一種基于稀疏碼多址接入的全雙工中繼系統(tǒng)的構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于稀疏碼多址接入的全雙工中繼系統(tǒng)的構(gòu) 建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有通信系統(tǒng)中，無論頻分雙工模式，還是時分雙工模式都通過占用不同的資源 實現(xiàn)上、下行通信來避免上、下行通信間的干擾，這顯然將浪費一半的無線資源。如何利用 同一信道實現(xiàn)同時雙向的傳輸現(xiàn)已成為5G后續(xù)演進技術(shù)中可以挖掘的重要無線頻譜資源。 [0003 ]此外，4G中廣泛使用的正交頻分復(fù)用OFDM系統(tǒng)，要求各個用戶之間要相互正交，從 而避免各個用戶之間的干擾，但不能滿足5G對于頻譜效率和傳輸速率的要求，因此能夠突 破OFDMA頻譜利用率瓶頸的非正交多址接入技術(shù)作為5G的候選技術(shù)正逐漸升溫，其中最為 典型的非正交多址接入技術(shù)是華為針對高頻譜利用效率而提出的一種高速傳輸技術(shù)一稀 疏碼多址接入SCMA，目前空中接口技術(shù)已被列為5G移動通信候選標準。
[0004] 稀疏碼多址接入SCMA是一種新型的非正交多址接入方式，相比于傳統(tǒng)的多址接入 技術(shù)，它具有容量高時延小傳輸速率快等優(yōu)點，抗多徑能力強，同時克服了碼分多址CDMA遠 近效應(yīng)不足的問題。全雙工技術(shù)則可以進一步增加系統(tǒng)容量，提高頻譜利用率，改善中繼系 統(tǒng)的端到端延時問題。
[0005] 全雙工稀疏碼多址接入SCMA無線通信系統(tǒng)采用同一時隙同一頻率收發(fā)信息，不可 避免產(chǎn)生嚴重的自干擾，如何有效的對自干擾進行消除與抑制是保證全雙工無線通信系統(tǒng) 正常工作的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)的OFDMA系統(tǒng)難以滿足5G中對于頻譜效率和傳輸速率的要求 的問題，進而提出了一種基于稀疏碼多址的干擾消除全雙工中繼系統(tǒng)的構(gòu)建方法。
[0007] 步驟一、采用稀疏碼多址接入的方式，用戶Aj將信息進行編碼后發(fā)送到中繼站；
[0008] 步驟一一、設(shè)稀疏碼多址接入系統(tǒng)SCMA具有J個用戶，其中J 2 1;每個用戶分別發(fā) 送信息，發(fā)送的信息比特序列進行前向糾錯編碼FEC，再進行交織；
[0009]稀疏碼多址接入SCMA系統(tǒng)用戶發(fā)射機的結(jié)構(gòu)中所有符號通過上標區(qū)分不同的用 戶，通過下標區(qū)分向量中的元素;對于稀疏碼多址接入系統(tǒng)中的第j個用戶，發(fā)送的信息比 特序列為< …，其中〇 < j < J-I，且N為幀長;對信息比特序列進行前向糾錯編 碼，即通過增加冗余信息來糾正隨機錯誤，編碼比特序列表示為紀，其中M為 當(dāng)碼率即R = M/N時的編碼序列長度;編碼后的序列進行交織，即通過分散序列來對抗突發(fā) 錯誤，交織后的編碼序列表示為?!, = …4 >
[0010]步驟一二、根據(jù)稀疏碼多址接入SCMA碼本對每個用戶發(fā)送的信息比特進行映射， 得到第j個用戶發(fā)送的信號為
，再按照配置矩陣F將所有用戶Aj發(fā)送的 信息分配到各個子載波上，完成稀疏碼多址接入的調(diào)制編碼過程；
[0012]配置矩陣F的每一行表示一個子載波，每一列表示一個用戶；當(dāng)一個用戶占用子載 波時，配置矩陣F中相應(yīng)的位置為1，否則為0;由配置矩陣F可以看出，用戶1占用前兩個子載 波，而用戶2占用第一個和第三個子載波;經(jīng)稀疏碼多址接入SCMA映射后，每個用戶發(fā)送的
，所有用戶發(fā)送的信息被分配到K個正交的子載波上，且不同用 戶發(fā)送的的信號經(jīng)過衰減后疊加起來與噪聲一起被中繼站接收，接收的信號表示為：
[0014]
是信道的特征向量，表明信息傳輸過程中的衰減;diag(W) 是一個對角矩陣;no是隨機噪聲，遵從復(fù)數(shù)域上的高斯分布。
[0015]步驟二、中繼站采用全雙工方式收發(fā)信息，并對自反饋干擾進行干擾消除，再將信 息轉(zhuǎn)發(fā)給用戶Bj;
[0016] 全雙工中繼站對接收的信號yw進行放大轉(zhuǎn)發(fā)，采用基于時域干擾抵消的最小均方 算法LMS對干擾進行抵消；
[0017] 利用發(fā)送信號和發(fā)送信號的延遲樣本對自反饋信道進行估計;在自反饋干擾抵消 模塊中W(n) = [WQ(n)，wi(n)…'\^-1(11)]1'為自適應(yīng)濾波器系數(shù)，其中￥1{(11)為第11時刻濾波器 第k個元素，L為濾波器階數(shù)；
[0018] 在第η時刻，全雙工中繼站接收的信號為yw，全雙工中繼站發(fā)送信號為out(n)，自 反饋干擾信號為y F(n)，估計干擾信號為yE(n);自反饋干擾信道hH，k〇為信道延遲單位時間， Z夂為kQ信道延遲單位時間的延時處理，基站到全雙工中繼站信道矩陣為hsr，功放增益為 定值G，m (η)表示第η時刻的接收信號的高斯噪聲；
[0019] 全雙工中繼站發(fā)送信號out(n)形成自反饋干擾信號yF(n)至Ij達全雙工中繼站時刻 與估計干擾信號y E(n)生成時刻對齊，將經(jīng)過放大器前的發(fā)送的信號e(n)延遲k〇個時刻，獲 得用于自反饋干擾信道估計yE(n)生成的信號u(n);
[0020] 設(shè)自反饋干擾信道無衰減，全雙工中繼站自反饋干擾信號為

[0026] 當(dāng)全雙工中繼站接收的來自基站信號7|樣本均值為零且樣本間獨立同分布時，得 到誤差信號e(n)的能量E為
[0027] E{ |e(n) |2}=E{ |yw|2}+E{ |yF(n)_yE(n) |2} (5)
[0028] 以自適應(yīng)濾波器系數(shù)為自變量求偏導(dǎo)數(shù)得到結(jié)果為E{e(n)u(n-k)}，其中k = 0， 1，…L-I;當(dāng)自反饋干擾得到抵消時，滿足誤差信號e(n)正交于u(n);
[0029] 設(shè)計自適應(yīng)濾波器更新表達式為
[0030] w(〇)=〇 (6)
[0031] w(n+l) =w(n)+tE{e(n)u(n)} (7)
[0032] 其中w(0)表示自適應(yīng)濾波器的初始值，w(n)表示η時刻自適應(yīng)濾波器的系數(shù)向量， t表示更新自適應(yīng)濾波器系數(shù)的步進因子；當(dāng)w(n)趨于收斂時，w(n)u(n)即為干擾信號的估 計值，在全雙工中繼站接收信號減去干擾信號的估計值即實現(xiàn)干擾消除。
[0033]步驟三、用戶Bj接收到中繼站轉(zhuǎn)發(fā)的信號后進行相應(yīng)的解碼，得到用戶Aj發(fā)送的信 息。
[0034]根據(jù)J個用戶，占用K個子載波，過載系數(shù)為J/K以及配置矩陣F確定因子圖；利用迭 代算法一消息傳遞算法對進行多用戶檢測，得到每個用戶發(fā)送信息的概率值;根據(jù)得到 的每個用戶發(fā)送信息的概率值依次進行解調(diào)、解交織、信道解碼和硬判決獲得信息比特。 [0035]發(fā)明有益效果
[0036] 本發(fā)明提出的基于稀疏碼多址接入全雙工中繼系統(tǒng)的構(gòu)建方法，在負載系數(shù)為 1.5時，全雙工SCMA系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)提升3倍的頻譜效率，相比于未采用傳統(tǒng)的 全雙工SCMA系統(tǒng)提升2倍的頻譜效率，降低了誤碼率;干擾消除的全雙工SCM系統(tǒng)相比于未 進行干擾消除的全雙工SCMA系統(tǒng)誤碼率低;本發(fā)明方法設(shè)計的干擾消除的全雙工SCM系統(tǒng) 有效的提高了頻譜效率，降低了誤碼率。
【附圖說明】
[0037] 圖1是稀疏碼多址接入SCMA系統(tǒng)用戶發(fā)射機的結(jié)構(gòu)圖；
[0038] 圖2是稀疏碼多址接入系統(tǒng)全雙工中繼站自反饋干擾時域抵消模型圖；
[0039] 圖3是稀疏碼多址接入系統(tǒng)因子圖示例；
[0040] 圖4是傳統(tǒng)OFDMA系統(tǒng)、傳統(tǒng)SCMA系統(tǒng)、干擾消除后的全雙工SCMA系統(tǒng)與未進行干 擾消除的全雙工SCM系統(tǒng)誤碼率對比圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0041] 一:本實施方式的一種基于稀疏碼多址接入的全雙工中繼系統(tǒng)的構(gòu) 建方法，其特征在于，所述的基于稀疏碼多址接入的全雙工中繼系統(tǒng)的構(gòu)建方法按照以下 步驟實現(xiàn)：
[0042] 步驟一、采用稀疏碼多址接入的方式，用戶Aj將信息進行編碼后發(fā)送到中繼站；
[0043] 步驟二、中繼站采用全雙工方式收發(fā)信息，并對自反饋干擾進行干擾消除，再將信 息轉(zhuǎn)發(fā)給用戶Bj;
[0044] 步驟三、用戶Bj接收到中繼站轉(zhuǎn)發(fā)的信號后進行相應(yīng)的解碼，得到用戶Aj發(fā)送的信 息。
【具體實施方式】 [0045] 二:本實施方式與一不同的是:其特征在于，所述的步 驟一采用稀疏碼多址接入的方式，用戶Aj將信息進行編碼后發(fā)送到中繼站按照以下步驟實 現(xiàn)：
[0046] 步驟一一、設(shè)稀疏碼多址接入系統(tǒng)SCMA具有J個用戶，其中J 2 1;每個用戶分別發(fā) 送信息，發(fā)送的信息比特序列進行前向糾錯編碼FEC，再進行交織；
[0047] 稀疏碼多址接入SCMA系統(tǒng)用戶發(fā)射機的結(jié)構(gòu)中所有符號通過上標區(qū)分不同的用 戶，通過下標區(qū)分向量中的元素;對于稀疏碼多址接入系統(tǒng)中的第j個用戶，發(fā)送的信息比 特序列為
，其中〇 < j < J-I，且N為幀長;對信息比特序列進行前向糾錯編 碼，即通過增加冗余信息來糾正隨機錯誤，編碼比特序列表示為
其中M為 當(dāng)碼率即R = M/N時的編碼序列長度;編碼后的序列進行交織，即通過分散序列來對抗突發(fā) 錯誤，交織后的編碼序列表示為
[0048] 步驟一二、根據(jù)稀疏碼多址接入SCMA碼本對每個用戶發(fā)送的信息比特進行映射， 得到第j個用戶發(fā)送的信號為.
，再按照配置矩陣F將所有用戶Aj發(fā)送的 信息分配到各個子載波上，完成稀疏碼多址接入的調(diào)制編碼過程；
[0050]配置矩陣F的每一行表示一個子載波，每一列表示一個用戶；當(dāng)一個用戶占用子載 波時，配置矩陣F中相應(yīng)的位置為1，否則為0;由配置矩陣F可以看出，用戶1占用前兩個子載 波，而用戶2占用第一個和第三個子載波;經(jīng)稀疏碼多址接入SCMA映射后，每個用戶發(fā)送的 信號為
，所有用戶發(fā)送的信息被分配到K個正交的子載波上，且不同用 戶發(fā)送的的信號經(jīng)過衰減后疊加起來與噪聲一起被中繼站接收，接收的信號表示為：
[0052]
是信道的特征向量，表明信息傳輸過程中的衰減;di ag (hj) 是一個對角矩陣;no是隨機噪聲，遵從復(fù)數(shù)域上的高斯分布。
[0053]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:其特征在于，所述 的步驟二中繼站采用全雙工方式收發(fā)信息，并對自反饋干擾進行干擾消除，再將信息轉(zhuǎn)發(fā) 給用戶Bj按照以下步驟實現(xiàn)：
[0054]全雙工中繼站對接