一种基于概率计算的scma译码器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通讯领域，特别涉及一种基于概率计算的SCMA译码器。
【背景技术】
[0002] SCMA(SparseCodeMultipleAccess)技术是一种面向5G大容量，海量连接，超低 时延等需求而设计的一种备选多址技术。在发送端，它将编码比特直接映射为复数域多维 码字，不同用户的码字在相同的资源块上以稀疏的扩频方式非正交叠加；接收端则利用稀 疏性进行低复杂度的多用户联合检测。相比0FDMA技术，SCMA以非正交叠加的方式，实现 在同等资源数量条件下，同时服务更多用户，从而有效提升系统整体容量。
[0003]MPA(MessagePassingAlgorithm)迭代译码算法被证明是在MAP准则下最优的译 码器，能够用可实现的硬件开销达到令人满意的译码性能。但是MPA算法包含大量的指数 和乘法运算，基于传统方法的硬件实现复杂度很高。为此，本领域的研究人员提出了基于雅 克比对数的Max-logMPA译码算法，能够完全避免MPA算法中的指数运算和一部分乘法运 算。但是，Max-logMPA算法对应的硬件复杂度仍然很高，并且，应用于海量连接的5G通信 场景下时，面积开销大、系统吞吐率低、计算效率低。
【发明内容】
[0004] 为了解决这些潜在问题，本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足， 提供一种面积开销小、系统吞吐率高、计算效率高的基于概率计算的SCMA译码器。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
[0006] -种基于概率计算的SCMA译码器，包括初始化模块、观测节点更新模块、变量节 点更新模块、似然比计算模块，
[0007]所述初始化模块连接所述观测节点更新模块，用于初始化信道参数，并计算每个 资源块所承载用户的所有可能发送的码字的联合条件概率；
[0008]所述观测节点更新模块连接所述变量节点更新模块，用于根据所述联合条件概率 计算边缘条件概率；
[0009]所述变量节点更新模块连接所述似然比计算模块，用于根据所述边缘条件概率计 算后验概率，并将所述后验概率归一化后返回给所述观测节点更新模块；
[0010] 所述似然比计算模块用于通过所述后验概率计算似然信息并输出。
[0011] 进一步地，所述信道参数包括：物理资源块数、承载用户数、调制阶数、修剪饱和处 理门限、接收机迭代次数中的一种或几种。
[0012] 进一步地，所述初始化计算模块包括概率计算单元、查表单元、前向转换单元，
[0013]所述概率计算单元、查表单元、前向转换单元依次连接，
[0014]所述概率计算单元用于根据所述信道参数计算节点信息；
[0015]所述查表单元用于根据所述节点信息查表得到联合条件概率；
[0016]所述前向转换单元用于将所述联合条件概率转换为比特序列。
[0017] 进一步地，所述观测节点更新模块包括多个4选1数据选择器，用于根据输入到数 据选择器中的比特序列，得到边缘条件概率。
[0018] 进一步地，所述变量节点更新模块包括信号使能单元、随机数产生单元、概率转换 单元、前向预测单元，
[0019] 所述信号使能单元连接所述前向预测单元，用于根据所述边缘条件概率信息生成 使能信号并发送所述使能信息到所述前向预测单元；
[0020] 所述前向预测单元连接所述概率转换单元，用于根据所述使能信号与所述边缘条 件概率信息进行概率跟踪，并将跟踪得到的概率值发送给所述概率转换单元；
[0021] 所述概率转换单元用于根据所述跟踪得到的概率值与所述随机数产生单元产生 的随机数计算得到归一化的后验概率。
[0022] 进一步地，所述前向预测单元包括移位寄存器、2选1数据选择器、存储器、加法 器，
[0023] 所述移位寄存器连接与所述加法器，用于对信号进行移位处理，并将所述进行移 位处理的信号输出至所述加法器；
[0024] 所述2选1数据选择器连接所述移位寄存器，用于根据不同条件选择不同的信号 输出到所述移位寄存器中；
[0025] 所述加法器连接所述存储器，用于根据所述边缘条件概率信息进行概率跟踪，并 将跟踪得到的概率值发送到所述存储器中；
[0026] 所述存储器接收所述使能信号，当所述使能信号有效时，存数所述跟踪得到的概 率值，并进行输出。
[0027] 进一步地，当所述接收机迭代次数小于预设值时，所述变量节点更新模块将所述 后验概率归一化后返回给所述观测节点更新模块，用于下一次迭代；当所述接收机迭代次 数大于或等于所述预设值时，所述变量节点更新模块将所述后验概率归一化后发送给所述 似然比计算模块并进行输出。
[0028] 与现有技术相比，本发明的有益效果
[0029] 本发明的一种基于概率计算的SCMA译码器在应用于海量连接的5G通信场景下， 相比现有技术面积开销小、系统吞吐率高、计算效率高。
【附图说明】
[0030] 图1是本发明的一个具体实施例示出的一种基于概率计算的SCMA译码器模块图。
[0031] 图2是本发明的一个具体实施例示出的一种基于概率计算的SCMA译码器的初始 化模块结构图。
[0032] 图3是本发明的一个具体实施例示出的一种基于概率计算的SCMA译码器的观测 节点更新模块结构图。
[0033] 图4是本发明的一个具体实施例示出的一种基于概率计算的SCMA译码器的变量 节点更新模块结构图。
[0034] 图5是本发明的一个具体实施例示出的一种基于概率计算的SCMA译码器的变量 节点更新模块的前向预测单元结构图。
[0035] 图6是本发明的一个具体实施例示出的一种基于概率计算的SCMA译码器的变量 节点更新模块的概率转换单元结构图。
[0036] 图7是本发明的一个具体实施例示出的一种基于概率计算的SCMA译码器的随机 数产生单元结构图。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明 上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本发明的范 围。
[0038] 实施例1:
[0039] 图1是本发明的一个具体实施例示出的一种基于概率计算的SCMA译码器模块图， 包括初始化模块1、观测节点更新模块2、变量节点更新模块3、似然比计算模块4，
[0040] 所述初始化模块1连接所述观测节点更新模块2,用于初始化信道参数，并计算每 个资源块所承载用户的所有可能发送的码字的联合条件概率；
[0041] 所述观测节点更新模块2连接所述变量节点更新模块3,用于根据所述联合条件 概率计算边缘条件概率；
[0042] 所述变量节点更新模块3连接所述似然比计算模块4,用于根据所述边缘条件概 率计算后验概率，并将所述后验概率归一化后返回给所述观测节点更新模块；
[0043] 所述似然比计算模块4用于通过所述后验概率计算似然信息并输出。
[0044] 进一步地，所述信道参数包括：物理资源块数、承载用户数、调制阶数、修剪饱和处 理门限、接收机迭代次数中的一种或几种。
[0045] 本发明的一种基于概率计算的SCMA译码器利用K个物理资源块（例如0FDMA的 时频资源块），承载J个接入用户，过载因子为λ=J/K。每个用户的数据被映射到N个资 源块上，达到N倍扩频的效果，且有N〈K稀疏特性，从而显著降低多用户联合检测的复杂度。 SCMA编码可以表示为Α -為其中xe 0即为SCMA编码后的码字。在接收端第k个 物理资源块上接收到的信号为:^ = + =V·其中nfc~ej\r(o,ivQ)为噪声项， h,=(hn，…，hK])为第j个用户对应的信道向量，这里假设％ = 夂八木发明接收端采用 最大后验概率（MAP)准则进行译码，利用接收向量y和信道噪声估计值N。得到似然信息LLR,b，j= 1，…J，b= 1，…，log2(M)，并将似然信息作为信道码（Turbo)译码器的输入。
[0046] 本发明的一种基于概率计算的SCMA译码器在应用于海量连接的5G通信场景下， 相比现有技术面积开销小、系统吞吐率高、计算效率高，与现有maxlogMPA译码算法相比， 性能损失为〇. 2dB，在相同时钟频率下硬件效率提高了 60%。
[0047] 图2是本发明的一个具体实施例示出的一种基于概率计算的SCMA译码器的初始 化计算模块结构图，包括概率计算单元201、查表单元202、前向转换单元203，
[0048] 所述概率计算单元201、查表单元202、前向转换单元203依次连接，
[0049] 所述概率计算单元用于根据所述信道参数计算节点信息；
[0050] 所述查表单元用于根据所述节点信息查表得到联合条件概率；
[0051] 所述前向转换单元用于将所述联合条件概率转换为比特序列。
[0052] 在一个具体实施例中，针对一个利用4个物理资源块承载6个用户，调制阶数为4， 编码器采用码率为1/2的Turbo码，接收端译码器采用BCJR译码的SCMA系统模型，设置K=4,J= 6,Μ= 4, 0咖=-15,Dmx= 0，DCmx= 200。利用接收向量y和信道噪声估计值Ν0， 计算每个资源块所承载用户的所有可能发送的码字的联合条件概率Pr(yk | &2, \3):
[0055] 概率计算单元首先通过加法器计算3(7"_(：巧)，·并将结果传给乘法器，并进 行取平方操作，得到-(6.?)}2和{3(y" -(?)}2，之后计算接收信号yn与