一种基于稀疏码多址接入的全双工中继系统的构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信领域，具体涉及一种基于稀疏码多址接入的全双工中继系统的构 建方法。
【背景技术】
[0002] 现有通信系统中，无论频分双工模式，还是时分双工模式都通过占用不同的资源 实现上、下行通信来避免上、下行通信间的干扰，这显然将浪费一半的无线资源。如何利用 同一信道实现同时双向的传输现已成为5G后续演进技术中可以挖掘的重要无线频谱资源。 [0003 ]此外，4G中广泛使用的正交频分复用OFDM系统，要求各个用户之间要相互正交，从 而避免各个用户之间的干扰，但不能满足5G对于频谱效率和传输速率的要求，因此能够突 破OFDMA频谱利用率瓶颈的非正交多址接入技术作为5G的候选技术正逐渐升温，其中最为 典型的非正交多址接入技术是华为针对高频谱利用效率而提出的一种高速传输技术一稀 疏码多址接入SCMA，目前空中接口技术已被列为5G移动通信候选标准。
[0004] 稀疏码多址接入SCMA是一种新型的非正交多址接入方式，相比于传统的多址接入 技术，它具有容量高时延小传输速率快等优点，抗多径能力强，同时克服了码分多址CDMA远 近效应不足的问题。全双工技术则可以进一步增加系统容量，提高频谱利用率，改善中继系 统的端到端延时问题。
[0005] 全双工稀疏码多址接入SCMA无线通信系统采用同一时隙同一频率收发信息，不可 避免产生严重的自干扰，如何有效的对自干扰进行消除与抑制是保证全双工无线通信系统 正常工作的关键。
【发明内容】
[0006] 本发明为了解决传统的OFDMA系统难以满足5G中对于频谱效率和传输速率的要求 的问题，进而提出了一种基于稀疏码多址的干扰消除全双工中继系统的构建方法。
[0007] 步骤一、采用稀疏码多址接入的方式，用户Aj将信息进行编码后发送到中继站；
[0008] 步骤一一、设稀疏码多址接入系统SCMA具有J个用户，其中J 2 1;每个用户分别发 送信息，发送的信息比特序列进行前向纠错编码FEC，再进行交织；
[0009]稀疏码多址接入SCMA系统用户发射机的结构中所有符号通过上标区分不同的用 户，通过下标区分向量中的元素;对于稀疏码多址接入系统中的第j个用户，发送的信息比 特序列为< …，其中〇 < j < J-I，且N为帧长;对信息比特序列进行前向纠错编 码，即通过增加冗余信息来纠正随机错误，编码比特序列表示为纪，其中M为 当码率即R = M/N时的编码序列长度;编码后的序列进行交织，即通过分散序列来对抗突发 错误，交织后的编码序列表示为?!, = …4 >
[0010]步骤一二、根据稀疏码多址接入SCMA码本对每个用户发送的信息比特进行映射， 得到第j个用户发送的信号为
，再按照配置矩阵F将所有用户Aj发送的 信息分配到各个子载波上，完成稀疏码多址接入的调制编码过程；
[0012]配置矩阵F的每一行表示一个子载波，每一列表示一个用户；当一个用户占用子载 波时，配置矩阵F中相应的位置为1，否则为0;由配置矩阵F可以看出，用户1占用前两个子载 波，而用户2占用第一个和第三个子载波;经稀疏码多址接入SCMA映射后，每个用户发送的
，所有用户发送的信息被分配到K个正交的子载波上，且不同用 户发送的的信号经过衰减后叠加起来与噪声一起被中继站接收，接收的信号表示为：
[0014]
是信道的特征向量，表明信息传输过程中的衰减;diag(W) 是一个对角矩阵;no是随机噪声，遵从复数域上的高斯分布。
[0015]步骤二、中继站采用全双工方式收发信息，并对自反馈干扰进行干扰消除，再将信 息转发给用户Bj;
[0016] 全双工中继站对接收的信号yw进行放大转发，采用基于时域干扰抵消的最小均方 算法LMS对干扰进行抵消；
[0017] 利用发送信号和发送信号的延迟样本对自反馈信道进行估计;在自反馈干扰抵消 模块中W(n) = [WQ(n)，wi(n)…'\^-1(11)]1'为自适应滤波器系数，其中￥1{(11)为第11时刻滤波器 第k个元素，L为滤波器阶数；
[0018] 在第η时刻，全双工中继站接收的信号为yw，全双工中继站发送信号为out(n)，自 反馈干扰信号为y F(n)，估计干扰信号为yE(n);自反馈干扰信道hH，k〇为信道延迟单位时间， Z夂为kQ信道延迟单位时间的延时处理，基站到全双工中继站信道矩阵为hsr，功放增益为 定值G，m (η)表示第η时刻的接收信号的高斯噪声；
[0019] 全双工中继站发送信号out(n)形成自反馈干扰信号yF(n)至Ij达全双工中继站时刻 与估计干扰信号y E(n)生成时刻对齐，将经过放大器前的发送的信号e(n)延迟k〇个时刻，获 得用于自反馈干扰信道估计yE(n)生成的信号u(n);
[0020] 设自反馈干扰信道无衰减，全双工中继站自反馈干扰信号为
[0026] 当全双工中继站接收的来自基站信号7|样本均值为零且样本间独立同分布时，得 到误差信号e(n)的能量E为
[0027] E{ |e(n) |2}=E{ |yw|2}+E{ |yF(n)_yE(n) |2} (5)
[0028] 以自适应滤波器系数为自变量求偏导数得到结果为E{e(n)u(n-k)}，其中k = 0， 1，…L-I;当自反馈干扰得到抵消时，满足误差信号e(n)正交于u(n);
[0029] 设计自适应滤波器更新表达式为
[0030] w(〇)=〇 (6)
[0031] w(n+l) =w(n)+tE{e(n)u(n)} (7)
[0032] 其中w(0)表示自适应滤波器的初始值，w(n)表示η时刻自适应滤波器的系数向量， t表示更新自适应滤波器系数的步进因子；当w(n)趋于收敛时，w(n)u(n)即为干扰信号的估 计值，在全双工中继站接收信号减去干扰信号的估计值即实现干扰消除。
[0033]步骤三、用户Bj接收到中继站转发的信号后进行相应的解码，得到用户Aj发送的信 息。
[0034]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；利用迭 代算法一消息传递算法对进行多用户检测，得到每个用户发送信息的概率值;根据得到 的每个用户发送信息的概率值依次进行解调、解交织、信道解码和硬判决获得信息比特。 [0035]发明有益效果
[0036] 本发明提出的基于稀疏码多址接入全双工中继系统的构建方法，在负载系数为 1.5时，全双工SCMA系统相比于传统的OFDM系统提升3倍的频谱效率，相比于未采用传统的 全双工SCMA系统提升2倍的频谱效率，降低了误码率;干扰消除的全双工SCM系统相比于未 进行干扰消除的全双工SCMA系统误码率低;本发明方法设计的干扰消除的全双工SCM系统 有效的提高了频谱效率，降低了误码率。
【附图说明】
[0037] 图1是稀疏码多址接入SCMA系统用户发射机的结构图；
[0038] 图2是稀疏码多址接入系统全双工中继站自反馈干扰时域抵消模型图；
[0039] 图3是稀疏码多址接入系统因子图示例；
[0040] 图4是传统OFDMA系统、传统SCMA系统、干扰消除后的全双工SCMA系统与未进行干 扰消除的全双工SCM系统误码率对比图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0041] 一:本实施方式的一种基于稀疏码多址接入的全双工中继系统的构 建方法，其特征在于，所述的基于稀疏码多址接入的全双工中继系统的构建方法按照以下 步骤实现：
[0042] 步骤一、采用稀疏码多址接入的方式，用户Aj将信息进行编码后发送到中继站；
[0043] 步骤二、中继站采用全双工方式收发信息，并对自反馈干扰进行干扰消除，再将信 息转发给用户Bj;
[0044] 步骤三、用户Bj接收到中继站转发的信号后进行相应的解码，得到用户Aj发送的信 息。
【具体实施方式】 [0045] 二:本实施方式与一不同的是:其特征在于，所述的步 骤一采用稀疏码多址接入的方式，用户Aj将信息进行编码后发送到中继站按照以下步骤实 现：
[0046] 步骤一一、设稀疏码多址接入系统SCMA具有J个用户，其中J 2 1;每个用户分别发 送信息，发送的信息比特序列进行前向纠错编码FEC，再进行交织；
[0047] 稀疏码多址接入SCMA系统用户发射机的结构中所有符号通过上标区分不同的用 户，通过下标区分向量中的元素;对于稀疏码多址接入系统中的第j个用户，发送的信息比 特序列为
，其中〇 < j < J-I，且N为帧长;对信息比特序列进行前向纠错编 码，即通过增加冗余信息来纠正随机错误，编码比特序列表示为
其中M为 当码率即R = M/N时的编码序列长度;编码后的序列进行交织，即通过分散序列来对抗突发 错误，交织后的编码序列表示为
[0048] 步骤一二、根据稀疏码多址接入SCMA码本对每个用户发送的信息比特进行映射， 得到第j个用户发送的信号为.
，再按照配置矩阵F将所有用户Aj发送的 信息分配到各个子载波上，完成稀疏码多址接入的调制编码过程；
[0050]配置矩阵F的每一行表示一个子载波，每一列表示一个用户；当一个用户占用子载 波时，配置矩阵F中相应的位置为1，否则为0;由配置矩阵F可以看出，用户1占用前两个子载 波，而用户2占用第一个和第三个子载波;经稀疏码多址接入SCMA映射后，每个用户发送的 信号为
，所有用户发送的信息被分配到K个正交的子载波上，且不同用 户发送的的信号经过衰减后叠加起来与噪声一起被中继站接收，接收的信号表示为：
[0052]
是信道的特征向量，表明信息传输过程中的衰减;di ag (hj) 是一个对角矩阵;no是随机噪声，遵从复数域上的高斯分布。
[0053]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:其特征在于，所述 的步骤二中继站采用全双工方式收发信息，并对自反馈干扰进行干扰消除，再将信息转发 给用户Bj按照以下步骤实现：
[0054]全双工中继站对接