非正交多用户接入发送及联合接收解调译码系统及方法
【专利摘要】非正交多用户接入发送及联合接收解调译码系统及方法，属于通信【技术领域】，其特征在于，在发送端，多个用户采用非正交方式接入系统，将信号分别进行信道编码、编码符号映射、交织和调制处理；在接收端，将接收信号分别乘以各个用户的特征序列，先后经过多用户检测、解调、解交织和译码处理，然后将输出结果再次进行多用户检测，实现迭代过程。本方法基于消息传递思想，将译码器的输出软信息直接送入多用户检测中，实现译码与多用户检测的联合迭代处理。在线性计算复杂度下，本发明可以实现很好的干扰消除性能，并且有效地较低了环境噪声和干扰对信号信息的影响，得到了较好的误码性能和更可靠的传输效果，同时本发明可以实现多用户干扰消除和译码的联合进行，有利于并行结构的实现。
【专利说明】非正交多用户接入发送及联合接收解调译码系统及方法
【技术领域】
[0001]非正交多用户接入发送及联合接收解调译码系统及方法属于通信【技术领域】，特别涉及多用户通信系统中的一种非正交多用户接入以及消除用户间干扰的联合接收解调译码系统与方法。
【背景技术】
[0002]为了降低成本和高效地利用通信系统的资源，现有通信系统一般采用码分多址(Code Division Multiple Access, CDMA)、交织多址(Interleaver Division MultipleAccess, IDMA)等非正交接入方式来区分不同的用户，随着用户数目的增加，用户间干扰会增加，从而整个通信系统的性能下降。
[0003]消除多用户间干扰的一类传统方法是将用户间干扰看作加性噪声，独立地检测各个用户的信息，系统性能严重受限于干扰。另一类方法是多用户检测，不再将干扰当噪声处理，而是将其视作具有一定结构的信息，具体是利用地址码之间的相关特性，抑制甚至消除多址干扰的影响。
[0004]根据算法是否线性，可以将现有的多用户检测算法分为线性多用户检测算法和非线性多用户检测算法。线性多用户检测算法是对传统的匹配滤波器的输出向量y做一个线性运算L，以消除多址干扰的影响。这种方法涉及到矩阵求逆运算，计算复杂度通常比较高。非线性多用户检测算法的基本思想是干扰消除，即重构已经检测的用户信号，将其从接收信号中消除后再检 测其他用户。这种方法会造成误差的传播，带来较大的延时。
[0005]本发明提出了非正交多用户接入发送及联合接收解调译码系统及方法。该算法的主要思想是在发送端，多个用户采用非正交方式接入系统，在接收端，基于消息传递思想，将译码器的输出软信息直接送入多用户检测中，实现译码与多用户检测的联合迭代处理。在线性计算复杂度下，本发明可以实现很好的干扰消除性能。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供非正交多用户接入发送及联合接收解调译码系统及方法。在发送端，多用户采用非正交方式接入，在接收端，采用消息传递机制，实现译码与多用户检测的联合迭代处理。本发明适用于非正交接入的多用户通信系统，其目的是降低用户间干扰，提高传输的性能。
[0007]非正交多用户接入发送及联合接收解调译码系统，其特征在于，分为两大系统，一是多用户非正交接入及发送系统，一是多用户信号的联合接收解调译码系统，其中:
[0008](I)多用户非正交接入及发送系统，设有信道编码模块、编码符号映射模块、交织模块以及调制模块，其中:
[0009]信道编码模块:对第k个用户的信息序列bk进行信道编码，k = 1，2，…，K，经过信道编码后输出序列ck，L为编码之后序列Ck的长度；
[0010]编码符号映射模块:把所述序列Ck中的每一个符号分别映射为长度均为N的特征序列 Pk，N 为大于或等于 I 的自然数，pk = {ζ1； Z2,, zN}, Zi e {I, -1}，i = I, 2，…，N, i为特征参数z的序号，N为特征参数的个数，符号的映射规则按照I — pk，0 —-pk，映射后序列为rk ；
[0011]交织模块:把输入的所述序列rk进行交织，得到序列Vk ；
[0012]调制模块:把输入的所述序列Vk进行调制，得到序列uk，发送到接收端；
[0013](2)多用户信号的联合接收解调译码系统，设有:多用户联合检测模块、解调和解交织模块以及译码模块:
[0014]首先将第k个用户的接收序列yk(n)逐符号乘以各个用户的特征序列pk，得到第k个用户的观测节点;T:,;.其中K为用户的个数，k = 1，2，...，K，η是各符号的接收时刻，η = 1，2，...，N’，N’ = NL, L为编码之后的序列Ck的长度，N为特征序列Pk的长度，I =1，2，...，L，将尺作为多用户联合检测模块的输入，进入迭代过程；
[0015]多用户联合检测模块，依照如下步骤检测:
[0016]a初始化,设定:T为迭代次数，t为本次迭代次数，t = 1，2，...，T, i = 1，2，...，K,j = I, 2,..., K, K为用户的个数，初始时，由第i个用户在时刻η的符号节点Xi (η)向第j
个用户的观测节点传递的消息在\ (η) = I时即乂.丨_讲和间=1>为去’
【权利要求】
1.非正交多用户接入发送及联合接收解调译码系统，其特征在于，分为两大系统，一是多用户非正交接入及发送系统，一是多用户信号的联合接收解调译码系统，其中: (1)多用户非正交接入及发送系统，设有信道编码模块、编码符号映射模块、交织模块以及调制模块，其中: 信道编码模块:对第k个用户的信息序列bk进行信道编码，k = I, 2，…，K,经过信道编码后输出序列ck, L为编码之后序列Ck的长度； 编码符号映射模块:把所述序列ck中的每一个符号分别映射为长度均为N的特征序列Pk，N 为大于或等于 I 的自然数，Pk = {ζ1； ζ2,, zN}, Zi e {I, -1}，i = I, 2，…，N, i 为特征参数z的序号，N为特征参数的个数，符号的映射规则按照I — pk，0 —-pk，映射后序列为rk ; 交织模块:把输入的所述序列rk进行交织，得到序列Vk ； 调制模块:把输入的所述序列Vk进行调制，得到序列％，发送到接收端； (2)多用户信号的联合接收解调译码系统，设有:多用户联合检测模块、解调和解交织模块以及译码模块: 首先将第k个用户的接收序列yk(n)逐符号乘以各个用户的特征序列pk，得到第k个用户的观测节点九(《)，其中K为用户的个数，k= 1，2，...，Κ，η是各符号的接收时刻，η = 1，2，...，N’，N’ = NL, L为编码之后的序列Ck的长度，N为特征序列Pk的长度，I =1,2,..., L,将九作为多用户联合检测模块的输入,进入迭代过程； 多用户联合检测模块，依照如下步骤检测: a初始化,设定:T为迭代次数，t为本次迭代次数，t = 1，2，...，T, i = 1，2，...，K, j =1，2，...，K，K为用户的个数，初始时，由第i个用户在时刻η的符号节点Xi (η)向第j个用户的观测节点？/(?)传递的消息在\ (η) = I时即
2.根据权利要求1所述的非正交多用户接入发送及联合接收解调译码系统，其特征在于，信道编码模块中，编码方式采用诸如卷积码、LDPC码、Turbo码、Turbo乘积码等。
3.根据权利要求1所述的非正交多用户接入发送及联合接收解调译码系统，其特征在于，调制模块中，采用诸如正交振幅调制(QAM)、四相相移键控信号(QPSK)、多进制数字相位调制(MPSK)等多种调制方式。
4.根据权利要求1所述的非正交多用户接入发送及联合接收解调译码系统，其特征在于，交织模块中，采用诸如分组交织器、卷积交织器或随机交织器。
5.根据权利要求1所述的非正交多用户接入发送及联合接收解调译码系统，其特征在于，多用户检测模块中，(x, Μ)的均值ιηεαη[Α,,κφι和方差按如下公式计算:
6.根据权利要求1所述的非正交多用户接入发送及联合接收解调译码系统，其特征在于，多用户检测模块中，第j个用户的观测节点I； (Λ)向第i个用户的符号节点Xi (η)传递消息的均值丨W和方差Vari>!1.W:
7.根据权利要求1所述的非正交多用户接入发送及联合接收解调译码系统，其特征在于，提出的非正交多用户接入发送及联合接收解调译码方法，分为两大步骤，一是多用户非正交接入及发送，一是多用户信号的联合接收解调译码: (1)多用户非正交接入及发送步骤，具体包括信道编码、编码符号映射、交织和调制，发送端对每个用户按以下具体步骤操作: 信道编码:对第k个用户的信息序列bk进行信道编码，k = I, 2，...，!(,经过信道编码后输出序列ck，L为编码之后序列Ck的长度； 编码符号映射:把所述序列ck中的每一个符号分别映射为长度均为N的特征序列pk，N为大于或等于I的自然数，Pk = {ζ1； ζ2,, zN}, Zi e {I, -1}，i = I, 2，…，N, i为特征参数z的序号，N为特征参数的个数，符号的映射规则按照I — pk，0 — -pk,映射后序列为rk ；交织:把输入的所述序列rk进行交织，得到序列Vk ； 调制:把输入的所述序列Vk进行调制，得到序列％，发送到接收端；(2)多用户信号的联合接收解调译码步骤，包括多用户联合检测、解调和解交织、译码: 首先将第k个用户的接收序列yk(n)逐符号乘以各个用户的特征序列pk，得到第k个用户的观测节点丸其中K为用户的个数，k= 1，2，3，...，K，η是各符号的接收时刻，η = 1，2，...，N’，N’ = NL, L为编码之后的序列Ck的长度，N为特征序列Pk的长度，I =1，2，...，L，将九(/1)作为多用户联合检测模块的输入，进入迭代过程； 多用户联合检测，依照如下步骤:a初始化,设定:T为迭代次数，t为本次迭代次数，t = 1，2，...，T, i = 1，2，...，K, j =1，2，...，K，K为用户的个数，初始时，由第i个用户在时刻η的符号节点Xi (η)向第j个用户的观测节点传递的消息MvwOl在χ? (n) = I时即,
8.根据权利要求1所述的非正交多用户接入发送及联合接收解调译码方法，其特征在于，信道编码步骤中，编码方式采用诸如卷积码、LDPC码、Turbo码、Turbo乘积码等。
9.根据权利要求1所述的非正交多用户接入发送及联合接收解调译码方法，其特征在于，调制步骤中，采用诸如正交振幅调制(QAM)、四相相移键控信号(QPSK)、多进制数字相位调制(MPSK)等多种调制方式。
10.根据权利要求1所述的非正交多用户接入发送及联合接收解调译码方法，其特征在于，交织步骤中，采用诸如分组交织器、卷积交织器或随机交织器。
11.根据权利要求1所述的非正交多用户接入发送及联合接收解调译码方法，其特征在于，多用户检测步骤中，/<+,,: W)的均值和方差v<Wy..w按如下公式计算:
12.根据权利要求1所述的非正交多用户接入发送及联合接收解调译码方法，其特征在于，多用户检测步骤中，第j个用户的观测节点叉(.〃)向第i个用户的符号节点Xi (η)传递消息的均值和方差 var^,,Wnl:
【文档编号】H04L25/03GK103841065SQ201410053191
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年2月17日 优先权日:2014年2月17日
【发明者】匡麟玲, 吴胜, 张弛, 顾娜, 陆建华, 陈翔, 倪祖耀 申请人:清华大学