^和都趋近于收敛，贝>1 迭代停止，将/4;^^ 和相乘得到最终的概率值；
[0056] (6)、将步骤(5)得到的概率值进行归一化，如下式所示：
[005引其中，P(Xi = XmIy)为每个用户发送信息的概率值；
[0059] 运里的。可W任选与Xi相邻的函数节点，此外对于因子图来说，若其中无环，则和 积算法是最优的，可W得到真实解;而若图中有环，则MPA算法是次优的，只能得到近似解。 经过多用户检测和解码之后可W得到比特估计的软信息，再通过硬判决和维特比译码，从 而可W得到各个用户发送的信息。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至=之一相同。
[0060] 采用W下实施例验证本发明的有益效果：
[0061] 实施例一：
[0062] 本实施例一种基于STBC的MIMO-SCMA系统下行链路设计方法，具体是按照W下步 骤制备的：
[0063] 步骤一、MIMO-SCMA(多天线稀疏码多址接入)发射机的结构如图1所示，利用基站 接收上行链路发送的信息:t《^并根据编码矩阵G对上行链路发送的信息进行STBC编码 '， (空时分组编码）即Alamouti空时分组编码;得到编码后的上行链路接收的信息Tw和T'w;利 用基站的两个天线发射Tw和T'w;其中，J为用户个数;j为用户序号;下角标W为用户发送信息 的长度；J语为第j个用户的上行链路发送的长度为W的信息；J X心为 第j个用户的上行链路发送的长度为W占用的子载波为K的信息;下角标K为用户发送的信息 占用的子载波；
[0064] 设定上行链路有6个用户发送信息，占用了4个子载波，基础映射采用16QAM调制， 信道编码采用1/2速率卷积码编码，基站接收到上行链路传输的信号之后，首先通过 Alamouti编码方案进行空时分组编码然后通过基站的两个发射天线发送出去，从而达到分 集的效果。编码矩阵G如下：
[0066] STBC编码器将原信号Si和S2转化为两路信号，其中一路信号为Si和-巧，另一路信 号为兩和S2;
[0067] 步骤二、在信道中将Tw和T'w经过衰落和相互叠加后转化为細和S'w，利用用户终端 接收信号Sw和S'W;
Cl)
[0069] 其中，H为下行链路信道矩阵，n是随机噪声，遵从复数域上的高斯分布
[0070] 步骤S、将每个用户终端接收信号Sw和S'w进行STBC解码后得到解码信号为Yw = [XwlXw2…XwK]T;同时获得分集增益;其中，XwK为上行链路发送的长度为W占用的子载波为K的 信息；
[0071] 步骤四、将因子图应用到多用户检测中，根据6个用户，占用4个子载波，过载系数 为J/K = 1.5W及配置矩阵F;
:，因子图中每一个圆圈代表一个用户(变量节点），每一个 方块代表一个子载波(函数节点），该系统的因子图表示如图2确定因子图；
[0073] 步骤五、确定因子图之后，发现因子图中有环，根据有环的因子图利用迭代算法一 消息传递算法(MPA)对Yw进行多用户检测，得到每个用户发送信息的概率值；
[0074] 对解码信号的最优检测可W通过基于最大后验概率(MAP)的检测算法得到，具体 表不为：
[007引= arg maK ^ 1.,( IK J 口）
[0076]事实上，上式的概率值并不容易计算，它需要进一步转化为边缘概率分布值，表示 如下：
(3)
[007引为了检测為―，总共要计算I旅f项概率值，人f是基础调制的星座点集，例为星座 点个数，然后相应的概率值进行相加，运种计算量非常大，尤其在下行链路中，当用户数量 很多时，对于接收机来讲往往是难W实现的。
[0079] 确定因子图之后，发现因子图中有环，因此我们不能使用传统的和积算法，因为环 中的每一条边都不能先被计算，因此利用近似的迭代算法一消息传递算法(MPA)计算有环 的因子图；通过信息在变量节点和函数节点之间相互迭代，就可W近似得到边缘概率分布 '為-=argn|^置叫瑞，特…抑片-)； 啼碱,的
[0080] 其中，利用近似的迭代算法一消息传递算法(MPA)计算有环的因子图的具体计算 过程为：
[0081] 假定每个子载波上的用户数为df，也就是多址干扰的数量，MPA算法的复杂度为 Mf/的量级。由于系统的稀疏编码特性，即df<<J，从而保证了检测的低复杂度。
[0082] 下面就应用MPA算法来简化SCMA的多用户检测来进行说明，运里假设发射没有先 验信息，也就是所有符号出现的概率均等。
[0083] (1)、对有环的因子图中的变量节点Xi传递到因子图中的函数节点的信息即变量 节点的输出进行初始化，即取供一= 1 /1^^1，为变量节点Xi取 星座点的总个数，本,,E ; A4为星座点集合；
[0084] (2)、更新函数节点，每一个函数节点都收到了df个变量节点发来的信息，那么也 相应计算df个函数节点的输出(义
二义如下式所示：
[0086] 其中，L为迭代次数，t为与函数节点。相连的变量节点的序号；为与函数节点 。相连的第df个变量节点；Xt是与函数节点f油连的变量节点，* = 1，2,3，...，(1。~^1}为 不等于Xi;
[0087] ( 3 )、利用函数节点的输出(方,?二)更新变量节点的输出 /4^1/,(不= )，如下式所示：
[0089] 其中，r为与变量节点Xi相连的函数节点的序号；
[0090] (4)、将变量节点的输出(j,.二vT,")进行归一化，即：
[0092] ( 5 )、若归一化后的和都未趋近于收敛，则将归一化后的 (疋二带入到步骤(2)中，若归一化后的/(61/,和都趋近于收敛，则迭 代停止，将和相乘得到最终的概率值；
[0093] (6)、将步骤(5)得到的概率值进行归一化，如下式所示：
[0095] 其中，P(Xi = XmIy)为每个用户发送信息的概率值；
[0096] 运里的。可W任选与Xi相邻的函数节点，此外对于因子图来说，若其中无环，则和 积算法是最优的，可W得到真实解;而若图中有环，则MPA算法是次优的，只能得到近似解。 经过多用户检测和解码之后可W得到比特估计的软信息，再通过硬判决和维特比译码，从 而可W得到各个用户发送的信息。
[0097] 步骤六、根据步骤五中得到的每个用户发送信息的概率值依次进行判决、解调、解 交织和信道解码后获得信息比特。
[0098] 本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域 技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但运些相应的改变和变形都应属于 本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于STBC的MIMO-SCMA系统下行链路设计方法，其特征在于一种基于STBC的 MIM0-SCMA系统下行链路设计方法具体是按照W下步骤进行的： 步骤一、利用基站接收上行链路发送的信息.并根据编码矩阵G对上行链路发送 的信息进行STBC编码;得到编码后的上行链路接收的信息IV和T'w;利用基站的两个天线发 射Tw和T'w;其中，J为用户个数;j为用户序号；下角标W为用户发送信息的长度；抑为第j个 用户的上行链路发送的长度为W的信息； 步骤二、在信道中将Tw和T'w经过衰落和相互叠加后转化为細和S'w，利用用户终端接收 信号Sw和S'w; 步骤Ξ、将每个用户终端接收信号Sw和S'w进行STBC解码后得到解码信号为Yw = [XwlXw2…XwK]T;其中，XwK为上行链路发送的长度为W占用的子载波为K的信息； 步骤四、根据J个用户，占用K个子载波，过载系数为J/KW及配置矩阵F确定因子图； 步骤五、确定因子图之后，发现因子图中有环，根据有环的因子图利用迭代算法一消息 传递算法对Yw进行多用户检测，得到每个用户发送信息的概率值； 步骤六、根据步骤五中得到的每个用户发送信息的概率值依次进行判决、解调、解交织 和信道解码后获得信息比特。2. 根据权利要求1所述一种基于STBC的MIM0-SCMA系统下行链路设计方法，其特征在 于:步骤一中其中，为第j个用户的上行链路发送的长度为W占用的子载波为K的信息；下角标K为 用户发送的信息占用的子载波。3. 根据权利要求2所述一种基于STBC的MIM0-SCMA系统下行链路设计方法，其特征在 于:步骤二中在信道中将村和T'w经过衰落和相互叠加后转化为細和S'w具体为：社） 其中，Η为下行链路信道矩阵，η是随机噪声，遵从复数域上的高斯分布。4. 根据权利要求3所述一种基于STBC的MIM0-SCMA系统下行链路设计方法，其特征在 于:步骤五中根据有环的因子图利用迭代算法一消息传递算法对村进行多用户检测，得到 每个用户发送信息的概率值具体过程： (1) 、对有环的因子图中的变量节点XI传递到因子图中的函数节点的信息即变量节点 的输出进行初始化，即取|M|为变量节点XI取星座 点的总个数，为星座点集合； (2) 、计算df个函数节点的输出> 如下式所示：其中，L为迭代次数，t为与函数节点。相连的变量节点的序号；为与函数节点。相 连的第df个变量节点；xt是与函数节点fj相连的变量节点，t = l，2,3,. . .，df; (3 )、利用函数节点的输出更新变量节点的输出，如下式所示：其中，r为与变量节点XI相连的函数节点的序号； (4)、将变量节点的输出i行归一化，即：(5 )、若归一化后的都未趋近于收敛，则将归一化后的带入到步骤(2)中，若归一化后自^報趋近于收敛，则迭 代停止，将巧乘得到最终的概率值； (6 )、将步骤巧)得到的概率值进行归一化，如下式所示：其中，p(Xi = Xm|y)为每个用户发送信息的概率值。
【专利摘要】一种基于STBC的MIMO-SCMA系统下行链路设计方法，本发明涉及MIMO-SCMA系统下行链路设计方法。本发明是要SCMA技术造成误码率的下降以及MIMO-OFDM技术难以满足5G对于传输速率的要求的问题，而提出的一种基于STBC的MIMO-SCMA系统下行链路设计方法。该方法是通过一、利用基站的两个天线发射TW和TˊW；二、利用用户终端接收信号SW和SˊW；三、将每个用户终端接收信号SW和SˊW进行STBC解码后得到解码信号为YW＝[xw1xw2…xwK]T；四、根据J个用户，占用K个子载波，过载系数为J/K以及配置矩阵F确定因子图；五、得到每个用户发送信息的概率值；六、获得信息比特等步骤实现的。本发明应用于MIMO-SCMA系统下行链路设计领域。
【IPC分类】H04W52/14, H04W72/12
【公开号】CN105554865
【申请号】CN201510756579
【发明人】韩帅, 郭诚, 孟维晓, 沙学军, 张中兆
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年11月9日