的资源块数量k，列数量为系统可服务的总用户数量j；fij＝0表示用户uj未使用资源块fi；fij＝1表示用户uj使用资源块fi；每行中非零元素的数量代表使用该频谱资源的用户数量，用行重dv表示；每列中非零元素的数量代表同一用户所使用的频谱资源数量，用列重df表示，每行与每列的非零元素是相等的，且df＜k。
9、进一步，复杂度逐层降低的免授权scma中的多层盲检测方法包括以下步骤：
10、步骤一，针对所有用户进行随机排序，按升序选择前dv个用户，随机匹配与第1个解码层相关的码本，找到dv个用户分别选择码本中某个码字的最优组合，并尝试按升序进行用户替换，直至满足本层的最小误差阈值条件；
11、步骤二，将系统用户集分为纯净用户和非纯净用户，根据映射矩阵f从两个用户集中选择dv个用户形成复用资源块fi的用户集合并尝试用纯净用户替换中的不确定用户，直至满足本层的最小误差阈值条件；
12、步骤三，迭代执行步骤二，针对每个资源层进行资源、码本码字与用户之间匹配，直到所有用户与码本及对应码字匹配完毕，算法结束。
13、进一步，步骤一中，针对第1个资源块f1--第1个解码层，共有dv个未知用户复用。对所有用户进行随机排序，按升序选择前dv个用户分别随机匹配与f1资源块相关联的一个码本，随机选择对应码本中的一个码字作为用户的发射码字。由于每个码本中共有m个码字，则dv个用户共计算次，根据以下公式找到dv个用户分别选择码本中某个码字的最优组合：
14、
15、其中，yf1代表在资源块f1上收到的信号；代表复用在资源块f1上的用户集合；代表复用在资源块f1上的多用户发送信号之和；σ2代表加性高斯白噪声的噪声功率；δf1为误差阈值，表示复用在资源块f1上的多用户发射信号与基站端在资源块f1上接收信号的均方差。
16、第一次匹配后，剩余用户集合表示为在剩余用户中按照用户排序，每次按升序选择一个用户，尝试替换中的某个用户，计算替换之后的误差阈值δ'f1并与替换前的误差阈值进行比较：当δ'f1≥δf1，则不进行替换，维持不变，同时将用户排在剩余用户的队尾；当δ'f1＜本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复杂度逐层降低的免授权SCMA中的多层盲检测方法，其特征在于，复杂度逐层降低的免授权SCMA中的多层盲检测方法包括：构建系统模型，确定用户集合与码本结构基站与用户间采用免授权的接入方式，将一个频谱资源块看做一个解码层，从第一个解码层开始逐层展开用户与码本的匹配，采用连续干扰消除的思想逐层消除已解码层中已匹配用户的确定干扰，实现用户数量与码本数量匹配空间的不断减少，进而达到逐层降低解码复杂度的效果。同时，每个解码层有严格的误差阈值门限，保证了各层的解码性能。
2.如权利要求1所述复杂度逐层降低的免授权SCMA中的多层盲检测方法，其特征在于，系统模型的构建包括：
3.如权利要求1所述复杂度逐层降低的免授权SCMA中的多层盲检测方法，其特征在于，复杂度逐层降低的免授权SCMA中的多层盲检测方法包括以下步骤：
4.如权利要求3所述复杂度逐层降低的免授权SCMA中的多层盲检测方法，其特征在于，步骤一中，针对第1个资源块f1--第1个解码层，共有dv个未知用户复用资源块；针对所有用户进行随机排序，按升序选择前dv个用户分别随机匹配与f1资源块相关联
5.如权利要求3所述复杂度逐层降低的免授权SCMA中的多层盲检测方法，其特征在于，步骤二中，针对第i个资源块fi--第i个解码层，同样存在dv个用户在资源块上复用；系统用户集分为两类：第1类是未与任何资源块匹配的用户，称为纯净用户；第2类是已与资源块进行匹配的用户，称为非纯净用户；
6.如权利要求5所述复杂度逐层降低的免授权SCMA中的多层盲检测方法，其特征在于，替换过程与规则如下：
7.一种应用如权利要求1～6任意一项所述复杂度逐层降低的免授权SCMA中的多层盲检测方法的复杂度逐层降低的免授权SCMA中的多层盲检测系统，其特征在于，复杂度逐层降低的免授权SCMA中的多层盲检测系统包括：
8.一种计算机设备，其特征在于，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1～6任意一项所述复杂度逐层降低的免授权SCMA中的多层盲检测方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1～6任意一项所述复杂度逐层降低的免授权SCMA中的多层盲检测方法的步骤。
10.一种信息数据处理终端，其特征在于，信息数据处理终端用于实现如权利要求7所述复杂度逐层降低的免授权SCMA中的多层盲检测系统。
...【技术特征摘要】
1.一种复杂度逐层降低的免授权scma中的多层盲检测方法，其特征在于，复杂度逐层降低的免授权scma中的多层盲检测方法包括：构建系统模型，确定用户集合与码本结构基站与用户间采用免授权的接入方式，将一个频谱资源块看做一个解码层，从第一个解码层开始逐层展开用户与码本的匹配，采用连续干扰消除的思想逐层消除已解码层中已匹配用户的确定干扰，实现用户数量与码本数量匹配空间的不断减少，进而达到逐层降低解码复杂度的效果。同时，每个解码层有严格的误差阈值门限，保证了各层的解码性能。
2.如权利要求1所述复杂度逐层降低的免授权scma中的多层盲检测方法，其特征在于，系统模型的构建包括：
3.如权利要求1所述复杂度逐层降低的免授权scma中的多层盲检测方法，其特征在于，复杂度逐层降低的免授权scma中的多层盲检测方法包括以下步骤：
4.如权利要求3所述复杂度逐层降低的免授权scma中的多层盲检测方法，其特征在于，步骤一中，针对第1个资源块f1--第1个解码层，共有dv个未知用户复用资源块；针对所有用户进行随机排序，按升序选择前dv个用户分别随机匹配与f1资源块相关联的一个码本，随机选择对应码本中的一个码字作为用户的发射码字；由于每个码本中共有m个码字，则dv个用户共计算次，根据以下公式找到dv个用户分别选择码本中某个码字的最优组合：
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