交分多址接入中继系统的去噪互信息保持量化转发方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种交分多址接入中继系统的去噪互信 息保持量化转发方法。
【背景技术】
[0002] 半双工交分多址接入中继系统（ID-MARC)，它包括多用户，一个中继和一个目的 端。各用户之间是非正交的，即在相同的时域和频域发送信号，系统通过交织器来区分各个 用户发送的信息。中继处常用的处理方法有两种：压缩转发（CF:CompressForward)和译 码转发（DF:DeC〇dingForward)。译码转发需要中继对收到信号进行译码，再转发给目的 端，这实际上是一个去噪的过程，在中继能够进行无差错译码的时候，译码转发是最优的策 略。但译码转发也有它的缺点：一是要在中继处进行一次译码，它的处理复杂很高；其次如 果中继处译码有错会存在错误传播。因此，很多情况下选用半双工的多址接入中继信道的 CF策略，CF策略中中继分两个时隙收发送信号，相比DF策略，它不需要进行译码，因而复 杂度不会很大，且不会有错误传播，在信源到中继站链路信道条件相对较差的时候，CF策略 要比DF策略转发更有效，在相同条件下，CF策略能获得更大的速率。但在CF策略中的量 化过程就会涉及到失真度量的问题。Rave提出了最大互信息量化方案（MMIQ)，对接收信号 的似然比进行最大互信息量化，得到了比幅度值量化更好的性能，由于均方误差比较直观、 简单而且分析起来方便，目前最常用于设计量化器和实随机变量的率失真问题的失真度量 是均方误差，但对一些问题它缺乏感性意义。Tishby等提出用量化输出变量与另一个变量 的相关性作为失真度量。Zeitler以此为基础提出一种以量化序列和信源发送序列之间互 信息作为失真的度量，并提出以最大化两者间的互信息来设计量化器，并给出了二用户正 交多址接入中继信道的量化方案。但是，到目前为止，大多数关于多址接入中继信道文章都 是关于正交多址接入中继信道，或者只是考虑两个用户的情况，对用户数大于2的非正交 的多址接入中继信道模型研究很少。而传统的Lloyd-Max量化方案和最大互信息量化方案 (MMI?在量化的时候都无法做到尽可能地保持与信源信息的互信息量。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种交分多址 接入中继系统的去噪互信息保持量化转发方法，其设计新颖合理，方法步骤简单，能够很好 地处理多址接入中继系统中多个信源量化转发，在译码端进联合译码，并且能够获得更好 的性能。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种交分多址接入中继系统的 去噪互信息保持量化转发方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
[0005] 步骤一、信源对发送信号进行编码、扩频、交织和BPSK调制处理：多个信源中的各 个信源iG{1，2, . . .，K}各自随机产生独立的信息序列U;e彳0，1}~ ,在发送端对信息序列 U;e丨0，1产以码率ki/rii进行Turbo-Hadamard编码得到码比特qe丨0，lp，再经过扩频、交 织和BPSK调制得到信号XfG{±1}\其中，K为信源的个数，&为第i个信源的序列长度， 叫为对第i个信源进行Turbo-Hadamard编码后的序列长度；
[0006] 步骤二、各个信源将信号\G彳±1广经过信道发送给中继站，中继站接收到信号 兄:' =念\,.X; +N1:，其中，为零均值高斯白噪声，s为信源，r为中继站，hy为信源到 / 二1 丄' 中继站各信道的乘性系数；
[0007]同时，各个信源将信号\e{±i广经过信道发送给目的节点，目的节点接收到信号 Y/ =H+Nf，其中，以为零均值高斯白噪声，s为信源，d为目的节点，hM为信 i=\丄' 源到目的节点各信道的乘性系数；
[0008] 步骤三、中继站对其接收到的信号进行量化、编码和调制后转发给目的节点：中继 站依据尽可能保留接收到的信号Y；?中关于信源部分的信息、同时尽可能去掉接收到的信 号Y：中关于噪声部分的信息的原则选择出优化的量化区间，…，八J，并根据 量化器函数q(y) =z对其接收到的信号Y：进行量化处理得到量化序列f，且对量化序 列E进行信源编码和信道编码得到编码序列(^，再对编码序列q进行调制得到发送序列 Xpe{±l广后发送给目的节点，目的节点接收到信号Y/二/^X^Nf;其中，y为信 号的一个实现，z是元素集合Z= {0,1，2,…，N-1}中的一个元素，N为量化电平数，量 化器函数q(y) =z将N个量化区间[ymin,yj,[ypy2]，…，[y^ymax]与元素集合Z= {0， 1，2, ???，N-i}中的元素 〇, 1，2, ???，N-i--对应，ymin=yci〈yi〈y2〈…〈yN-i〈yN=ymax，ymin为量 化区间边界的最小取值且第〇个量化区间边界的取值7_为量化区间边界的最大 取值且第N个量化区间边界的取值yN=y_;n,为对编码序列c,进行调制后的序列长度， <为零均值高斯白噪声，hy为中继站到目的节点各信道的乘性系数；
[0009] 步骤四、目的节点联合译码，具体过程为：
[0010] 步骤401、目的节点对接收到的信号 < 进行信道译码和信源译码，恢复出量化序 列
[0011] 步骤402、目的节点的多用户检测器联合穹、免:进行信号检测和译码，恢复出信 源信息序列A，ie{1，2,...，K}，具体过程为：
[0012] 步骤4021、第一信号估计器ESE1和第二信号估计器ESE2分别由其先验信息和接 收到的Y/和$逐比特联合估计输出外信息，其中，第一信号估计器ESE1的先验信息为译 码交织送过来的信号估计器的先验信息/_(x,)加上第二信号估计器ESE2最近一次输出的 外信息eESE2 (Xi)，第二信号估计器ESE2的先验信息为译码交织送过来的信号估计器的先验 信息1S￡(X,)加上第一信号估计器ESE1最近一次输出的外信息eESE1 (Xi);
[0013]步骤4022、对第一信号估计器ESE1输出的外信息和第二信号估计器ESE2输出的 外信息求和得到各信源的联合估计外信息eESE(Xi);
[0014] 步骤4023、对各信源的联合估计外信息eESE(Xi)进行解交织得到译码器的先验信 息^^(x,)送给用户译码器译码，用户译码器译码后输出译码外信息eDK(Xi);
[0015] 步骤4024、用户译码器对译码外信息eDK(Xi)进行交织得到信号估计器的先验信 息，并送给第一信号估计器ESE1和第二信号估计器ESE2 ;
[0016] 步骤4025、重复步骤4021?4024迭代给定次数后停止，在用户译码器处进行硬判 决输出作为译码结果，恢复出信源1信息序列A，iG{1，2,. . .，K}。
[0017] 上述的交分多址接入中继系统的去噪互信息保持量化转发方法，其特征在 于：步骤三中中继站依据尽可能保留接收到的信号Y：中关于信源部分的信息、同时 尽可能去掉接收到的信号Y；中关于噪声部分的信息的原则选择出优化的量化区间 歹=[乃,72，…，JVi]的具体过程为：
[0018] 步骤301、参数输入和计算：给中继站输入信号x,.G{±1广的概率密度函数p(x)、 已知信道条件下信号Yr的概率密度函数P(y|x)、量化电平数N和互信息变化阈值e，中 继站根据公式计算出信号^的概率密度函数p(y);其中，x为信号 X,. e {±1广的一个实现；
[0019] 步骤302、初始化：随机选择一个满足表达式ymin= y〈yN_i〈yN= y_的 量化区间,v"..A j，中继站根据公式/(°W)计算得到