本發(fā)明涉及非正交多址移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體提出了一種稀疏交織多址接入方法(Sparse Interleave Division Multiple Access,SIDMA)。

背景技術(shù)：

由于傳統(tǒng)的碼分多址接入方法(CDMA)存在多址接入干擾(multiple access interference，MAI)以及符號(hào)間串?dāng)_(inter symbol interference，ISI)等問題致使其性能受到限制。現(xiàn)有的主要研究落腳點(diǎn)都在提出新的多用戶檢測(cè)方法(multi-user detection，MUD)從而降低MAI與ISI對(duì)性能的影響。在若干文獻(xiàn)中，提出了通過給不同用戶分配不同交織器的方式提升表現(xiàn)，于是便有了傳統(tǒng)的交織多址接入方法(interleave division multiple access，IDMA)。它既有傳統(tǒng)的CDMA的優(yōu)點(diǎn)，即通過分集對(duì)抗衰落，并緩解了最壞情況下的其他小區(qū)的用戶干擾問題。此外，由于不同用戶使用的不同隨機(jī)交織，相鄰碼片之間近似不相關(guān)，使得接收機(jī)可以進(jìn)行相對(duì)簡(jiǎn)單的逐碼片迭代MUD技術(shù)。通過基本信號(hào)估計(jì)器(Elementary Signal Estimator，ESE)與各個(gè)用戶各自的后驗(yàn)概率譯碼器(Decoder，DEC)之間的軟信息交換迭代，使系統(tǒng)獲得接近香農(nóng)極限的性能。但是傳統(tǒng)的IDMA方法要求用戶占用全部的可用資源發(fā)送數(shù)據(jù)，在大規(guī)模接入的情況下，這會(huì)導(dǎo)致正交資源的嚴(yán)重碰撞，使得多用戶檢測(cè)(MUD)的復(fù)雜度極高。

近年來也有將IDMA與多天線技術(shù)((Multi-Input Multi-Output，MIMO)相結(jié)合的研究，從而進(jìn)一步提升系統(tǒng)的容量與接收性能等。但總體來說，在大規(guī)模用戶接入的情況下，現(xiàn)有的方法普遍面臨著運(yùn)算復(fù)雜度過高的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提出了一種稀疏交織多址接入方法(Sparse Interleave Division Multiple Access,SIDMA)。本發(fā)明方法使得每個(gè)用戶在接入傳輸時(shí)只占用總時(shí)頻資源的一小部分，從而降低接收機(jī)在大規(guī)模接入的場(chǎng)景下的多用戶檢測(cè)復(fù)雜度。

本發(fā)明提出的一種稀疏交織多址接入方法，其特征在于，該方法首先令所有接入用戶傳輸數(shù)據(jù)塊時(shí)總共占用K個(gè)資源粒子和T個(gè)時(shí)域符號(hào)，然后對(duì)每個(gè)用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊信息進(jìn)行信道編碼，將編碼后的數(shù)據(jù)分割成若干子比特流，并映射為碼字向量；對(duì)每個(gè)碼字向量補(bǔ)零得到K維稀疏碼字向量；根據(jù)稀疏時(shí)頻交織器，得到K維稀疏發(fā)送碼字向量；在每個(gè)時(shí)刻，各用戶根據(jù)對(duì)應(yīng)時(shí)刻系統(tǒng)給出的傳輸資源傳輸發(fā)送碼字向量中的對(duì)應(yīng)分量；接收機(jī)估計(jì)活躍用戶及其信道增益，并獲取其稀疏時(shí)頻交織器信息；接收機(jī)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解碼得到各個(gè)接入用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)塊。該方法包括以下步驟：

(1)令所有接入用戶傳輸數(shù)據(jù)塊時(shí)總共允許占用T個(gè)時(shí)域符號(hào)symbol，共包含K個(gè)資源粒子RE；

(2)任一接入用戶u_i將本次接入所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊的信息經(jīng)過信道編碼后得到一個(gè)信息比特向量其長(zhǎng)度為個(gè)比特；將向量按每log₂M個(gè)比特分為一組，其中M為4的整數(shù)倍，表示調(diào)制階數(shù)；根據(jù)碼本，將向量映射成長(zhǎng)度為的碼字向量N_i＜K；其中，碼字向量的每個(gè)分量通過1個(gè)RE進(jìn)行傳輸；

(3)接入用戶u_i對(duì)步驟(2)得到的碼字向量進(jìn)行補(bǔ)零，將原來的N_i維碼字向量補(bǔ)零成為K維稀疏碼字向量其中K為RE的總個(gè)數(shù)；

(4)接入用戶u_i根據(jù)稀疏時(shí)頻交織器對(duì)步驟(3)得到的K維稀疏碼字向量進(jìn)行交織映射，得到一個(gè)K維的稀疏發(fā)送碼字向量：

其中N_i個(gè)位置非零，即對(duì)應(yīng)步驟(2)中的N_i個(gè)分量；

(5)對(duì)于T個(gè)symbol中任意時(shí)刻t，t＝1，2，…，T，接入用戶u_i根據(jù)對(duì)應(yīng)時(shí)刻系統(tǒng)給出的傳輸資源傳輸其發(fā)送碼字向量中的W(t)個(gè)分量，其中W(t)為時(shí)刻t的子載波數(shù)，并且按照系統(tǒng)的預(yù)設(shè)滿足

(6)接收機(jī)從所有已注冊(cè)在網(wǎng)的潛在用戶中識(shí)別出活躍用戶，即本次接入的用戶，并進(jìn)行信道估計(jì)，根據(jù)用戶識(shí)別結(jié)果得到每個(gè)活躍用戶對(duì)應(yīng)的稀疏時(shí)頻交織器

(7)在每個(gè)時(shí)刻t，t＝1，2，…，T，根據(jù)步驟(6)的識(shí)別結(jié)果獲取當(dāng)前時(shí)刻的用戶接入情況，接收機(jī)對(duì)接收信號(hào)y(t)進(jìn)行解碼，其中y(t)是維度的W(t)的向量，表示接收端接收到的接入用戶對(duì)應(yīng)時(shí)刻t發(fā)送的發(fā)送碼字向量的W(t)個(gè)分量乘以對(duì)應(yīng)用戶的信道增益后疊加得到的信號(hào)；將所有時(shí)刻得到的y(t)的解碼結(jié)果聯(lián)合進(jìn)行信道解碼，最終得到各個(gè)接入用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)塊。

本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果在于：

本發(fā)明提出了一種改進(jìn)傳統(tǒng)IDMA后的稀疏交織多址接入(SIDMA)方法。通過引入資源占據(jù)的稀疏性，增加了額外的自由度，當(dāng)用戶較少時(shí)，降低了資源處用戶碰撞的概率，解碼復(fù)雜度低；當(dāng)用戶較多時(shí)，又能容忍碰撞；相比于傳統(tǒng)的IDMA要求所有用戶的數(shù)據(jù)速率的一致性，SIDMA允許每個(gè)用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量可變，即可以根據(jù)需要傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)據(jù)量動(dòng)態(tài)占用資源，支持可變速率，更加靈活。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的實(shí)施流程圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中一種數(shù)據(jù)塊RE分配示例圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中不同用戶在給定RE的情況下的稀疏時(shí)頻交織器示例圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出的一種稀疏交織多址接入方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。

本發(fā)明提出的一種稀疏交織多址接入方法，流程如圖1所示，包括以下步驟：

(1)令所有接入用戶傳輸數(shù)據(jù)塊時(shí)總共允許占用T個(gè)時(shí)域符號(hào)(symbol)，共包含K個(gè)資源粒子(RE，Resource Element)。附圖2為一種數(shù)據(jù)塊RE分配情況的示例圖，給出了一種不同時(shí)間系統(tǒng)提供不同子載波數(shù)的RE分配情況示例，圖中，每個(gè)方格代表一個(gè)RE，總共有k個(gè)RE，全部方格整體表示一次隨機(jī)接入所有用戶的總體可用資源；每一列方格占用時(shí)域上的一個(gè)symbol時(shí)間，總共占用T個(gè)symbol的時(shí)間。其中，每列中方格數(shù)代表對(duì)應(yīng)symbol時(shí)間上可用的子載波個(gè)數(shù)。

(2)任一接入用戶u_i將本次接入所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊的信息經(jīng)過信道編碼后得到一個(gè)信息比特向量其長(zhǎng)度為個(gè)比特，不同用戶根據(jù)實(shí)際需求可傳輸不同長(zhǎng)度的向量。將該向量按每log₂M個(gè)比特分為一組，其中M(M＝4，8，16，…為4的整數(shù)倍)為調(diào)制階數(shù)；根據(jù)碼本，將該向量映射成長(zhǎng)度為的碼字向量其中，碼字向量的每個(gè)分量需要通過1個(gè)RE進(jìn)行傳輸，因此要求N_i＜K，也即碼本的獲取方式，可能包含但不限于，在隨機(jī)接入的情況下，用戶使用注冊(cè)入網(wǎng)時(shí)分配的固定碼本；在由調(diào)度接入的情況下，用戶使用系統(tǒng)調(diào)度時(shí)分配的碼本。

(3)接入用戶u_i對(duì)步驟(2)得到的碼字向量進(jìn)行補(bǔ)零，將原來的N_i維碼字向量補(bǔ)零成為K維稀疏碼字向量其中K為RE的總個(gè)數(shù)。

(4)接入用戶u_i根據(jù)稀疏時(shí)頻交織器對(duì)步驟(3)得到的K維稀疏碼字向量進(jìn)行交織映射，得到一個(gè)K維的稀疏發(fā)送碼字向量：

其中只有N_i個(gè)位置非零，也即承載了步驟(2)中中的N_i個(gè)分量。稀疏時(shí)頻交織器的獲取方式，可能包含但不限于，在隨機(jī)接入的情況下，用戶使用注冊(cè)入網(wǎng)時(shí)分配的固定稀疏時(shí)頻交織器；在由調(diào)度接入的情況下，用戶使用系統(tǒng)調(diào)度時(shí)分配的稀疏時(shí)頻交織器。

圖3是不同用戶在給定資源RE的情況下的稀疏時(shí)頻交織器示例圖，圖3給出了可能的3個(gè)用戶u₁，u₂，u₃在給定K＝40個(gè)RE的情況下，每人發(fā)送長(zhǎng)度為的信息比特，采用M＝16-QAM調(diào)制，它們的碼字向量長(zhǎng)度分別為N₁＝N₂＝N₃＝10。在給定的K＝40個(gè)傳輸資源RE下，進(jìn)行補(bǔ)零后得到的40維稀疏碼字向量，也即每個(gè)稀疏時(shí)頻交織器的輸入是：

而輸出是如圖3所示的一個(gè)稀疏的40維的發(fā)送碼字向量i＝1，2，3，除了陰影對(duì)應(yīng)的10個(gè)位置包含了輸入的10個(gè)碼字外，其余位置均為0。定義表示用戶發(fā)送碼字的稀疏程度。

(5)對(duì)于T個(gè)symbol中任意時(shí)刻t，t＝1，2，…，T，接入用戶u_i根據(jù)對(duì)應(yīng)時(shí)刻系統(tǒng)給出的傳輸資源傳輸其發(fā)送碼字向量中的W(t)個(gè)分量，其中W(t)為時(shí)刻t的子載波數(shù)，并且按照系統(tǒng)的預(yù)設(shè)滿足

對(duì)于圖3所示的情況，W(t)＝4，t＝1，2，...，10，并且也即每個(gè)時(shí)刻系統(tǒng)均分配有4個(gè)RE。用戶u₁，u₂，u₃在對(duì)應(yīng)時(shí)刻t發(fā)送圖2所示的第t列的長(zhǎng)度為4的列向量即可。

(6)接收機(jī)從所有已注冊(cè)在網(wǎng)的潛在用戶中識(shí)別出活躍用戶(即本次接入的用戶)并進(jìn)行信道估計(jì)，根據(jù)用戶識(shí)別結(jié)果得到每個(gè)活躍用戶對(duì)應(yīng)的稀疏時(shí)頻交織器

(7)在每個(gè)時(shí)刻t，t＝1，2，…，T，根據(jù)步驟(6)的識(shí)別結(jié)果獲取當(dāng)前時(shí)刻的用戶接入情況，接收機(jī)對(duì)接收信號(hào)y(t)進(jìn)行解碼，其中y(t)是維度的W(t)的向量，表示了接收端接收到的接入用戶對(duì)應(yīng)時(shí)刻t發(fā)送的發(fā)送碼字向量的W(t)個(gè)分量乘以對(duì)應(yīng)用戶的信道增益后疊加得到的信號(hào)，此外根據(jù)傳輸環(huán)境還可能包含噪聲。最終將所有時(shí)刻得到的y(t)，t＝1，2，…，T的解碼結(jié)果聯(lián)合進(jìn)行信道解碼得到各個(gè)接入用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)塊。

本實(shí)施例中所采用的解碼方法，可以但不限于使用消息傳遞算法(Message Passing Algorithm，MPA)。