L(Cl) }，将此外信息分别减去上面得到的解交织后的MUD外信息得到N路新信 息，将这N路新信息再次交织后反馈回MUD作为下一次迭代中的先验软信息。
[0031]在发射装置中，DMA多源系统发射端中每个用户的结构组成都与图1中单 用户发射源系统相同。假设第k个用户要发送的信息比特序列是dk= {dk(nd)，nd = 1，2, ? ? ?，Ninf。}，其中Ninf。是比特序列的长度。该信息比特序列采用前向纠错（Forward ErrorCorrection，FEC)信道编码器进行编码。本发明使用的码是一种经过特殊设计的重 复码（Repetition Code, RC) : v = ，其中 Nc为重复码生成向量 v 的 约束长度（简称为"码长"），本文中N。均取偶数值。则对应的编码输出为：
[0032]
[0033] RC码是一种最简单、最基本的FEC码，通过使用的重复码处理信息比特序列将其 进行扩频得到编码序列ck={ck(l)，1 = 1，2,. . .，L}，序列长度为L=NinfC]XN。，扩频后的 码率变为艮=1/N。。将每个用户的编码比特序列ck= {ck(l)，l= 1，2，...，L}生成N个 副本，对每一副本采用不同的交织器Ili，i= 1，…，N进行置乱处理（交织），得到交织后的 码片序列x1，i= 1，…，N，再将取值为{0, 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。
[0034] 然后通过接收装置第一部分MUD模块，其中使用的是0B算法，0B算法的核心是将 多个用户在同一时刻发送的信号作为一个整体来看待。所以用户之间的影响要在算法中考 虑。
[0035] 如图1所示，考虑一个单用户系统，将信号d经前向纠错码和重复码编码后变成码 片c，分别通过不同交织器得到互相独立的信息序列，用Xl表示第i条路径的码片信息序 列。MM0系统采用NX1结构，所以在接收端的一个接收天线上接收到的信号是各路发送信 号的叠加，即
[0036]
[0037] 由于米用BPSK调制方式，所以XiG{_1，+1}，添加的噪声n是均值为0,方差为 H/2的高斯白噪声。
[0038] MUD输出外信息可表不为：
[0039]
[0040] 其中x;表示矩阵x=[xu…，xN]T中除去x;这一项后其余项构成的新矩阵。上 式中的条件概率密度函数可以表示为：
[0041 ]
[0042] 先验概率P(Xj)可表示为：
[0043]
[0044] 条件概率密度函数p(y|x)满足条件高斯分布，根据上述推导得MUD输出外信息可 表示为
[0045]
[0046] 其中伞=n ，而P(Xj)又可以由式（4-5)求出。
[0047] 需要注意的是，在M頂0系统中，解交织后的多路MUD外信息并不是直 接输入DEC模块进行译码，而需要将多路信号进行叠加后作为整体信号进行译码，设叠加 后的信号为则它可以表示为：
[0048]
[0049] 其中d' [x, (_/?)]是解交织后的[>; (_/)]。将此叠加信号经DEC译码后得到叠 加译码输出外信息{L(Cl)}，为了进行迭代反馈，需要再将此信息分配到各个路径去，产生 {L(Cl)}的N个副本，并减去对应每条路径的hX/fl，可以得到需要的对应每条路径的 DEC输出外信息'c [4 (y_)]，可表示为：
[0050]
[0051]将此信息再次交织后得到i;? Ufl，作为反馈回MUD端的先验信息。
[0052]M頂0系统下的0B算法迭代检测过程整理如下：
[0053] (1)初始化：A皿,())] = 〇
[0054] (2)主迭代过程：
[0060]f?返回a。
[0061] 之后通过交织器与解交织器模块，交织器和解交织器不会改变输入比特序列中每 一个比特的内容，它仅仅对用户码片进行置乱和恢复处理，即改变码片级信息序列中比特 信息的排列顺序。为了保证正确译码，对于经由同一条天线发射的信号来说，接收端采用的 交织器应该与发射端的交织器保持一致。
[0062] 最后通过DEC模块，DEC模块采用的是标准的APP译码，本发明中使用的信道编 码为重复码v=[+l,-UU-lf^，设译码器APP DEC输入的码片级先验软值序列为 = = ,:APP译码后获得的后验软值序列为{Lpcist[Cl(nd)]，i= 1，. . .，N,nd= 1，. . .，Ninf。}，其中的元素为：
[0063]
[0064] 则输出外信息序列{L[Ci(j)]，i= 1，? ? ?，N,j= 1，? ? ?，L}可表示为：
[0065] ^ 一」
^ 一」
[0066] v(j)表示向量v中第j个元素。
[0067] 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
[0068]
[0069] 通过MATLAB仿真平台，对MIS0系统进行算法验证，同时分析此系统的性能。仿真 采用BPSK调制方式，每帧包含256个信息比特，每次发送2000帧。采用重复码进行编码， 系统构建为K= 1 一个用户，N= 2、4、6条发送天线，M= 1条接收天线；信道采用无衰落 的高斯信道，接收端最大迭代次数为4,比较不同信噪比下的误码率BER。仿真结果图中横 坐标Eb/N0表示当系统总的发射功率固定时，接收到的比特能量Eb与每根天线噪声功率N0 的比值，纵坐标为对应情况下的误码率BER。
[0070] 图2为不同迭代次数对系统BER性能的影响，显示系统4次迭代即可达到收敛状 态。说明本专利设计具有快速收敛的特点和优点。
[0071] 图3分别为不同发送天线数目对系统BER性能的影响，显示发送天线数增加，误码 率显著降低。说明本专利具有良好的分集能力和较强抵抗信道衰落的特点和优点。
【主权项】
1. 一种基于IDM的迭代多输入多输出通信系统，其特征在于：该系统包括发射装置和 接收装置；其中： 所述发射装置，包括前向纠错信道解码器FEC、交织器和BPSK调制器； 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； 接收装置，包括多源检测器MUD模块、交织器和解交织器模块、以及译码器DEC模块；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条支路的软信息；所得软信息输入解交织模块。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。2. -种基于IDM的迭代多输入多输出通信方法，其特征在于，具体步骤如下： (1) 在发射端，第k个用户要发送的信息比特序列是dk= {dk(nd), nd= 1，2, · · ·，NinfJ， 其中Ninfci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c k= {c k(l)，I =1，2,. . .，U，序列长度为L = Ninfci X N。，将编码序列c复制N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Π i, i = 1，…，N进行置乱处理，得到交织后的码片序列X1，i = 1，…，N，再将取值为{0, 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； (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译码器DEC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，x_j是序列X \ i = 1，…N中的码片； (3) 将上述外信息「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iL? 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：其中：Lpcist [C1 (nd)]为APP译码后获得的后验软值序列，i = 1，...，Ν，η。= 1，...，N inf。， Ninf。是比特序列的长度。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其在发射端FEC编码的是一种经过特殊设 计的重复码RC码，其中N。为重复码生成向量V的约束长度。4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，MUD模块采用的是OB检测算法。5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，DEC模块采用的是APP译码，其是经过特 殊设计的重复码，其中N。为重复码生成向量V的约束长度。
【专利摘要】本发明属于无线通信技术领域，具体为一种基于IDMA的迭代多输入输出通信系统与方法。本发明基于IDMA(Interleave-Division-Multiplexing-Access)设计出一个非正交MIMO系统，将IDMA的非正交接入思想运用到MIMO系统中，通过为不同的天线分配不同的交织器就可以实现多天线分集，而无需设计复杂的扩频码，所有的FEC码都可以简单地应用在该系统当中。本发明对任意数目的天线都适用，并且可以将帧同步错误率控制在可接受的范围内。
【IPC分类】H04L1/00
【公开号】CN105187169
【申请号】CN201510639223
【发明人】赵鑫, 周小林, 田雪琛
【申请人】复旦大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月30日