交分多址接入中繼系統(tǒng)的去噪互信息保持量化轉(zhuǎn)發(fā)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種交分多址接入中繼系統(tǒng)的去噪互信 息保持量化轉(zhuǎn)發(fā)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 半雙工交分多址接入中繼系統(tǒng)（ID-MARC)，它包括多用戶，一個中繼和一個目的 端。各用戶之間是非正交的，即在相同的時域和頻域發(fā)送信號，系統(tǒng)通過交織器來區(qū)分各個 用戶發(fā)送的信息。中繼處常用的處理方法有兩種：壓縮轉(zhuǎn)發(fā)（CF:CompressForward)和譯 碼轉(zhuǎn)發(fā)（DF:DeC〇dingForward)。譯碼轉(zhuǎn)發(fā)需要中繼對收到信號進行譯碼，再轉(zhuǎn)發(fā)給目的 端，這實際上是一個去噪的過程，在中繼能夠進行無差錯譯碼的時候，譯碼轉(zhuǎn)發(fā)是最優(yōu)的策 略。但譯碼轉(zhuǎn)發(fā)也有它的缺點：一是要在中繼處進行一次譯碼，它的處理復(fù)雜很高；其次如 果中繼處譯碼有錯會存在錯誤傳播。因此，很多情況下選用半雙工的多址接入中繼信道的 CF策略，CF策略中中繼分兩個時隙收發(fā)送信號，相比DF策略，它不需要進行譯碼，因而復(fù) 雜度不會很大，且不會有錯誤傳播，在信源到中繼站鏈路信道條件相對較差的時候，CF策略 要比DF策略轉(zhuǎn)發(fā)更有效，在相同條件下，CF策略能獲得更大的速率。但在CF策略中的量 化過程就會涉及到失真度量的問題。Rave提出了最大互信息量化方案（MMIQ)，對接收信號 的似然比進行最大互信息量化，得到了比幅度值量化更好的性能，由于均方誤差比較直觀、 簡單而且分析起來方便，目前最常用于設(shè)計量化器和實隨機變量的率失真問題的失真度量 是均方誤差，但對一些問題它缺乏感性意義。Tishby等提出用量化輸出變量與另一個變量 的相關(guān)性作為失真度量。Zeitler以此為基礎(chǔ)提出一種以量化序列和信源發(fā)送序列之間互 信息作為失真的度量，并提出以最大化兩者間的互信息來設(shè)計量化器，并給出了二用戶正 交多址接入中繼信道的量化方案。但是，到目前為止，大多數(shù)關(guān)于多址接入中繼信道文章都 是關(guān)于正交多址接入中繼信道，或者只是考慮兩個用戶的情況，對用戶數(shù)大于2的非正交 的多址接入中繼信道模型研究很少。而傳統(tǒng)的Lloyd-Max量化方案和最大互信息量化方案 (MMI?在量化的時候都無法做到盡可能地保持與信源信息的互信息量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種交分多址 接入中繼系統(tǒng)的去噪互信息保持量化轉(zhuǎn)發(fā)方法，其設(shè)計新穎合理，方法步驟簡單，能夠很好 地處理多址接入中繼系統(tǒng)中多個信源量化轉(zhuǎn)發(fā)，在譯碼端進聯(lián)合譯碼，并且能夠獲得更好 的性能。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種交分多址接入中繼系統(tǒng)的 去噪互信息保持量化轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于該方法包括以下步驟：
[0005] 步驟一、信源對發(fā)送信號進行編碼、擴頻、交織和BPSK調(diào)制處理：多個信源中的各 個信源iG{1，2, . . .，K}各自隨機產(chǎn)生獨立的信息序列U;e彳0，1}~ ,在發(fā)送端對信息序列 U;e丨0，1產(chǎn)以碼率ki/rii進行Turbo-Hadamard編碼得到碼比特qe丨0，lp，再經(jīng)過擴頻、交 織和BPSK調(diào)制得到信號XfG{±1}\其中，K為信源的個數(shù)，&為第i個信源的序列長度， 叫為對第i個信源進行Turbo-Hadamard編碼后的序列長度；
[0006] 步驟二、各個信源將信號\G彳±1廣經(jīng)過信道發(fā)送給中繼站，中繼站接收到信號 兄:' =念\,.X; +N1:，其中，為零均值高斯白噪聲，s為信源，r為中繼站，hy為信源到 / 二1 丄' 中繼站各信道的乘性系數(shù)；
[0007]同時，各個信源將信號\e{±i廣經(jīng)過信道發(fā)送給目的節(jié)點，目的節(jié)點接收到信號 Y/ =H+Nf，其中，以為零均值高斯白噪聲，s為信源，d為目的節(jié)點，hM為信 i=\丄' 源到目的節(jié)點各信道的乘性系數(shù)；
[0008] 步驟三、中繼站對其接收到的信號進行量化、編碼和調(diào)制后轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點：中繼 站依據(jù)盡可能保留接收到的信號Y；?中關(guān)于信源部分的信息、同時盡可能去掉接收到的信 號Y：中關(guān)于噪聲部分的信息的原則選擇出優(yōu)化的量化區(qū)間，…，八J，并根據(jù) 量化器函數(shù)q(y) =z對其接收到的信號Y：進行量化處理得到量化序列f，且對量化序 列E進行信源編碼和信道編碼得到編碼序列(^，再對編碼序列q進行調(diào)制得到發(fā)送序列 Xpe{±l廣后發(fā)送給目的節(jié)點，目的節(jié)點接收到信號Y/二/^X^Nf;其中，y為信 號的一個實現(xiàn)，z是元素集合Z= {0,1，2,…，N-1}中的一個元素，N為量化電平數(shù)，量 化器函數(shù)q(y) =z將N個量化區(qū)間[ymin,yj,[ypy2]，…，[y^ymax]與元素集合Z= {0， 1，2, ???，N-i}中的元素 〇, 1，2, ???，N-i--對應(yīng)，ymin=yci〈yi〈y2〈…〈yN-i〈yN=ymax，ymin為量 化區(qū)間邊界的最小取值且第〇個量化區(qū)間邊界的取值7_為量化區(qū)間邊界的最大 取值且第N個量化區(qū)間邊界的取值yN=y_;n,為對編碼序列c,進行調(diào)制后的序列長度， <為零均值高斯白噪聲，hy為中繼站到目的節(jié)點各信道的乘性系數(shù)；
[0009] 步驟四、目的節(jié)點聯(lián)合譯碼，具體過程為：
[0010] 步驟401、目的節(jié)點對接收到的信號 < 進行信道譯碼和信源譯碼，恢復(fù)出量化序 列
[0011] 步驟402、目的節(jié)點的多用戶檢測器聯(lián)合穹、免:進行信號檢測和譯碼，恢復(fù)出信 源信息序列A，ie{1，2,...，K}，具體過程為：
[0012] 步驟4021、第一信號估計器ESE1和第二信號估計器ESE2分別由其先驗信息和接 收到的Y/和$逐比特聯(lián)合估計輸出外信息，其中，第一信號估計器ESE1的先驗信息為譯 碼交織送過來的信號估計器的先驗信息/_(x,)加上第二信號估計器ESE2最近一次輸出的 外信息eESE2 (Xi)，第二信號估計器ESE2的先驗信息為譯碼交織送過來的信號估計器的先驗 信息1S￡(X,)加上第一信號估計器ESE1最近一次輸出的外信息eESE1 (Xi);
[0013]步驟4022、對第一信號估計器ESE1輸出的外信息和第二信號估計器ESE2輸出的 外信息求和得到各信源的聯(lián)合估計外信息eESE(Xi);
[0014] 步驟4023、對各信源的聯(lián)合估計外信息eESE(Xi)進行解交織得到譯碼器的先驗信 息^^(x,)送給用戶譯碼器譯碼，用戶譯碼器譯碼后輸出譯碼外信息eDK(Xi);
[0015] 步驟4024、用戶譯碼器對譯碼外信息eDK(Xi)進行交織得到信號估計器的先驗信 息，并送給第一信號估計器ESE1和第二信號估計器ESE2 ;
[0016] 步驟4025、重復(fù)步驟4021?4024迭代給定次數(shù)后停止，在用戶譯碼器處進行硬判 決輸出作為譯碼結(jié)果，恢復(fù)出信源1信息序列A，iG{1，2,. . .，K}。
[0017] 上述的交分多址接入中繼系統(tǒng)的去噪互信息保持量化轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在 于：步驟三中中繼站依據(jù)盡可能保留接收到的信號Y：中關(guān)于信源部分的信息、同時 盡可能去掉接收到的信號Y；中關(guān)于噪聲部分的信息的原則選擇出優(yōu)化的量化區(qū)間 歹=[乃,72，…，JVi]的具體過程為：
[0018] 步驟301、參數(shù)輸入和計算：給中繼站輸入信號x,.G{±1廣的概率密度函數(shù)p(x)、 已知信道條件下信號Yr的概率密度函數(shù)P(y|x)、量化電平數(shù)N和互信息變化閾值e，中 繼站根據(jù)公式計算出信號^的概率密度函數(shù)p(y);其中，x為信號 X,. e {±1廣的一個實現(xiàn)；
[0019] 步驟302、初始化：隨機選擇一個滿足表達式y(tǒng)min= y〈yN_i〈yN= y_的 量化區(qū)間,v"..A j，中繼站根據(jù)公式/(°W)計算得到