本發(fā)明屬于無線通信系統(tǒng)的信號檢測領域，具體涉及一種改進的串行策略的多用戶檢測方法。

背景技術：

多址接入是無線通信物理層的核心技術之一，它使基站能區(qū)分并同時服務多個終端用戶。為了滿足5g(第五代移動通信)大容量、海量連接、低延時接入等需求，在申請?zhí)枮?01380059380.x，申請名稱為“用于稀疏碼多址接入的系統(tǒng)和方法”的專利申請中提出了一種scma(sparsecodemultipleaccess，稀疏碼多址接入)技術，在該方法中，首先通過scma編碼器在預定義的碼本集合中為每個數(shù)據(jù)層或用戶選擇一個碼本，然后基于所選擇的碼本將數(shù)據(jù)比特直接映射到相應的碼字中，最后將多個數(shù)據(jù)層或用戶的碼字進行非正交疊加，接收端對接收信號進行基于消息傳遞算法的多用戶檢測技術，即并行策略多用戶檢測方法(mpa檢測)，，并行mpa檢測方法在每次迭代過程中，首先更新所有的資源節(jié)點，接著更新所有的用戶節(jié)點。

文獻“shuffledmultiuserdetectionschemesforuplinksparsecodemultipleaccesssystems”(“ieeecommunicationsletters”，vol.20,no.6,pp.1231-1234,jun.2016)在專利申請201380059380.x的基礎上提出了一種串行策略的scma多用戶檢測方法，該方法基于用戶節(jié)點順序依次進行消息傳遞，已更新的消息可以及時傳遞給后面的節(jié)點，而不必等到下一輪迭代過程，進而加快了收斂速率，其具體包括以下步驟：

步驟s-1、初始化：scma在迭代開始時，用戶沒有先驗信息，因此用戶節(jié)點uj到資源節(jié)點ck的消息為:j＝1,2,...,j，k＝1,2,...,k，uj為第j個用戶節(jié)點，ck為第k個資源節(jié)點，m為碼本的碼字數(shù)目，為迭代開始時用戶節(jié)點uj到資源節(jié)點ck的消息；

步驟s-2、設定最大迭代次數(shù)為tmax；

步驟s-3、在第t次迭代過程中，首先將第j個用戶節(jié)點以及與第j個用戶節(jié)點相連的所有資源節(jié)點作為一組，將用戶節(jié)點和資源節(jié)點分為j組，j＝1,2,...,j，j組節(jié)點分別標記為γ1,γ2,...,γj組；然后，計算第γ1組的所有的資源節(jié)點到用戶節(jié)點的消息和用戶節(jié)點到資源節(jié)點的消息然后依次計算γ2,...,γj組的資源節(jié)點到用戶節(jié)點的消息以及用戶節(jié)點到資源節(jié)點的消息，一次迭代完成；xj＝(x1,j,...,xk,j)^t為第j個用戶的scma碼字，xl＝(x1,l,...,xk,l)^t為第l個用戶的scma碼字，yk為接收信號y中第k個資源處接收到的信號，(f為發(fā)射機scma編碼器的稀疏擴頻矩陣)為連接到資源節(jié)點ck的用戶節(jié)點集；xk,i表示第i個用戶的碼字的第k個資源，hk,i∈hi＝(h1,i,h2,i,...,hk,i)^t，hi為用戶i的信道向量，為連接到用戶節(jié)點uj的資源節(jié)點集；

步驟s-4、判斷t＞tmax是否成立，若成立，執(zhí)行步驟s-5；若不成立，則令t＝t+1，返回步驟s-3，進行下一次迭代；

步驟s-5、經(jīng)過tmax次迭代后退出循環(huán)，計算碼字消息：

步驟s-6、計算數(shù)據(jù)比特的軟信息

bj為第j個用戶的數(shù)據(jù)比特；

步驟7、數(shù)據(jù)比特的判決

上述基于串行策略的scma多用戶檢測方法，雖然與傳統(tǒng)并行策略的洪泛消息機制相比，在消息更新策略上有了一定的改進，該串行策略基于用戶節(jié)點順序依次進行消息傳遞，已更新的消息可以及時傳遞給后面的節(jié)點，而不必等到下一輪迭代過程，進而加快了收斂速率，但該消息更新策略中的用戶節(jié)點順序并沒加以甄別和選擇，因而仍然不能非常有效地把最新更新的消息應用于下一個消息的更新當中。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對背景技術存在的缺陷，提出了一種改進的串行策略的scma多用戶檢測方法，在現(xiàn)有串行策略的多用戶檢測方法的基礎上，首先對用戶節(jié)點順序加以甄別和選擇，進而將甄別出來的用戶節(jié)點順序應用于串行策略中的消息更新中，使多用戶檢測方法在每次迭代譯碼過程中可有效地把最新更新的消息應用于下一個用戶節(jié)點消息的更新當中。

本發(fā)明的一種改良串行策略的scma通信系統(tǒng)多用戶檢測方法，包括初始化、選定用戶節(jié)點更新的順序、資源節(jié)點和用戶節(jié)點消息的更新、數(shù)據(jù)比特軟信息的計算、數(shù)據(jù)比特的判決步驟；其特征在于，在進行洗牌策略mpa檢測算法前，選定用戶節(jié)點更新順序，接著在每一次迭代過程中，按照選定的用戶節(jié)點的更新順序依次將各用戶節(jié)點及其與該用戶節(jié)點相連的所有資源節(jié)點作為一組，將用戶節(jié)點和資源節(jié)點分為j組，j為用戶節(jié)點的個數(shù)；然后依次對每一組中所有的資源節(jié)點到用戶節(jié)點的消息以及用戶節(jié)點到資源節(jié)點的消息進行更新，即完成一次迭代的過程。即本發(fā)明的一種改良串行策略的scma通信系統(tǒng)多用戶檢測方法包括兩個階段，即用戶節(jié)點順序選擇階段和傳統(tǒng)串行策略消息更新階段，具體包括以下步驟：

階段一：用戶節(jié)點消息更新順序選擇階段：

步驟1-1：初始化順序集合為s＝{}，用戶節(jié)點權值ζj和資源節(jié)點權值ηk為0，查找集t＝{ζj|j＝1,…,j}，其中j＝1,2,...,j，k＝1,2,...,k；

步驟1-2：從查找集t中查找最大值，若最大值的個數(shù)大于1，則在所有最大值中隨機選取一個為ζr，r∈{1,...,j}；

步驟1-3：將r存入順序集合s，并將ζr從查找集t中刪除；

步驟1-4：查找與用戶節(jié)點ur(對應ζr的用戶節(jié)點)連接的資源節(jié)點，得到第一更新集；將與第一更新集中各資源節(jié)點對應的資源節(jié)點權值均自增1；

步驟1-5：判斷查找集t是否為空，若是，則執(zhí)行步驟2-1，即基于順序集合s執(zhí)行串行策略消息更新；否則，對查找集t進行更新：基于當前資源節(jié)點權值，重新計算查找集t的各用戶節(jié)點權值ζq，其中ζq為連接到用戶節(jié)點uq的所有資源節(jié)點的資源節(jié)點權值之和，q∈{1,...,j}，基于更新后的查找集t執(zhí)行步驟1-2。

進一步的，為了減少運算量，步驟1-5中，在對查找集t進行更新時，僅更新與第一更新集的資源節(jié)點存在連接的用戶節(jié)點對應的用戶節(jié)點權值。

階段二：串行策略多用戶檢測階段：

步驟2-1、初始化：scma在迭代開始時，用戶沒有先驗信息，因此用戶節(jié)點uj到資源節(jié)點ck的消息為:uj為第j個用戶節(jié)點，ck為第k個資源節(jié)點，m為碼本的碼字數(shù)目，為迭代開始時用戶節(jié)點uj到資源節(jié)點ck的消息；(f為發(fā)射機scma編碼器的稀疏擴頻矩陣)為連接到資源節(jié)點ck的用戶節(jié)點集，為連接到用戶節(jié)點uj的資源節(jié)點集。

步驟2-2、設定最大迭代次數(shù)為tmax；

步驟2-3、在第t次迭代過程中，首先將集合s中的第j個用戶節(jié)點以及與第j個用戶節(jié)點相連的所有資源節(jié)點作為一組，將用戶節(jié)點和資源節(jié)點分為j組，j＝1,2,...,j，j組節(jié)點分別標記為γ1,γ2,...,γj組；然后，計算第γ1組的所有的資源節(jié)點到用戶節(jié)點的消息和用戶節(jié)點到資源節(jié)點的消息然后依次計算γ2,...,γj組的資源節(jié)點到用戶節(jié)點的消息以及用戶節(jié)點到資源節(jié)點的消息，一次迭代完成；xj＝(x1,j,...,xk,j)^t為第j個用戶的scma碼字，xl＝(x1,l,...,xk,l)^t為第l個用戶的scma碼字，yk為接收信號y中第k個資源處接收到的信號，；xk,i表示第i個用戶的碼字的第k個資源，hk,i∈hi＝(h1,i,h2,i,...,hk,i)^t，hi為用戶i的信道向量；

步驟2-4、判斷t＞tmax是否成立，若成立，執(zhí)行步驟2-5；若不成立，則令t＝t+1，返回步驟2-3，進行下一次迭代；

步驟2-5、經(jīng)過tmax次迭代后退出循環(huán)，計算碼字消息：

步驟2-6、計算數(shù)據(jù)比特的軟信息

bj為第j個用戶的數(shù)據(jù)比特；

步驟2-7、數(shù)據(jù)比特的判決

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明對用戶節(jié)點更新順序進行了甄別與選擇，使其在迭代過程中能夠更加充分地利用已更新的節(jié)點消息，加快了多用戶檢測方法的收斂速率；且用戶節(jié)點的更新順序只需在串行策略多用戶檢測前選擇一次，計算復雜度很低，可忽略不計。因此，在每一次迭代過程中，本發(fā)明的計算復雜度與傳統(tǒng)串行策略多用戶檢測方法的計算復雜度近似相同。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法多用戶檢測方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明方法多用戶檢測方法中消息更新順序選取過程示意圖；

圖3為現(xiàn)有串行策略的消息更新方式示意圖；

圖4為本發(fā)明多用戶檢測方法中消息更新方式示意圖；

圖5為本發(fā)明方法與背景技術方法的ber性能對比圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合實施方式和附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細描述。

參見圖1，本發(fā)明的改良串行策略的scma通信系統(tǒng)多用戶檢測方法在現(xiàn)有串行策略的多用戶檢測方法的基礎上，首先基于輸入的用戶節(jié)點與資源節(jié)點的連接關系對用戶節(jié)點順序加以甄別和選擇，進而將甄別出來的用戶節(jié)點順序應用于串行策略(串行mpa迭代檢測)中的消息更新中，使多用戶檢測方法在每次迭代譯碼過程中可有效地把最新更新的消息應用于下一個用戶節(jié)點消息的更新當中。

為合理選擇出用戶節(jié)點更新的順序，需定義關于用戶節(jié)點和資源節(jié)點的權值ζj、ηk，其中用戶節(jié)點標識符j＝1,2,...,j，資源節(jié)點標識符k＝1,2,...,k，j、k分別表示用戶節(jié)點、資源節(jié)點總數(shù)目，即ηk表示資源節(jié)點ck處的權值權值，ζj表示連接到用戶節(jié)點uj的資源節(jié)點的權值權值的和，簡稱用戶節(jié)點權值。

為了更好地描述上述過程，現(xiàn)舉例如下。圖2為本發(fā)明方法在稀疏擴頻矩陣為下的消息更新順序選取過程示意圖，矩陣f的行對應資源節(jié)點標識符k(k＝1,2,...,6)，矩陣f的列對應用戶節(jié)點標識符j(j＝1,2,...,9)，元素值1表示資源節(jié)點與用戶節(jié)點存在連接。因此在計算用戶節(jié)點權值的當前值時，可根據(jù)公式計算。

根據(jù)下列步驟得到用于串行策略多用戶檢測的用戶節(jié)點順序：

首先定義用戶節(jié)點權值權值為ζj，資源節(jié)點權值計權值為ηk(j＝1,2,...,9，k＝1,2,...,6)，且初始值均為0，如圖2-①所示，初始化順序集合為s為空集，初始化查找集t＝{ζj|j＝1,…,9}；

(1)在查找集t中選擇最大值作為ζr，由于初始情況下每個用戶節(jié)點權值都相同為0，則隨機選取一個(即當最大用戶節(jié)點權值為2個及其以上時，從中隨機選取一個即可)，假設選取ζ1(對應用戶節(jié)點u1)，則將1存入順序集合s，并將ζ1從查找集t中刪除；

查找與用戶節(jié)點u1連接的資源節(jié)點，得到第一更新集{c4,c5}，將η4，η5都自增1，并將與c4、c5相連接的用戶節(jié)點權值(除u1)都自增1并對應更新查找集t中的戶節(jié)點權值的值，即基于變化后的η4，η5，更新查找集t中與c4、c5存在連接的用戶節(jié)點對應的用戶節(jié)點權值的值，如圖2-②所示；

(2)在查找集t＝{ζ2,ζ3,ζ4,ζ5,ζ6,ζ7,ζ8,ζ9}中選擇最大值作為ζr，因ζ5,ζ6,ζ8,ζ9均為最大，則隨機選擇ζ5(對應用戶節(jié)點u5)，因此將5存入順序集合s，并將ζ5從查找集t中刪除；

與u5連接的資源節(jié)點為c4，c6，因此將η4，η6都自增1，并將與c4，c6相連接的用戶節(jié)點權值(除u1、u5)都自增1完成對查找集t的更新，如圖2-③所示；

(3)重復上述過程，直到完成對所有用戶節(jié)點的節(jié)點順序的甄別和選擇，即當查找集t為空時結(jié)束重復，最終得到的序列順序為1→5→8→2→6→4→3→7→9，如圖2-⑩所示。對于上述稀疏擴頻矩陣f，現(xiàn)有的串行策略多用戶檢測方法中的用戶節(jié)點順序為1→2→3→4→5→6→7→8→9如圖3所示，而本發(fā)明方法是將4選出的用戶節(jié)點序列順序1→5→8→2→6→4→3→7→9用于串行策略的多用戶迭代消息更新機制中如圖4所示。本發(fā)明對用戶節(jié)點更新順序進行了甄別與選擇，使其在迭代過程中能夠更加充分地利用已更新的節(jié)點消息，加快了多用戶檢測方法的收斂速率。

實施例

根據(jù)傳輸條件及檢測過程的程序，初始化設置以下參數(shù)：

用戶節(jié)點的個數(shù)j＝80，碼字長度k＝40，系統(tǒng)過載率信道模型為awgn(高斯白噪聲)信道，稀疏正則擴頻矩陣為40×80的矩陣；用戶信息比特經(jīng)過scma編碼器映射為相應的碼字x＝{-1，+1}，所有用戶碼字疊加后經(jīng)過信道進行傳輸，接收端的接收信號xj＝(x1,j,x2,j,...,xk,j)^t是用戶j的scma碼字，hj＝(h1,j,h2,j,...,hk,j)^t為用戶j的信道有效向量，n～cn(0,σ²ι)為高斯噪聲；接收信號y的第k個資源處接收到的信號yk表示為其中k＝1,2,...,k，j＝1,2,...,j。本發(fā)明在傳統(tǒng)串行策略多用戶檢測方法用戶節(jié)點更新順序的基礎上加以甄別與選擇，使其在迭代過程中能夠更加充分地利用已更新的節(jié)點消息，加快了迭代譯碼收斂速率；且用戶節(jié)點的更新順序只需在串行策略多用戶檢測方法前選擇一次，計算復雜度很低，因此本發(fā)明的計算復雜度與傳統(tǒng)串行策略多用戶檢測方法的計算復雜度近似相同。

利用matlab對背景技術的并行策略、串行策略和本發(fā)明實施例的改進的串行策略的scma通信系統(tǒng)多用戶檢測方法在awgn信道中的ber誤碼性能進行仿真對比分析，仿真結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，在相同的檢測性能的情況下，如ber＝1.0×10^-4，本發(fā)明2次迭代的ber性能相較于背景技術中傳統(tǒng)串行策略2次迭代的ber性能有2db的增益；其次，本發(fā)明2次迭代的ber性能近似于背景技術中并行策略6次迭代的性能；最后由于背景技術中串行策略與并行策略一次迭代的計算復雜度相同，而本發(fā)明僅僅在傳統(tǒng)串行策略的基礎上根據(jù)節(jié)點計數(shù)器來選取節(jié)點更新順序，計數(shù)器的計算復雜度相對于多用戶檢測方法的計算復雜度可忽略不計。因此，本發(fā)明采用2次迭代過程就可實現(xiàn)背景技術6次迭代的ber性能，大大降低系統(tǒng)的計算復雜度。