本發(fā)明屬于數(shù)字通信領(lǐng)域，涉及一種scma(sparsecodemultipleaccess，稀疏編碼多址接入)碼本盲估計方法，特別涉及在scma接入的過程中對碼本使用情況的估計方法。

背景技術(shù)：

scma是一種基于擴頻編碼的新型多址接入技術(shù)，它結(jié)合了低密度編碼(lds，lowdensitysignature)和多維星座圖調(diào)制，通過選擇不同的碼本，使不同的用戶可以在非正交情況下進(jìn)行接入。在同樣的資源條件下，scma技術(shù)可以支持更多的用戶連接，甚至超過傳統(tǒng)cdma技術(shù)的擴頻比，因此在需要海量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中有很好的前景。

目前在文獻(xiàn)中對scma技術(shù)的研究大多假設(shè)接收端對ue(userequipment，用戶設(shè)備)碼本的分布情況已知，然后利用次優(yōu)的mpa(messagepassingalgorithm，消息傳遞算法)對用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。如果對ue的碼本分布未知，則必須使用結(jié)合了碼本探測的jmpa(聯(lián)合mpa)算法，這不僅增加了mpa算法的復(fù)雜度，而且無法對多個ue選擇了同樣碼本的情況進(jìn)行處理。

在實際的系統(tǒng)中，ue的個數(shù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的時間都是未知的，因此在scma解調(diào)的過程中，有哪些碼本被使用，是否有多個ue選擇了同一個碼本，這些信息都要在解調(diào)的過程中進(jìn)行估計。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供了一種scma方案中在上行信道對ue的碼本使用情況進(jìn)行探測的盲估計方法。本方法需要ue在發(fā)送自己的數(shù)據(jù)之前，先發(fā)送一小段確定信息作為前導(dǎo)碼。前導(dǎo)碼的設(shè)計并沒有特殊的要求，可以使用任意的比特流作為前導(dǎo)碼。如果發(fā)送端選擇的調(diào)制方式不是恒包絡(luò)，可以在設(shè)計前導(dǎo)碼時盡量選擇能量大的星座點。

接收端利用前導(dǎo)碼信息使用mpa算法對ue的碼本使用情況進(jìn)行估計，即估計出每一個碼本是否有用戶使用，使用這個碼本的用戶數(shù)是多少。碼本的估計信息可以對后續(xù)的解碼過程進(jìn)行簡化，在不降低解碼性能的情況下減少解碼算法的計算量，但后續(xù)的解碼方案不是本發(fā)明的核心內(nèi)容。本方法對碼本進(jìn)行估計的結(jié)果，可以對不同的用戶采用同樣碼本的情況進(jìn)行檢測，盡早的發(fā)現(xiàn)碼本沖突，并對后續(xù)的解碼提供依據(jù)，但如何使用本發(fā)明的估計結(jié)果不是本發(fā)明的核心內(nèi)容。

scma技術(shù)作為5g通信的一個備選方案，主要的應(yīng)用場景是移動通信，本發(fā)明后續(xù)的示例和說明在不特別指出的前提下都是在lte協(xié)議的框架下進(jìn)行。在移動通信的隨機接入過程中，由于基站對ue的情況都是未知的，可以使用本發(fā)明提出的碼本盲估計方法對ue的碼本使用情況進(jìn)行估計。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

1.在發(fā)送端，每個ue都需要首先根據(jù)下行信道的參考信號獲得上行的同步，當(dāng)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，在協(xié)議規(guī)定的固定時頻資源塊首先發(fā)送前述的前導(dǎo)碼，然后再發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。發(fā)送的前導(dǎo)碼內(nèi)容可以是任意已知序列，序列長度最短為一個符號的長度，前導(dǎo)碼序列的長度根據(jù)對估計準(zhǔn)確率的需求決定。

2.在接收端，由于隨機接入的特性，接收機在指定的時頻資源塊可能會收到多個ue發(fā)送前導(dǎo)碼的疊加，對于每個接收到的符號都可以利用mpa算法對ue碼本的分布情況進(jìn)行估計，具體的算法細(xì)節(jié)將在后面詳細(xì)說明。

3.如果ue前導(dǎo)碼的長度為一個符號，根據(jù)步驟2，每個接收符號都可以估計出一個碼本分布情況的置信度的值，當(dāng)前導(dǎo)碼的長度為多個符號時，可以將多個估計結(jié)果進(jìn)行疊加，來提高碼本估計的準(zhǔn)確度。

所述步驟2中，假定所有ue到接收端的信道都是awgn信道，ue可以根據(jù)下行信道的參考信號調(diào)整發(fā)射功率，以保證各ue發(fā)送的信號到達(dá)接收機的信號功率大致相等。

所述步驟2中，mpa算法可以根據(jù)實際ue部署情況，調(diào)整碼本的估計范圍。例如可以限定每個碼本最多會有2個ue選擇，最少是沒有ue選擇。

本發(fā)明提出的scma碼本分布情況估計算法將scma的解調(diào)分成了兩個部分：碼本估計和碼字解調(diào)。本發(fā)明主要涉及碼本估計的部分，單獨對碼本使用情況進(jìn)行估計是以降低頻譜效率的代價獲得了解碼算法的簡化，并可以從一定程度上降低由于碼本沖突而導(dǎo)致的誤碼率上升。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果為：

1.提出了一種新的碼本適用情況估計算法。

2.在存在碼本沖突的情況下，可以將未沖突部分的用戶數(shù)據(jù)成功解碼。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實例使用的scma方案的因子圖；

圖3是本發(fā)明實例使用的星座圖；

(a)為0號星座圖，(b)為1號星座圖，(c)為2號星座圖；

圖4是本發(fā)明實例不同碼本選擇星座圖的情況圖；

圖5是前導(dǎo)碼長度和估計準(zhǔn)確率的關(guān)系圖。

具體實施方式

本發(fā)明的流程如圖1所示，下面將結(jié)合一個實例，對本發(fā)明所描述的估計算法進(jìn)行清楚、完整的描述。可以理解的是，所描述的實例僅僅是本發(fā)明的一部分實例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本實例的預(yù)設(shè)條件如下：

1.scma的資源映射情況可以使用因子圖來表示。如圖2所示，一共有6個碼本，占用4個資源塊。圖2是一個因子圖，碼本(圓形節(jié)點)是變量節(jié)點，資源塊(方形節(jié)點)是函數(shù)節(jié)點。碼本節(jié)點和資源塊之間包含連線表示這個碼本將占用這個資源塊發(fā)送數(shù)據(jù)。圖2表示的因子圖每個碼本都在2個資源塊上發(fā)送數(shù)據(jù)，而每個資源塊都包含3個碼本的數(shù)據(jù)疊加。

2.ue使用qpsk方案對發(fā)送的前導(dǎo)碼進(jìn)行調(diào)制，一個符號包含兩個二進(jìn)制位，在沒有碼本沖突的情況下，根據(jù)因子圖的結(jié)構(gòu)，每個資源塊最多有3個qpsk符號的疊加。

3.假定最多有2個用戶選擇同樣的碼本

上面所述條件1中，每個scma的解碼單元是4個接收符號，在沒有碼本沖突的情況下最多對應(yīng)6個用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)。

上面所述條件2中，ue使用的星座圖會進(jìn)行適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)，使得在資源塊上疊加的qpsk符號的旋轉(zhuǎn)角度各不相同。圖3是本實例中使用的3個星座圖，1號和2號星座圖分別對0號星座圖旋轉(zhuǎn)了π/6和π/3。圖4表示了每個碼本在編碼時選擇的星座圖情況。碼本節(jié)點上面的兩個數(shù)字表明了這個碼本在不同資源塊上使用的星座圖序號，而資源節(jié)點下面的數(shù)字是在這個節(jié)點上可能疊加的三個符號所使用的星座圖序號。圖中序號的順序和資源節(jié)點及碼本節(jié)點的排列順序相同。

現(xiàn)根據(jù)接收符號和因子圖，將具體的碼本估計mpa算法描述如下：

1.6個碼本節(jié)點對應(yīng)6個變量節(jié)點，4個接收符號對應(yīng)4個函數(shù)節(jié)點。

2.初始的置信度向量假定所有的碼本選擇都是等概率的，即對于每個碼本，都可能有三種情況：沒有ue選擇；有1個ue選擇；有2個ue選擇。初始情況每種情況的概率都是1/3。

3.由函數(shù)節(jié)點發(fā)送到變量節(jié)點的消息如下面的公式表示

在因子圖中傳遞的消息沿因子圖的邊雙向傳遞，傳遞的內(nèi)容是變量節(jié)點不同取值的概率。對于本實例中的情況，這個概率是一個3維的向量分別代表這個變量節(jié)點(即對應(yīng)的碼本)沒有ue選擇、有1個ue選擇和有2個ue選擇的概率。公式中的腳標(biāo)k表示對應(yīng)第k個變量節(jié)點，腳標(biāo)n代表第n個函數(shù)節(jié)點。

上面公式中代表對于第k個變量節(jié)點vk(即第k個碼本)，在第l次迭代的時候有i個ue選擇了這個碼本的概率。這個概率是由第n個函數(shù)節(jié)點fn發(fā)送到第k個變量節(jié)點vk的消息，它根據(jù)從除了vk的其它連接到函數(shù)節(jié)點fn的變量節(jié)點vj發(fā)送過來的消息計算得來。計算方法就是公式等號右邊的部分，它根據(jù)全概公式計算了在n節(jié)點上k變量的值為qki的時候，其它節(jié)點的全部可能情況的概率疊加。其中代表函數(shù)節(jié)點fn上接收到的符號rn與每種情況所發(fā)的數(shù)據(jù)矢量(用表示)之間的歐幾里德距離。乘法部分要對所有的連接到這個函數(shù)節(jié)點fn的其他變量節(jié)點vj進(jìn)行遍歷，而求和部分要對所有這些節(jié)點的取值情況(即碼本選擇情況)的組合進(jìn)行遍歷。

如果在對數(shù)域進(jìn)行計算，并利用jacobian公式log(e^a+e^b)≈max(a,b)，就可以把上面的公式簡化為：

4.由變量節(jié)點發(fā)送到函數(shù)節(jié)點的消息如下面的公式表示

與步驟3類似，從變量節(jié)點發(fā)送到函數(shù)節(jié)點的消息同樣是變量節(jié)點的取值概率向量。它匯總了其他函數(shù)節(jié)點發(fā)送過來的消息(即概率)，但由于分別是獨立事件，因此最終結(jié)果由這些概率相乘獲得。同樣如果在對數(shù)域進(jìn)行計算，乘法可以簡化為加法：

5.迭代過程重復(fù)步驟3和步驟4的內(nèi)容，直到達(dá)到約定的最高迭代次數(shù)。

6.最后根據(jù)變量節(jié)點上收到的消息獲得最終的取值概率值，選取概率值最大的用戶數(shù)作為本算法的結(jié)果輸出。最后得到的結(jié)果是一個6維矢量，每個元素代表了在各個碼本上包含的用戶數(shù)目。

圖5為通過仿真獲得的性能曲線。仿真的條件是根據(jù)圖1的因子圖，假定有7個用戶同時發(fā)送數(shù)據(jù)，其中一個碼本有2個ue選擇，其余碼本都只有1個ue選擇，仿真結(jié)果中的三條曲線分布代表了前導(dǎo)碼長度為2個、4個和6個比特長度的時候在不同信噪比條件下的檢測錯誤概率。仿真時使用的mpa算法采用了對數(shù)域進(jìn)行計算，最高的迭代次數(shù)設(shè)定為5。采用對數(shù)域方法獲得的錯誤概率略高于非對數(shù)域的方法，但仿真速度有顯著的提高。

以上通過實施例描述了本發(fā)明所提供的一種scma系統(tǒng)中的上行信道對碼本使用情況的估計方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)的范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明做一定的變形或修改；其制備方法也不限于實施例中所公開的內(nèi)容。