[發明專利]一種基于稀疏碼多址接入的全雙工中繼系統的構建方法

有效

• 申請號: 201511007943.8
• 申請日: 2015-12-28
• 公開（公告）號: CN105610560B
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 韓帥;郭誠;孟維曉;吳少川;張中兆
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H04L5/00
• 分類號: H04L5/00;H04L5/14;H04B7/155;H04B1/7103;H04B1/7107
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

1.一種基于稀疏碼多址接入的全雙工中繼系統的構建方法，其特征在于，所述的基于稀疏碼多址接入的全雙工中繼系統的構建方法是按照以下步驟實現的：

步驟一、采用稀疏碼多址接入的方式，用戶A_J將信息進行編碼后發送到中繼站；

步驟二、中繼站采用全雙工方式收發信息，并對自反饋干擾進行干擾消除，再將信息轉發給用戶B_J；

步驟三、用戶B_J接收到中繼站轉發的信號后進行相應的解碼，得到用戶A_J發送的信息；

所述的步驟一采用稀疏碼多址接入的方式，用戶A_J將信息進行編碼后發送到中繼站按照以下步驟實現：

步驟一一、設稀疏碼多址接入系統SCMA具有J個用戶，其中J≥1；每個用戶分別發送信息，發送的信息比特序列進行前向糾錯編碼FEC，再進行交織；

稀疏碼多址接入SCMA系統用戶發射機的結構中所有符號通過上標區分不同的用戶，通過下標區分向量中的元素；對于稀疏碼多址接入系統中的第j個用戶，發送的信息比特序列為其中0≤j≤J-1，且N為幀長；對信息比特序列進行前向糾錯編碼，即通過增加冗余信息來糾正隨機錯誤，編碼比特序列表示為其中M為當碼率即R＝M/N時的編碼序列長度；編碼后的序列進行交織，即通過分散序列來對抗突發錯誤，交織后的編碼序列表示為

步驟一二、根據稀疏碼多址接入SCMA碼本對每個用戶發送的信息比特進行映射，得到第j個用戶發送的信號為再按照配置矩陣F將所有用戶A_J發送的信息分配到各個子載波上，完成稀疏碼多址接入的調制編碼過程；

配置矩陣F的每一行表示一個子載波，每一列表示一個用戶；當一個用戶占用子載波時，配置矩陣F中相應的位置為1，否則為0；由配置矩陣F可以看出，用戶1占用前兩個子載波，而用戶2占用第一個和第三個子載波；經稀疏碼多址接入SCMA映射后，每個用戶發送的信號為所有用戶發送的信息被分配到K個正交的子載波上，且不同用戶發送的的信號經過衰減后疊加起來與噪聲一起被中繼站接收，接收的信號y_w表示為：

其中，是信道的特征向量，表明信息傳輸過程中的衰減；diag(h^j)是一個對角矩陣；n₀是隨機噪聲，遵從復數域上的高斯分布；

所述的步驟二中繼站采用全雙工方式收發信息，并對自反饋干擾進行干擾消除，再將信息轉發給用戶B_J按照以下步驟實現：

全雙工中繼站對接收的信號y_w進行放大轉發，采用基于時域干擾抵消的最小均方算法LMS對干擾進行抵消；

利用發送信號和發送信號的延遲樣本對自反饋信道進行估計；在自反饋干擾抵消模塊中w(n)＝[w₀(n),w₁(n)...w_L-1(n)]^T為自適應濾波器系數，其中w_k(n)為第n時刻濾波器第k個元素，L為濾波器階數；

在第n時刻，全雙工中繼站接收的信號為y_w，全雙工中繼站發送信號為out(n)，自反饋干擾信號為y_F(n)，估計干擾信號為y_E(n)；自反饋干擾信道h_li，k₀為信道延遲單位時間，為k₀信道延遲單位時間的延時處理，基站到全雙工中繼站信道矩陣為h_sr，功放增益為定值G，n₁(n)表示第n時刻的接收信號的高斯噪聲；

全雙工中繼站發送信號out(n)形成自反饋干擾信號y_F(n)到達全雙工中繼站時刻與估計干擾信號y_E(n)生成時刻對齊，將經過放大器前的發送的信號e(n)延遲k₀個時刻，獲得用于自反饋干擾信道估計y_E(n)生成的信號u(n)；

設自反饋干擾信道無衰減，全雙工中繼站自反饋干擾信號為

誤差信號e(n)表示為

e(n)＝y_w+y_F(n)-y_E(n)+n₁(n) (3)

其中

當全雙工中繼站接收的來自基站信號y_w樣本均值為零且樣本間獨立同分布時，得到誤差信號e(n)的能量E為

E{|e(n)|²}＝E{|y_w|²}+E{|y_F(n)-y_E(n)|²} (5)

以自適應濾波器系數為自變量求偏導數得到結果為E{e(n)u(n-k)}，其中k＝0,1,…L-1；當自反饋干擾得到抵消時，滿足誤差信號e(n)正交于u(n)；

設計自適應濾波器更新表達式為

w(0)＝0 (6)

w(n+1)＝w(n)+tE{e(n)u(n)} (7)

其中w(0)表示自適應濾波器的初始值，w(n)表示n時刻自適應濾波器的系數向量，t表示更新自適應濾波器系數的步進因子；當w(n)趨于收斂時，w(n)u(n)即為干擾信號的估計值，在全雙工中繼站接收信號減去干擾信號的估計值即實現干擾消除。

2.根據權利要求1所述一種基于稀疏碼多址接入的全雙工中繼系統的構建方法，其特征在于，所述的步驟三用戶B_J接收到中繼站轉發的信號后進行相應的解碼，得到用戶A_J發送的信息按照以下步驟實現：

根據J個用戶，占用K個子載波，過載系數為J/K以及配置矩陣F確定因子圖；利用迭代算法—消息傳遞算法對y_w進行多用戶檢測，得到每個用戶發送信息的概率值；根據得到的每個用戶發送信息的概率值依次進行解調、解交織、信道解碼和硬判決獲得信息比特。