本發(fā)明涉及信息與通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，第五代移動通信技術(shù)的研發(fā)正在如火如荼地展開著，其具有低延遲、大連接及高收斂性的特點。為了解決上述的挑戰(zhàn)，稀疏編碼多址接入技術(shù)提供了一種非正交多址接入的方案。稀疏編碼多址接入技術(shù)可以看作是從稀疏碼分多址發(fā)展而來的。在稀疏編碼多址接入系統(tǒng)中，星座映射和擴頻的過程將融為一體，從而使已編碼的比特直接映射為多維碼字并且將這些碼字直接以一種稀疏的方式調(diào)制到正交的OFDM信道上。稀疏編碼多址系統(tǒng)的特點是可以以一種低復(fù)雜度的方式允許用戶的過載。

稀疏編碼多址接入技術(shù)雖然具有較低的復(fù)雜度，但是在實際的工程應(yīng)用當中，多用戶的解調(diào)所帶來的龐大的計算量仍然使得稀疏編碼多址接入技術(shù)在接收端的復(fù)雜度較高。所以，在稀疏編碼多址接入技術(shù)被提出來之后，很多的研究都集中在降低稀疏編碼多址接入解調(diào)端的復(fù)雜度。解調(diào)過程在數(shù)學(xué)理論上可以看作是尋找所有用戶發(fā)送符號的最大后驗概率。但是正如上文所述，其大量的計算阻礙實際工程當中的應(yīng)用。

為了解決這個問題，將以積和算法為基礎(chǔ)的信息傳遞算法應(yīng)用于稀疏編碼多址技術(shù)的解調(diào)端，從而減小了計算量。另外，還有一些改進的算法進一步減小稀疏編碼多址接入的解調(diào)端的計算量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為降低部分邊緣信息傳遞算法在稀疏編碼多址接入系統(tǒng)中的誤碼率，從而提供一種應(yīng)用于稀疏編碼多址接入系統(tǒng)解調(diào)過程中改進的部分邊緣信息傳遞方法。

應(yīng)用于稀疏編碼多址接入系統(tǒng)解調(diào)過程中改進的部分邊緣信息傳遞方法，它包括以下步驟：

步驟一、初始化步驟；

初始化的值包括：用戶節(jié)點的數(shù)目J；正交的物理信道的數(shù)目K；系統(tǒng)中用戶節(jié)點使用的碼本；用戶發(fā)送碼字的先驗概率；用戶節(jié)點向資源節(jié)點傳遞的初始信息；總的迭代次數(shù)I_T以及在m次迭代之后確定用戶發(fā)送碼字的數(shù)目t；I_T、m為正整數(shù)；

步驟二、迭代步驟；

步驟二一、當?shù)螖?shù)i＜m時，資源節(jié)點k會先向其所連接的用戶節(jié)點j傳遞信息，k＝1，...，K，j＝1，...，J；

所傳遞的信息為：

其中：表示資源節(jié)點k發(fā)送給用戶j的信息；表示碼字；η_k表示索引向量；[x_δ]表示用戶節(jié)點；表示在第i-1次循環(huán)中用戶節(jié)點δ向資源節(jié)點k更新的信息；表示i-1次循環(huán)中所有連接資源節(jié)點k的用戶節(jié)點向資源節(jié)點k更新的信息的乘積；

式中：σ²表示方差；y_k表示信道k所接收到的信號；；

然后，用戶節(jié)點j向其所連接的資源節(jié)點傳遞信息，所傳遞的信息為：

式中：δ表示用戶節(jié)點；normalize()表示歸一化；表示碼字為x的先驗概率；ε_j表示索引向量；

步驟B2、迭代次數(shù)i＝m時，首先計算在進行m次迭代之后，接收機對J個用戶節(jié)點發(fā)送碼字的估計：

式中：q_k表示所有q_ki所構(gòu)成的向量；q_k1表示用戶k的碼字為x₁時的信任度；m表示迭代次數(shù)；

按照如下定義的方法定義用戶節(jié)點k發(fā)送碼字的可靠程度，用R_k來表示：

令其中：表示被確定碼字的用戶的集合；R_θ表示R中前t個取值最大的元素，并且

對于節(jié)點用戶k，假如R_k∈R_θ，則確定該用戶節(jié)點所發(fā)送的碼字：

式中：q_s表示所有q_si所構(gòu)成的向量；表示被確定的碼字的集合；

否則，

式中：式中：x_s表示未被確定的碼字的用戶；表示未被確定碼字用戶的集合；

在進行完分組之后，用戶節(jié)點分為：

步驟B3、當?shù)螖?shù)m＜i＜I_T時，對于所有的進行如下方式的信息傳遞：

本發(fā)明具有以下特點和顯著進步：

1)、本發(fā)明的改進的部分邊緣信息傳遞方法的計算量與部分邊緣信息傳遞方法的計算量相似，與傳統(tǒng)的信息傳遞算法相比，這兩種算法在稀疏編碼多址接入系統(tǒng)當中的計算量有明顯的減小，解調(diào)的復(fù)雜度得以大幅度降低；

2)、本發(fā)明的改進的部分邊緣信息傳遞方法相對于部分邊緣信息傳遞方法在誤碼率方面有明顯的改善；

3)、本發(fā)明的改進的部分邊緣信息傳遞方法可以更有效地對發(fā)送端傳遞的信息進行迭代，從而獲得更可靠的碼字。

附圖說明

圖1是一種簡化的上行稀疏編碼多址接入模型示意圖；

圖2是對于傳統(tǒng)信息傳遞方法、部分邊緣信息傳遞方法以及改進的部分邊緣信息傳遞方法的計算量的比較示意圖；

圖3是當參數(shù)為t＝1時，部分邊緣信息傳遞方法以及改進的部分邊緣信息傳遞方法誤碼率的比較示意圖；

圖4是當參數(shù)為t＝1時，部分邊緣信息傳遞方法以及改進的部分邊緣信息傳遞方法誤碼率的比較示意圖；

圖5是信息傳遞方法、部分邊緣信息傳遞方法以及改進的部分邊緣信息傳遞方法收斂性的比較示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一、結(jié)合圖1至圖5說明本具體實施方式，應(yīng)用于稀疏編碼多址接入系統(tǒng)解調(diào)過程中改進的部分邊緣信息傳遞方法，本發(fā)明的思想為：在本發(fā)明所設(shè)計的系統(tǒng)中，接收機會對接收的信號進行迭代分析，在進行一定次數(shù)的迭代之后，根據(jù)迭代的可靠程度確定一定數(shù)目的用戶節(jié)點所發(fā)送的信息碼字，并對未確定的用戶節(jié)點進行額外數(shù)目的迭代，最終確定所有用戶發(fā)送的碼字。

圖1給出了稀疏編碼多址接入的固定上行鏈路的模型。J個用戶的信號將調(diào)制到K個正交的OFDM信道上。對于第J個用戶來說，log₂(|M|)個比特將按照自己的碼本映射為一個K維的碼字。需要注意到是，為了保持稀疏性，在K維碼字當中有N維是等于零的。用x_j＝[x_j1，x_j2，...，x_jk]^T來表示第j個用戶所發(fā)送的符號。并且令X＝[x₁，...，x_J]^T。

索引矩陣F可以用來描述稀疏編碼多址接入技術(shù)。該矩陣包含了J行K列，分別表示了用戶的數(shù)目和物理信道的數(shù)目。索引矩陣由0和1組成，f_j，k＝1為索引矩陣的第j行第k為1，表示了信號將會從用戶j發(fā)送到第k個信道。用d_vj(j＝1，...，J)和d_fk(k＝1，...，K)來表示第j列和第k行中1的數(shù)目。在本發(fā)明中，假設(shè)d_v1＝d_v2＝...＝d_vJ＝d_v，d_c1＝d_c2＝...＝d_cJ＝d_c。另外，索引向量可以表示為ε_j＝{k|F_k，j＝1}(j＝1，2，...，J)和η_k＝{k|F_k，j＝1}(k＝1，...，K)。

在接收端所接收到的信號可以表示為：

其中：h_j＝[h_j1，...，h_jk]表示第j個用戶的信道增益，diag(h_j)表示對角矩陣。

n＝[n₁，...，n_k]表示噪聲向量，其元素為服從零均值和方差σ²的獨立的隨機變量。

固定的上行鏈路使得h₁＝h₂＝...＝h_J。所以等式(1)可以進一步寫為

因子圖可以有索引矩陣F來刻畫，f_k，j＝1表示了在第j個用戶節(jié)點和第k個資源節(jié)點處有連線。傳統(tǒng)的信息傳遞算法的思想是迭代式地傳遞用戶節(jié)點到資源節(jié)點之間的信息。令和分別表示用戶j發(fā)送給資源節(jié)點k的信息和資源節(jié)點k發(fā)送給用戶j的信息。在第i次迭代中所傳遞的信息可以表示為：

從(3)和(4)中可以看出計算量主要集中在其復(fù)雜度為為了進一步減小計算量，部分邊緣信息傳遞算法將在第m次迭代的時候確定最后t個用戶的碼字。所以，在剩余的迭代中，只有前J-t個用戶進行信息的迭代。經(jīng)過最大迭代次數(shù)I_T之后，前J-t個用戶的碼字將會被最終確定。

部分邊緣信息傳遞算法使得稀疏編碼多址技術(shù)在接收端的計算量有了明顯的改善，但是當計算量減小的時候，誤碼率會有相應(yīng)的增加。其主要的原因是在第m次迭代的時候，t個用戶的選擇是隨機的，也就說，有的用戶在信息沒有充分迭代的情況下就確定了碼字，其結(jié)果就是降低了稀疏編碼多址在接收端的整體性能。

本發(fā)明所提出的改進的部分邊緣信息傳遞算法，將在第m次迭代后有目的地選擇t個用戶，使得信息迭代更充分的用戶先確定碼字。該算法在維持了和部分邊緣信息傳遞算法相似的計算量的情況下，進一步減小了誤碼率。改進的部分邊緣信息傳遞算法如下所示：

步驟A、初始化。初始化的值包括了用戶節(jié)點的數(shù)目J；正交的物理信道的數(shù)目K；系統(tǒng)中用戶節(jié)點使用的碼本；用戶發(fā)送碼字的先驗概率；用戶節(jié)點向資源節(jié)點傳遞的初始信息；總的迭代次數(shù)I_T以及在m次迭代之后確定用戶發(fā)送碼字的數(shù)目t。

步驟B、進行迭代。

步驟B1、當?shù)螖?shù)i＜m時，資源節(jié)點k(k＝1，...，K)會先向其所連接的用戶節(jié)點j(j＝1，...，J)傳遞信息，所傳遞的信息為

其中：

然后用戶節(jié)點j(j＝1，...，J)向其所連接的資源節(jié)點傳遞信息，所傳遞的信息為：

步驟B2、迭代次數(shù)i＝m時，對于，首先計算在進行m次迭代之后，接收機對J個用戶節(jié)點發(fā)送碼字的估計：

按照如下定義的方法定義用戶節(jié)點k發(fā)送碼字的可靠程度，用R_k來表示：

令其中R_θ表示了R中前t個取值最大的元素，并且對于節(jié)點用戶k，假如R_k∈R_θ，則確定該用戶節(jié)點所發(fā)送的碼字：

否則，

在進行完分組之后，用戶節(jié)點可以分為：

步驟B3、當?shù)螖?shù)m＜i＜I_T時，對于所有的進行如下方式的信息傳遞：

步驟C、當m＝I_T時，利用如下規(guī)則確定剩余的用戶所發(fā)送的碼字

由于傳統(tǒng)的信息傳遞算法、部分邊緣信息傳算法以及本發(fā)明所提的改進的部分邊緣信息傳遞算法的計算量的差異僅僅存在于迭代過程中，所以這里給出在迭代過程中的計算量的解析表達式。

對于傳統(tǒng)的信息傳遞算法，乘法(Mul)和加法(Add)在迭代過程中的計算量

對于部分邊緣信息傳遞算法，當t＝1時的計算量

在計算t＝2時部分邊緣信息傳遞算法的計算量時，為計算方便，假定兩個個用戶節(jié)點連接不同的資源節(jié)點，所以：

從算法上相比較，部分邊緣信息傳遞算法和改進的算法的計算量只在第m次迭代中有差別，其并不能導(dǎo)致計算量有實質(zhì)上的增加，所以可以改進算法的計算量近似為部分邊緣信息傳遞算法。

圖2所示的為三種算法的計算量?？梢钥闯?，當m越小，t越大時，部分邊緣信息傳遞算法和本發(fā)明中所提出的改進算法的計算量相對于傳統(tǒng)的信息傳遞算法的計算量越小。當m＝2，t＝2時，部分邊緣信息傳遞算法和本發(fā)明中所提出的改進算法所需要的乘法和加法僅僅為傳統(tǒng)信息傳遞算法的一半，這將大大減少稀疏編碼多址接入接收機的計算量，從而使該技術(shù)更易應(yīng)用到實際工程當中。

圖3以及圖4給出的是在m＝2和m＝3的情況下，t取不同的值的時候的誤碼率曲線。從兩圖中可以看出，當m＝2時，改進的部分邊緣信息傳遞算法的誤碼率相對于部分邊緣信息傳遞算法的誤碼率有明顯的改善，當m＝3時，改進的部分邊緣信息傳遞算法的誤碼率相對于部分邊緣信息傳遞算法的誤碼率更佳接近于傳統(tǒng)的信息傳遞算法的誤碼率曲線。另外，由圖3-1可以看出，m＝2，t＝1時改進的部分邊緣信息傳遞算法的誤碼率曲線和m＝3，t＝1時部分邊緣信息傳遞算法的誤碼率曲線幾乎相同，這說明了改進的部分邊緣信息傳遞算法的誤碼率只需要更小的計算量就能夠達到和部分邊緣信息傳遞算法的誤碼率相近的性能。

本發(fā)明具有以下特點和顯著進步：

1)、改進的部分邊緣信息傳遞算法的計算量與部分邊緣信息傳遞算法的計算量相似，與傳統(tǒng)的信息傳遞算法相比，這兩種算法在稀疏編碼多址接入系統(tǒng)當中的計算量有明顯的減??；

2)、改進的部分邊緣信息傳遞算法相對于部分邊緣信息傳遞算法在誤碼率方面有明顯的改善；

3)、改進的部分邊緣信息傳遞算法可以更有效地對發(fā)送端傳遞的信息進行迭代，從而獲得更可靠的碼字。