一种基于idma的迭代多输入多输出通信系统与方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，具体为基于IDMA(Interleave-Division-Multipl exing-Access)的迭代多输入多输出通信系统与方法。
【背景技术】
[0002] 多用户系统中存在信息的多址接入，现在流行的复用方式是码分多址接入（code divisionmultipleaccess,CDMA)，即多个用户使用共享的频谱。在码分多址接入（CDMA) 中，编码时对不同用户使用不同的扩频码，希望通过这种选取方式使不同用户信号间互相 独立。但实际上对各用户信号的扩频码而言，很难保证能够严格地正交，从而导致在接收端 引入多址接入干扰（multipleaccessinterference，MAI)。而且随着用户数目的增多，或 者信号功率的增大，多址接入干扰（MAI)也会随之增大，就成为码分多址接入（CDMA)系统 的主要干扰。这一干扰直接限制了CDMA系统的最大优势一一系统容量的体现。通常对这 种干扰的处理方式是：选择使用互相关性好的扩频码，同时结合功率控制、使用纠错码等。 但上述方法只能抑制MAI，并无法真正除去这种干扰，只是暂时缓解了这种矛盾。
[0003] 相对于CDMA系统，IDMA最重要的变化就是用不同交织器区分用户而非用正交扩 频码区分用户，在IDMA中，扩频码仅起扩展频谱和降低码率的作用。在接收端采用的算法 是基于码片的交织迭代技术的（IDMA)多用户检测（MUD)算法。在IDMA中，可以充分利用各 个用户的扩频序列来进行联合检测，此时信道编码不再仅仅是一种附加的性能增益，而是 可以提供在多用户检测器和信道译码器间交换的外信息，从而在整体上提高了系统性能。 IDMA是改进后的CDMA系统，它既继承了CDMA系统的优势，又克服了MAI干扰。
[0004] 迭代技术在通信领域的应用可追溯至Turbo码的出现，通过在接收端采用基于 软入 / 软出（Soft-InputSoft-Output,SIS0)和最大后验概率（MaximumaPosteriori Probability,MAP)算法，通过译码器输出软值的循环反馈，经多次迭代使系统达到收敛，最 终可获得接近香农极限的优异性能。
[0005] 在RF射频通信中，为了抵抗信道衰落，提高系统容量，可采用多输入多输出 (Multi-InputMulti_0utput，MIM0)或称多天线技术。MIM0多天线技术通过采用多个发 射天线和多个接收天线，进行空间分集或空间复用，可以大幅提高传输质量或者在不增加 带宽的情况下成倍的提高通信系统的容量。目前，MHTO技术已经成为无线电通信领域的关 键技术之一。在无线宽带移动通信系统方面，3G、B3G和4G的系统中都采用了MM0技术； 在无线宽带接入系统中，802. 16e、802.lln和802. 20等标准也采用了MM0技术；在其他 无线通信系统研究中，如超宽带（UltraWideband,UWB)系统、感知无线电系统（Cognitive Radio,CR)中都在考虑应用M頂0技术。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种采用采用最优贝叶斯 (OptimumBayesian)算法来进一步降低系统误码率，提高系统性能的基于IDMA的迭代多 输入多输出通信系统与方法。本发明着重于对无线电通信中多天线IDMA系统进行理论性 能分析，在接收端多源检测系统中采用最优贝叶斯（OptimumBayesian)算法来进一步降 低系统误码率，提高系统性能。通过计算比特差错率（BitErrorRate，BER)和帧差错率 (FrameErrorRate)并比较不同信噪比的选择下BER和FER的变化，将数据转换成折线图， 对系统性能进行理论化和半理论化的分析。
[0007] 为实现上述目的，设计了基于IDMAInterleave-Division-Multiplexing-Access) 的迭代多输入多输出通信系统其包括以下几个模块：
[0008] 发射装置，发送的信息比特序列使用的码是一种经过特殊设计的重复码RC码。发 射装置的信号流程为：信息序列先经过编码器编码，再复制N份，分别输入N个交织器进行 信息交织；然后，交织后信息分别输入到调制器进行符号调制映射；
[0009] 接收装置由三部分组成，第一部分是MUD模块，全称是多源检测器，其作用为通过 接收到的码片信息序列和反馈的多路径先验信息序列，计算出多条路径对应得MUD外信息 序列；
[0010] 第二部分是交织器和解交织器模块，交织的作用是产生区分不同用户的身份标 志，同时使处理过的码片级信息序列具有随机性和独立性；
[0011] 第三部分是DEC模块，全称是后验概率译码器，它是基于SIS0原理的标准译码器。
[0012] 接收装置的结构是基于Turbo原理构造的，可以把MUD检测处理可看作内部SIS0 译码，而将DEC译码看作外部SIS0译码。接收装置的信号流程为：首先，接收信号输入基于 最优贝叶斯算法的多源检测MUD模块，得到N条支路的软彳目息；所得软彳目息输入解交织模 块。经解交织器后N路相加，作为译码器DEC的输入信息；DEC译码所得软信息减去DEC输 入端信息后，再循环反馈回MUD模块，进行下一次迭代。
[0013] 本发明还提供一种基于IDMA的迭代多输入多输出通信方法，具体步骤如下：具体 步骤如下：
[0014] (1)在发射端，第k个用户要发送的信息比特序列是dk= {d k (nd)，nd= 1，2,. . .，NinfJ，其中NinfC]是比特序列的长度；经过FEC编码后将其进行扩频得到编码序列 ck= {ck(l)，l=1，2，...，L}，序列长度为1= ^。\凡，将编码序列(3复制~份，将每个用 户的编码比特序列ck= {c k(l), 1=1，2,. . .，L}生成N个副本，对每一副本采用不同的交 织器n^i=1，…，N进行置乱处理，得到交织后的码片序列x\i=1，…，N，再将取值为 {〇，1}的码片序列经BPSK变换为取值为{+1，-1}的码片序列，经调制后由N条发射天线发 送出去；
[0015] (2)各路调制符号x1乘以各路信道的衰弱后求和并叠加噪声，在接收端的一个接 收天线处被接收，接收装置采用多源检测算法和DEC模块之间的迭代译码进行解码；接收 到的信号y可以看做N路信号的叠加，每一路因采用不同的交织器而相互独立；多源检测器 的输出是外部对数似然比LLRs，…Xj是序列Xi，i= 1，*"N中的码片；
[0016](3)将上述外信息= …灰解交织后N路相加得到，作为译码器 DEC的输入软信息；译码器DEC对输入软信息进行后验概率APP译码，产生外信息{L(Cl)}， 将此外信息分别减去上面得到的解交织后的MUD外信息[3(人)；]得到N路新信息，将这 N路新信息再次交织后反馈回MUD模块作为下一次迭代中的先验软信息，在最后一次迭代 译码后对后验信息进行硬判决，则译码输出为
[0017]
[0018] 其中：LpjciOid)]为APP译码后获得的后验软值序列，i=1，...，N，nd= 1，...， Ninfci，Ninf。是比特序列的长度。
[0019] 本发明的有益效果在于：
[0020] (1)在IDMA中，可以充分利用各个用户的扩频序列来进行联合检测，此时信道编 码不再仅仅是一种附加的性能增益，而是可以提供在多源检测器和信道译码器间交换的外 信息，从而在整体上提高了系统性能。IDMA是改进后的CDMA系统，它既继承了CDMA系统的 优势，又克服了MAI干扰。
[0021] (2)接收装置基于Turbo编码原理，利用先验信息和外信息之间进行
[0022] 多次迭代，可以在不增加系统复杂度的情况下降低系统误码率。利用Turbo和 SIS0原理诞生的迭代多用户检测技术是IDMA系统译码部分最常使用的技术，可以用来解 决通信中的多址干扰问题，获得很好的纠错性能。
[0023] (3)利用信息的后验概率（APP)译码是SIS0中信息最佳的表示方式，其中使用重 复码进行编码的APP译码编解码具有低复杂度同时又有很好的译码准确度
[0024] (4)相比于其他的MM0系统方案，发明中对抗信道衰落的采用0B检测算法的 MHTO系统，信道建模为高斯信道，运用BPSK调制方式，编码方式简单，对任意天线数目都适 用，接收端的迭代检测算法复杂度也较低的优点，有很好的应用前景。
【附图说明】
[0025] 图1是基于IDMA原理的MM0系统结构图。
[0026] 图2是不同迭代次数下MIS0系统的BER图示。
[0027] 图3是4次迭代，不同发送天线下MIS0系统的BER图示。
[0028] 具体实施方法
[0029] 对发明提出的最优贝叶斯交织迭代多输入多输出通信方法，具体实施步骤如下：
[0030] 以一个用户，N条发送天线，1条接收天线的MM0系统为例，要扩展到K个用户和 M条接收天线，只需将图1的发送端复制K份并求和发送，接收端复制M份处理即可。从整 体来分析图1，用户的信息比特序列d经过FEC编码后生成编码序列c。将编码序列c复 制N份，每一路副本c采用一个特定的交织器ITdi= 1，一N进行交织，将交织后的码片信 号x\i=l，…，N进行BPSK调制，产生调制符号并发送出去。各路调制符号x1乘以各路 信道的衰弱后求和并叠加噪声，在接收端的一个接收天线处被接收。接收机采用多源检测 算法和软入软出译码器之间的迭代译码进行解码。接收到的信号y可以看做N路信号的叠 加，每一路因采用不同的交织器而相互独立。多源检测器（MUD)的输出是外部对数似然比 (LLRs) = Xj是序列x\i= 1，???N中的码片。将此外{目息解交织后N路 相加得到，作为译码器DEC的输入软信息。译码器对此码进行后验概率（APP)译码， 产生外信息{