本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種scma系統(tǒng)中并行多用戶檢測方法。

背景技術(shù)：

正交多址技術(shù)(如4g中使用的ofdma)遠(yuǎn)不能滿足5g所要求的巨連接、更高的頻譜效率和更低的時延。稀疏碼多址接入(sparsecodemultipleaccess,scma)方案作為一種基于多維碼本的非正交多址技術(shù)，能夠支持遠(yuǎn)多于所占用正交時頻資源數(shù)的用戶連接數(shù)。有文獻(xiàn)比較了scma、多用戶共享接入(multi-usersharedaccess,musa)和圖樣分割多址(patterndivisionmultipleaccess,pdma)這三種典型的非正交多址技術(shù)(non-orthogonalmultipleaccess,noma)在典型瑞利衰落信道中的誤比特率(biterrorrate,ber)性能，并得出scma的ber性能在這三種noma技術(shù)中最好。還有文獻(xiàn)給出了scma方案在5g機(jī)器類型通信(machinetypecommunications,mtc)、移動寬帶(mobilebroadband,mbb)和超密集網(wǎng)絡(luò)(ultra-densenetworks,udn)這三個應(yīng)用場景的具體傳輸策略，表明scma方案能夠有效解決現(xiàn)存無線通信系統(tǒng)的主要問題，在5g候選方案中極具競爭力。

在現(xiàn)有技術(shù)方案中，得益于scma碼本的稀疏性，scma系統(tǒng)接收端可以采用基于消息傳遞算法(messagepassingalgorithm,mpa)的多用戶檢測算法，獲得近似最優(yōu)最大后驗概率(maximumaposterior,map)檢測的誤碼性能。但檢測復(fù)雜度仍然過高，不適合在硬件設(shè)備上實現(xiàn)。對scma低復(fù)雜度多用戶檢測方法的研究仍然是scma系統(tǒng)研究的主要工作之一。有文獻(xiàn)提出了基于部分邊緣化(partialmarginalization,pm)的固定復(fù)雜度scma多用戶檢測算法。該算法在第m次迭代中選擇t個用戶碼字，并將這t個用戶碼字反饋到參考碼字向量的相應(yīng)位置上。這t個用戶碼字在之后的迭代過程中將不再進(jìn)行更新運算。還有文獻(xiàn)在碼字可信度的基礎(chǔ)上提出了一種基于門限的mpa算法。該算法在每次迭代中計算所有未提前判決用戶的碼字可信度，并且判斷是否存在碼字可信度符合門限條件的用戶，如果存在，則將該用戶提前解碼。被提前解碼的用戶所對應(yīng)的消息在后續(xù)的迭代過程中不再進(jìn)行更新，從而起到降低檢測復(fù)雜度的作用。

上述現(xiàn)有scma系統(tǒng)中的并行多用戶檢測技術(shù)的缺點主要表現(xiàn)在：檢測復(fù)雜度過高，不適合在硬件設(shè)備上實現(xiàn)。如：原始mpa檢測算法；雖然檢測復(fù)雜度大大降低，但是ber性能下降嚴(yán)重，如：基于部分邊緣化的固定復(fù)雜度scma多用戶檢測算法和現(xiàn)有基于門限的mpa算法，其中，現(xiàn)有基于門限的mpa算法的誤碼性能下降在低門限時尤其嚴(yán)重。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供了一種scma系統(tǒng)中并行多用戶檢測方法，以實現(xiàn)在檢測復(fù)雜度和ber性能中取得更好的平衡。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種scma系統(tǒng)中并行多用戶檢測方法，包括：

在scma系統(tǒng)的并行迭代譯碼中，根據(jù)用戶節(jié)點的碼字可信度向量判斷所述用戶節(jié)點是否穩(wěn)定；

當(dāng)判斷所述用戶節(jié)點穩(wěn)定后，對所述用戶節(jié)點所對應(yīng)的用戶進(jìn)行門限條件的判決。

優(yōu)選地，所述的在scma系統(tǒng)的并行迭代譯碼中，根據(jù)用戶節(jié)點的碼字可信度向量判斷所述用戶節(jié)點是否穩(wěn)定，包括：

在scma并行迭代譯碼中，如果scma因子圖中某用戶節(jié)點uj在第i次迭代和第i-1次迭代中，碼字可信度向量中最大元素所在的位置不同；

即

則判斷所述用戶節(jié)點uj是不穩(wěn)定的；

如果

則判斷所述用戶節(jié)點uj是穩(wěn)定的。

優(yōu)選地，所述的當(dāng)判斷所述用戶節(jié)點穩(wěn)定后，對所述用戶節(jié)點所對應(yīng)的用戶進(jìn)行門限條件的判決，包括：

針對scma系統(tǒng)中的用戶節(jié)點提出存儲穩(wěn)定的用戶節(jié)點所對應(yīng)用戶的可信集φ和存儲不穩(wěn)定的用戶節(jié)點所對應(yīng)用戶的不可信集ψ，初始設(shè)定所有的用戶節(jié)點都是不穩(wěn)定的，即所有用戶都位于不可信集ψ中；

當(dāng)判斷所述用戶節(jié)點穩(wěn)定后，按照下面的處理過程對所述用戶進(jìn)行門限條件的判決：

首先計算在第i次迭代時所獲得的用戶j所有m個碼字的后驗概率近似值，并構(gòu)成用戶j在第i次迭代時的碼字可信度向量；

qⁱ(χj)＝[qⁱ(χj,1),qⁱ(χj,2),…,qⁱ(χj,m)]，其中，向量qⁱ(χj)的第m個元素qⁱ(χj,m)為mpa算法在第i次迭代時所得到的用戶j第m個碼字的后驗概率近似值，其可由下式獲得，

其中，χj,m表示用戶j所對應(yīng)碼本χj中的第m個碼字，并構(gòu)成qⁱ(χj),j∈ψ

然后將每個用戶j∈ψ在第i次迭代時的碼字可信度qⁱ(χj)中的元素按降序排序：

[pj1,pj2,...,pjm]＝sort(qⁱ(χj),'descend'),j∈ψ

最后對每個用戶j∈ψ，判定碼字可信度是否符合門限條件：

pj1/pj2＞th,j∈ψ

如果符合門限條件，則提前解碼該用戶，并將該用戶的發(fā)送碼字xj判決為：

之后迭代不更新該用戶，并將該用戶從不可信集ψ中移動到可信集φ中；

如果不符合門限條件，則所述用戶節(jié)點所對應(yīng)的用戶不能提前判決，需進(jìn)入下一次迭代過程，直至符合提前判決的條件被提前判決或在達(dá)到最大迭代次數(shù)時進(jìn)行判決。

優(yōu)選地，所述的方法還包括：

當(dāng)判斷所述用戶節(jié)點不穩(wěn)定后，將所述用戶節(jié)點所對應(yīng)的用戶繼續(xù)留在不可信集ψ，該所述用戶不能提前判決，所述用戶進(jìn)入下一次迭代過程。

由上述本發(fā)明的實施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例針對scma系統(tǒng)中并行多用戶檢測提出了一種改進(jìn)的基于門限的mpa方法，該方法在現(xiàn)有基于門限的mpa算法基礎(chǔ)上，增加了對用戶節(jié)點穩(wěn)定性的判決，只有符合門限條件并通過用戶節(jié)點穩(wěn)定性判決的用戶才能被提前譯碼。這樣就提高了門限mpa算法提前判決碼字的可靠性，可在低門限情況下使消息的并行迭代更加充分，從而獲得良好的ber性能。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種scma系統(tǒng)中多用戶檢測方法的處理流程圖。

具體實施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關(guān)聯(lián)的列出項的任一單元和全部組合。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

為便于對本發(fā)明實施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個具體實施例為例做進(jìn)一步的解釋說明，且各個實施例并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。

本發(fā)明實施例所提出的算法能夠在檢測復(fù)雜度和ber性能中取得很好的平衡。在檢測復(fù)雜度大大降低的情況下，保持良好的ber性能。

為提高基于門限的mpa算法在低門限時的誤碼性能，同時保留其利用門限條件降低算法復(fù)雜度的優(yōu)點，本發(fā)明實施例提出了一種改進(jìn)的基于門限scma多用戶檢測方法。所提出的方法在現(xiàn)存基于門限的mpa算法基礎(chǔ)上，增加了對用戶節(jié)點穩(wěn)定性的判決，只有符合門限條件并通過用戶節(jié)點穩(wěn)定性判決的用戶才能被提前譯碼。這樣就提高了門限mpa算法提前判決碼字的可靠性，可在低門限情況下使消息的并行迭代更加充分，從而獲得良好的ber性能。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種scma系統(tǒng)中并行多用戶檢測方法的處理流程圖，具體處理過程如下：

為方便描述用戶節(jié)點穩(wěn)定性的判決對scma系統(tǒng)誤碼性能的作用，本發(fā)明實施例首先給出“用戶節(jié)點不穩(wěn)定性”的定義：在scma并行迭代譯碼中，如果scma因子圖中某用戶節(jié)點uj在第i次迭代和第i-1次迭代中，碼字可信度向量中最大元素所在的位置不同：

即

其中，表示使括號內(nèi)的表達(dá)式取最大值時，參數(shù)m的取值，其中參數(shù)m的取值范圍是1到m的整數(shù)。則判斷用戶節(jié)點uj是不穩(wěn)定的。

如果

則判斷所述用戶節(jié)點uj是穩(wěn)定的。

顯然，如果在臨近的兩次迭代中，某用戶j的碼字可信度向量中最大元素所在的位置不同，那么，在對應(yīng)的scma因子圖中，該用戶節(jié)點uj所在的這部分子圖必然還沒有收斂，mpa算法還需要更多的迭代來使這部分子圖收斂?，F(xiàn)存基于門限的mpa算法只依靠門限條件就提前判決，而沒有考慮到這種用戶節(jié)點的不穩(wěn)定性，使得提前判決發(fā)生錯誤的概率大大增加。

mpa算法是一種自適應(yīng)算法。在有環(huán)因子圖中，用戶節(jié)點uj和資源節(jié)點ck的外信息會在因子圖中傳播并影響其他用戶節(jié)點的判決。因此，提前判決那些不穩(wěn)定的用戶節(jié)點而導(dǎo)致的錯誤，會在之后的迭代過程中傳播開來，進(jìn)而會對其他用戶節(jié)點的判決產(chǎn)生不利影響，甚至?xí)⒈灸軌蛘_判決的碼字判決錯誤。此外，由于門限mpa算法是提前判決，那些已經(jīng)判決錯誤的碼字無法更改，這些都會對scma系統(tǒng)的ber性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。所以提高提前判決碼字的可靠性對進(jìn)一步提高scma系統(tǒng)的ber性能是十分重要的?；谶@種考慮，本發(fā)明實施例所提出的算法通過增加對用戶節(jié)點穩(wěn)定性的判決，可減少那些因偶然性在消息迭代不充分時，某些用戶的碼字可信度就滿足門限條件而導(dǎo)致提前判決情況的發(fā)生，從而提高了提前判決碼字的可靠性。當(dāng)門限設(shè)置較低時，門限mpa算法中的門限條件很容易達(dá)到，也就很容易出現(xiàn)提前判決的情況。這時，對用戶節(jié)點穩(wěn)定性的判決對改進(jìn)門限mpa算法尤為重要，可顯著提高門限mpa算法的性能。

為了表述方便，本發(fā)明實施例提出可信集φ和不可信集ψ的概念，但在所提出的算法中，只有既符合門限條件又通過用戶節(jié)點穩(wěn)定性判決的用戶才屬于可信集φ。所提出的算法在初始化時，假定所有的用戶節(jié)點都是不穩(wěn)定的，并將每次迭代過程分為兩部分，即消息更新環(huán)節(jié)和校驗環(huán)節(jié)。消息更新環(huán)節(jié)和原始mpa算法的消息更新過程一致，消息更新環(huán)節(jié)之后是控制碼字提前判決的校驗環(huán)節(jié)。

第i次迭代的校驗環(huán)節(jié)具體為：

第1步，首先判定不可信集ψ中每個用戶所對應(yīng)用戶節(jié)點的穩(wěn)定性。對于不可信集ψ中的用戶j，只有當(dāng)次迭代和前一次迭代碼字可信度向量中最大元素所在的位置相同時，才認(rèn)為用戶j通過了用戶節(jié)點穩(wěn)定性判決。只有通過用戶節(jié)點穩(wěn)定性判決的用戶才能進(jìn)入校驗過程的第2步，否則直接進(jìn)入下一次迭代過程。

第2步，按照式式[pj1,pj2,...,pjm]＝sort(qⁱ(χj),'descend'),j∈ψ和式pj1/pj2＞th,j∈ψ對通過用戶節(jié)點穩(wěn)定性判決的用戶進(jìn)行門限條件的判決。

第3步，當(dāng)某用戶j^*不僅通過用戶節(jié)點穩(wěn)定性判決，其碼字可信度也符合門限條件時，則認(rèn)為用戶j^*中所對應(yīng)碼字已經(jīng)足夠可靠，符合提前判決的條件。將用戶j^*所發(fā)送的碼字提前判決為所對應(yīng)碼字，并將用戶j^*放入可信集φ中。

上述第2步中的具體處理過程如下：

首先計算在第i次迭代時所獲得的用戶節(jié)點j所有m個碼字的后驗概率近似值，并構(gòu)成用戶節(jié)點j在第i次迭代時的碼字可信度向量；qⁱ(χj)＝[qⁱ(χj,1),qⁱ(χj,2),…,qⁱ(χj,m)]，其中，向量qⁱ(χj)的第m個元素qⁱ(χj,m)為mpa算法在第i次迭代時所得到的用戶j第m個碼字的后驗概率近似值，其可由下式獲得，

其中，χj,m表示用戶節(jié)點j所對應(yīng)碼本χj中的第m個碼字，并構(gòu)成qⁱ(χj),j∈ψ

然后將每個用戶j∈ψ在第i次迭代時的碼字可信度qⁱ(χj)中的元素按降序排序：

[pj1,pj2,...,pjm]＝sort(qⁱ(χj),'descend'),j∈ψ

最后對每個用戶j∈ψ，判定碼字可信度是否符合門限條件：

pj1/pj2＞th,j∈ψ

如果符合門限條件，則提前解碼該用戶，該用戶的發(fā)送碼字xj判決為：

之后迭代不更新該用戶，并將該用戶從不可信集ψ中移動到可信集φ中；

如果不符合門限條件，則所述用戶節(jié)點所對應(yīng)的用戶不能提前判決，需進(jìn)入下一次迭代過程，直至符合提前判決的條件被提前判決或在達(dá)到最大迭代次數(shù)時進(jìn)行判決。

本發(fā)明實施例所提算法在所有用戶碼字都提前判決或者達(dá)到最大迭代次數(shù)時終止。

可見，所提出的算法將門限條件和用戶節(jié)點穩(wěn)定性判決這兩種判決結(jié)合起來，提高了基于門限的mpa算法提前判決碼字的可靠性。此外，在本發(fā)明實施例所提算法的校驗環(huán)節(jié)中，由于用戶節(jié)點穩(wěn)定性判決只需要少量的比較運算，因此相比于門限mpa算法計算復(fù)雜度增加的并不多。本發(fā)明實施例所提算法的詳細(xì)過程如表1所示。

表1改進(jìn)的基于門限算法

上面的步驟(15)、(16)和(17)的意思是如果所有用戶都提前判決完畢，則不需要迭代到最大迭代次數(shù)。直接停止迭代。上面的步驟(20)、(21)的意思是如果有用戶在算法迭代到最大迭代次數(shù)仍達(dá)不到提前判決的條件，則最大迭代次數(shù)時進(jìn)行判決。

所提算法的復(fù)雜度分析

基于門限的mpa算法在原始mpa算法基礎(chǔ)上增加了利用門限值來控制碼字提前判決的校驗環(huán)節(jié)，本發(fā)明實施例所提方法在基于門限的mpa算法基礎(chǔ)上，在校驗過程中又增加了用戶節(jié)點穩(wěn)定性判決的環(huán)節(jié)。但上述基于門限的mpa算法的校驗環(huán)節(jié)所增加的額外運算量與迭代時消息更新過程的運算量相比微乎其微。因此，比較不同算法的復(fù)雜度只需要比較不同算法在迭代過程中消息更新環(huán)節(jié)的運算量即可。對于每個需要消息更新的用戶來說，本發(fā)明實施例涉及到的所有計算都沒有破壞該用戶在每次迭代過程中的消息更新環(huán)節(jié)。因此，本發(fā)明實施例以消息更新過程中所需乘法運算的數(shù)目為標(biāo)準(zhǔn)來比較不同算法的復(fù)雜度。原始并行mpa算法所需的乘法個數(shù)為：

nmul-original＝imaxkdrm(2dr+1)+imaxjdcm(dc-2)

其中，dr和dc分別表示因子圖矩陣f的行重和列重。k表示scma系統(tǒng)占用的資源數(shù)，m為用戶碼本的大小。j為scma系統(tǒng)所承載的用戶數(shù)。imax為最大迭代次數(shù)。

scma多用戶檢測算法的復(fù)雜度主要體現(xiàn)在迭代時消息更新過程的大量運算上。如果可以減少迭代中消息更新過程的次數(shù)，則可以大幅降低scma多用戶檢測算法的復(fù)雜度。與基于門限的mpa算法相似，當(dāng)某些用戶在迭代過程中被提前判決時，這些用戶所對應(yīng)的消息在后續(xù)的迭代過程中就不需要再進(jìn)行更新，所提出算法的復(fù)雜度就會比原始并行mpa算法低。顯然，最大迭代次數(shù)imax和門限值th這兩個參數(shù)都會影響本發(fā)明實施例所提算法的復(fù)雜度。與基于門限的mpa算法相似，由于噪聲的隨機(jī)性，本發(fā)明實施例并不能給出所提方法復(fù)雜度的具體表達(dá)式。直觀地，本發(fā)明實施例所提算法在門限mpa算法的基礎(chǔ)上增加了用戶節(jié)點穩(wěn)定性的判決，解決了基于門限的mpa算法在提前判決用戶碼字時可能出現(xiàn)的用戶節(jié)點不穩(wěn)定問題，但也會導(dǎo)致在相同門限值設(shè)定下，本發(fā)明實施例所提算法在總體上需要更多的迭代過程才能夠?qū)⒂脩舸a字提前判決，所以復(fù)雜度會比門限mpa算法的略高。

綜上所述，本發(fā)明實施例針對scma系統(tǒng)中多用戶檢測提出了一種改進(jìn)的基于門限的mpa算法，該算法在現(xiàn)存基于門限的mpa算法基礎(chǔ)上，增加了對用戶節(jié)點穩(wěn)定性的判決，只有符合門限條件并通過用戶節(jié)點穩(wěn)定性判決的用戶才能被提前譯碼。這樣就提高了基于門限的mpa算法提前判決碼字的可靠性，可在低門限情況下使消息的迭代更加充分，從而獲得良好的ber性能。

本發(fā)明實施例的算法能夠在檢測復(fù)雜度和ber性能中取得更好的平衡，在檢測復(fù)雜度顯著降低的情況下，保持良好的ber性能。所提出的改進(jìn)算法將基于門限的mpa算法提前判決碼字的可靠性進(jìn)一步提高，能夠很好地解決現(xiàn)有基于門限的mpa算法存在的低門限時誤碼性能下降嚴(yán)重問題，且門限值設(shè)定越低效果就越明顯。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：附圖只是一個實施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實施本發(fā)明所必須的。

通過以上的實施方式的描述可知，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實現(xiàn)?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機(jī)軟件產(chǎn)品可以存儲在存儲介質(zhì)中，如rom/ram、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機(jī)設(shè)備(可以是個人計算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。

本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于裝置或系統(tǒng)實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述得比較簡單，相關(guān)之處參見方法實施例的部分說明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可以理解并實施。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。