非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)及方法
【專利摘要】非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)及方法，屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，其特征在于，在發(fā)送端，多個用戶采用非正交方式接入系統(tǒng)，將信號分別進(jìn)行信道編碼、編碼符號映射、交織和調(diào)制處理；在接收端，將接收信號分別乘以各個用戶的特征序列，先后經(jīng)過多用戶檢測、解調(diào)、解交織和譯碼處理，然后將輸出結(jié)果再次進(jìn)行多用戶檢測，實現(xiàn)迭代過程。本方法基于消息傳遞思想，將譯碼器的輸出軟信息直接送入多用戶檢測中，實現(xiàn)譯碼與多用戶檢測的聯(lián)合迭代處理。在線性計算復(fù)雜度下，本發(fā)明可以實現(xiàn)很好的干擾消除性能，并且有效地較低了環(huán)境噪聲和干擾對信號信息的影響，得到了較好的誤碼性能和更可靠的傳輸效果，同時本發(fā)明可以實現(xiàn)多用戶干擾消除和譯碼的聯(lián)合進(jìn)行，有利于并行結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)。
【專利說明】非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)及方法屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及多用戶通信系統(tǒng)中的一種非正交多用戶接入以及消除用戶間干擾的聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了降低成本和高效地利用通信系統(tǒng)的資源，現(xiàn)有通信系統(tǒng)一般采用碼分多址(Code Division Multiple Access, CDMA)、交織多址(Interleaver Division MultipleAccess, IDMA)等非正交接入方式來區(qū)分不同的用戶，隨著用戶數(shù)目的增加，用戶間干擾會增加，從而整個通信系統(tǒng)的性能下降。
[0003]消除多用戶間干擾的一類傳統(tǒng)方法是將用戶間干擾看作加性噪聲，獨立地檢測各個用戶的信息，系統(tǒng)性能嚴(yán)重受限于干擾。另一類方法是多用戶檢測，不再將干擾當(dāng)噪聲處理，而是將其視作具有一定結(jié)構(gòu)的信息，具體是利用地址碼之間的相關(guān)特性，抑制甚至消除多址干擾的影響。
[0004]根據(jù)算法是否線性，可以將現(xiàn)有的多用戶檢測算法分為線性多用戶檢測算法和非線性多用戶檢測算法。線性多用戶檢測算法是對傳統(tǒng)的匹配濾波器的輸出向量y做一個線性運算L，以消除多址干擾的影響。這種方法涉及到矩陣求逆運算，計算復(fù)雜度通常比較高。非線性多用戶檢測算法的基本思想是干擾消除，即重構(gòu)已經(jīng)檢測的用戶信號，將其從接收信號中消除后再檢 測其他用戶。這種方法會造成誤差的傳播，帶來較大的延時。
[0005]本發(fā)明提出了非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)及方法。該算法的主要思想是在發(fā)送端，多個用戶采用非正交方式接入系統(tǒng)，在接收端，基于消息傳遞思想，將譯碼器的輸出軟信息直接送入多用戶檢測中，實現(xiàn)譯碼與多用戶檢測的聯(lián)合迭代處理。在線性計算復(fù)雜度下，本發(fā)明可以實現(xiàn)很好的干擾消除性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)及方法。在發(fā)送端，多用戶采用非正交方式接入，在接收端，采用消息傳遞機制，實現(xiàn)譯碼與多用戶檢測的聯(lián)合迭代處理。本發(fā)明適用于非正交接入的多用戶通信系統(tǒng)，其目的是降低用戶間干擾，提高傳輸?shù)男阅堋?br> [0007]非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)，其特征在于，分為兩大系統(tǒng)，一是多用戶非正交接入及發(fā)送系統(tǒng)，一是多用戶信號的聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)，其中:
[0008](I)多用戶非正交接入及發(fā)送系統(tǒng)，設(shè)有信道編碼模塊、編碼符號映射模塊、交織模塊以及調(diào)制模塊，其中:
[0009]信道編碼模塊:對第k個用戶的信息序列bk進(jìn)行信道編碼，k = 1，2，…，K，經(jīng)過信道編碼后輸出序列ck，L為編碼之后序列Ck的長度；
[0010]編碼符號映射模塊:把所述序列Ck中的每一個符號分別映射為長度均為N的特征序列 Pk，N 為大于或等于 I 的自然數(shù)，pk = {ζ1； Z2,, zN}, Zi e {I, -1}，i = I, 2，…，N, i為特征參數(shù)z的序號，N為特征參數(shù)的個數(shù)，符號的映射規(guī)則按照I — pk，0 —-pk，映射后序列為rk ；
[0011]交織模塊:把輸入的所述序列rk進(jìn)行交織，得到序列Vk ；
[0012]調(diào)制模塊:把輸入的所述序列Vk進(jìn)行調(diào)制，得到序列uk，發(fā)送到接收端；
[0013](2)多用戶信號的聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)，設(shè)有:多用戶聯(lián)合檢測模塊、解調(diào)和解交織模塊以及譯碼模塊:
[0014]首先將第k個用戶的接收序列yk(n)逐符號乘以各個用戶的特征序列pk，得到第k個用戶的觀測節(jié)點;T:,;.其中K為用戶的個數(shù)，k = 1，2，...，K，η是各符號的接收時刻，η = 1，2，...，N’，N’ = NL, L為編碼之后的序列Ck的長度，N為特征序列Pk的長度，I =1，2，...，L，將尺作為多用戶聯(lián)合檢測模塊的輸入，進(jìn)入迭代過程；
[0015]多用戶聯(lián)合檢測模塊，依照如下步驟檢測:
[0016]a初始化,設(shè)定:T為迭代次數(shù)，t為本次迭代次數(shù)，t = 1，2，...，T, i = 1，2，...，K,j = I, 2,..., K, K為用戶的個數(shù)，初始時，由第i個用戶在時刻η的符號節(jié)點Xi (η)向第j
個用戶的觀測節(jié)點傳遞的消息在\ (η) = I時即乂.丨_講和間=1>為去’
【權(quán)利要求】
1.非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)，其特征在于，分為兩大系統(tǒng)，一是多用戶非正交接入及發(fā)送系統(tǒng)，一是多用戶信號的聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)，其中: (1)多用戶非正交接入及發(fā)送系統(tǒng)，設(shè)有信道編碼模塊、編碼符號映射模塊、交織模塊以及調(diào)制模塊，其中: 信道編碼模塊:對第k個用戶的信息序列bk進(jìn)行信道編碼，k = I, 2，…，K,經(jīng)過信道編碼后輸出序列ck, L為編碼之后序列Ck的長度； 編碼符號映射模塊:把所述序列ck中的每一個符號分別映射為長度均為N的特征序列Pk，N 為大于或等于 I 的自然數(shù)，Pk = {ζ1； ζ2,, zN}, Zi e {I, -1}，i = I, 2，…，N, i 為特征參數(shù)z的序號，N為特征參數(shù)的個數(shù)，符號的映射規(guī)則按照I — pk，0 —-pk，映射后序列為rk ; 交織模塊:把輸入的所述序列rk進(jìn)行交織，得到序列Vk ； 調(diào)制模塊:把輸入的所述序列Vk進(jìn)行調(diào)制，得到序列％，發(fā)送到接收端； (2)多用戶信號的聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)，設(shè)有:多用戶聯(lián)合檢測模塊、解調(diào)和解交織模塊以及譯碼模塊: 首先將第k個用戶的接收序列yk(n)逐符號乘以各個用戶的特征序列pk，得到第k個用戶的觀測節(jié)點九(《)，其中K為用戶的個數(shù)，k= 1，2，...，Κ，η是各符號的接收時刻，η = 1，2，...，N’，N’ = NL, L為編碼之后的序列Ck的長度，N為特征序列Pk的長度，I =1,2,..., L,將九作為多用戶聯(lián)合檢測模塊的輸入,進(jìn)入迭代過程； 多用戶聯(lián)合檢測模塊，依照如下步驟檢測: a初始化,設(shè)定:T為迭代次數(shù)，t為本次迭代次數(shù)，t = 1，2，...，T, i = 1，2，...，K, j =1，2，...，K，K為用戶的個數(shù)，初始時，由第i個用戶在時刻η的符號節(jié)點Xi (η)向第j個用戶的觀測節(jié)點？/(?)傳遞的消息在\ (η) = I時即
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)，其特征在于，信道編碼模塊中，編碼方式采用諸如卷積碼、LDPC碼、Turbo碼、Turbo乘積碼等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)，其特征在于，調(diào)制模塊中，采用諸如正交振幅調(diào)制(QAM)、四相相移鍵控信號(QPSK)、多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制(MPSK)等多種調(diào)制方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)，其特征在于，交織模塊中，采用諸如分組交織器、卷積交織器或隨機交織器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)，其特征在于，多用戶檢測模塊中，(x, Μ)的均值ιηεαη[Α,,κφι和方差按如下公式計算:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)，其特征在于，多用戶檢測模塊中，第j個用戶的觀測節(jié)點I； (Λ)向第i個用戶的符號節(jié)點Xi (η)傳遞消息的均值丨W和方差Vari>!1.W:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼系統(tǒng)，其特征在于，提出的非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼方法，分為兩大步驟，一是多用戶非正交接入及發(fā)送，一是多用戶信號的聯(lián)合接收解調(diào)譯碼: (1)多用戶非正交接入及發(fā)送步驟，具體包括信道編碼、編碼符號映射、交織和調(diào)制，發(fā)送端對每個用戶按以下具體步驟操作: 信道編碼:對第k個用戶的信息序列bk進(jìn)行信道編碼，k = I, 2，...，!(,經(jīng)過信道編碼后輸出序列ck，L為編碼之后序列Ck的長度； 編碼符號映射:把所述序列ck中的每一個符號分別映射為長度均為N的特征序列pk，N為大于或等于I的自然數(shù)，Pk = {ζ1； ζ2,, zN}, Zi e {I, -1}，i = I, 2，…，N, i為特征參數(shù)z的序號，N為特征參數(shù)的個數(shù)，符號的映射規(guī)則按照I — pk，0 — -pk,映射后序列為rk ；交織:把輸入的所述序列rk進(jìn)行交織，得到序列Vk ； 調(diào)制:把輸入的所述序列Vk進(jìn)行調(diào)制，得到序列％，發(fā)送到接收端；(2)多用戶信號的聯(lián)合接收解調(diào)譯碼步驟，包括多用戶聯(lián)合檢測、解調(diào)和解交織、譯碼: 首先將第k個用戶的接收序列yk(n)逐符號乘以各個用戶的特征序列pk，得到第k個用戶的觀測節(jié)點丸其中K為用戶的個數(shù)，k= 1，2，3，...，K，η是各符號的接收時刻，η = 1，2，...，N’，N’ = NL, L為編碼之后的序列Ck的長度，N為特征序列Pk的長度，I =1，2，...，L，將九(/1)作為多用戶聯(lián)合檢測模塊的輸入，進(jìn)入迭代過程； 多用戶聯(lián)合檢測，依照如下步驟:a初始化,設(shè)定:T為迭代次數(shù)，t為本次迭代次數(shù)，t = 1，2，...，T, i = 1，2，...，K, j =1，2，...，K，K為用戶的個數(shù)，初始時，由第i個用戶在時刻η的符號節(jié)點Xi (η)向第j個用戶的觀測節(jié)點傳遞的消息MvwOl在χ? (n) = I時即,
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼方法，其特征在于，信道編碼步驟中，編碼方式采用諸如卷積碼、LDPC碼、Turbo碼、Turbo乘積碼等。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼方法，其特征在于，調(diào)制步驟中，采用諸如正交振幅調(diào)制(QAM)、四相相移鍵控信號(QPSK)、多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制(MPSK)等多種調(diào)制方式。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼方法，其特征在于，交織步驟中，采用諸如分組交織器、卷積交織器或隨機交織器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼方法，其特征在于，多用戶檢測步驟中，/<+,,: W)的均值和方差v<Wy..w按如下公式計算:

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非正交多用戶接入發(fā)送及聯(lián)合接收解調(diào)譯碼方法，其特征在于，多用戶檢測步驟中，第j個用戶的觀測節(jié)點叉(.〃)向第i個用戶的符號節(jié)點Xi (η)傳遞消息的均值和方差 var^,,Wnl:

【文檔編號】H04L25/03GK103841065SQ201410053191
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】匡麟玲, 吳勝, 張弛, 顧娜, 陸建華, 陳翔, 倪祖耀 申請人:清華大學(xué)