[發明專利]一種基于壓縮感知輔助的SCMA多用戶檢測方法

有效

• 申請號: 201711008122.5
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107743056B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 高鵬宇;董彬虹;杜洋;祝武勇;崔亞迪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

該發明公開了一種基于壓縮感知輔助的SCMA多用戶檢測方法，屬于無線通信系統的信號檢測領域。由于背景技術所提出的MPA迭代算法需要多次迭代才能收斂，這將帶來極高的計算復雜度。因此，本發明提出使用較少次數的MPA迭代作為初檢測值，再利用壓縮感知算法進行二次檢測，并且由于壓縮感知算法的計算復雜度相比于MPA迭代算法而言較低，可以節約了一大半由MPA迭代所帶來的極大的計算復雜度。這也使得本發明所提出的方法在SER性能幾乎沒有損失的情況下，極大地降低了整體算法的計算復雜度，大大提高了SCMA多用戶檢測算法的計算效率。

技術領域

本發明屬于無線通信系統的信號檢測領域，涉及一種計算復雜度低且BER性能損失不大的稀疏碼多址接入(SCMA)通信系統多用戶檢測方法，具體為一種基于消息傳遞算法(Message passing algorithm,MPA)與壓縮感知(Compressed sensing,CS)結合的低復雜度的多用戶檢測方法，用于解決5G移動通信備選多址接入技術的多用戶檢測問題。

背景技術

多址接入是無線通信物理層的核心技術之一，它使基站能區分并同時服務多個終端用戶。隨著物聯網的飛速發展，為了滿足5G通信所需要的海量的用戶連接，以及低時延和低功耗的技術要求，在申請號為201380059380.X的發明專利“用戶稀疏碼多址接入的系統和方法”中提出了一種SCMA(Sparse code multiple access，稀疏碼多址接入)技術。SCMA編碼器在預定義的碼本集合中為每個用戶選擇一個碼本，之后根據每個用戶所選擇的碼本將數據比特直接映射為相應的碼字，最后將多個用戶的碼字進行非正交疊加。由于碼本的稀疏性，每個用戶只被少量的其他用戶所干擾。之后，在接收端運用消息傳遞算法對接收信號進行檢測。背景技術所采用的多用戶檢測算法是一種基于并行策略的消息傳遞算法，該檢測算法的誤符號率(Symbol error rate,SER)性能可以接近最優。然而，基于并行策略的MPA檢測方法涉及大量的非線性指數、乘法及除法運算，計算復雜度較大。因此，在針對5G海量用戶連接時，隨著用戶數目的增加以及碼本中碼字個數的增多，通信系統的硬件計算復雜度越來越高，因而對硬件的要求也越來越高。綜上所述，背景技術所提出的并行MPA檢測方法雖然能有效提高正確譯碼的概率，但由于其計算復雜度很高，不能滿足5G技術對高速、高效、低時延的需求，不能很好的用于實際的通信系統中。

發明內容

本發明針對背景技術存在的缺陷，提出了一種由自適應壓縮感知輔助的SCMA通信系統多用戶檢測方法。

針對SCMA多用戶檢測算法迭代次數過多所帶來的高計算復雜度，本發明提出了一種將消息傳遞算法較少迭代后的結果作為初檢測值，利用壓縮感知算法進行二次檢測的低復雜度的SCMA多用戶檢測算法。本發明的核心在于利用了接收信號與初檢測值之間殘差的稀疏特性。由于殘差的稀疏特性，初檢測值可以很好地利用自適應壓縮感知算法進行二次檢測，達到一個很好地SER性能。由于MPA算法迭代次數少，本發明與背景技術相比，在SER性能幾乎沒有損失情況下，極大程度地降低了算法的計算復雜度。

本發明的技術方案如下：

一種基于壓縮感知輔助的SCMA通信系統多用戶檢測方法主要由MPA算法和自適應壓縮感知算法兩部分組成，其中MPA算法包括用戶節點消息初始化、資源節點和用戶節點消息的更新、數據比特軟信息的計算、數據比特的判決步驟；自適應壓縮感知算法包括碼本選擇、殘差計算、迭代參數初始化、支撐集的估計、最小二乘法運算、支撐集回朔更新、稀疏度估計終止條件判決以及兩次檢測結果疊加進行用戶碼本選擇等步驟；其特征在于，接收信號在經過少量的MPA迭代后所取得初檢測值準確率較高。因此，初檢測值經信道處理后的值與接收信號之間的殘差值具有隱藏的稀疏特性，可以利用自適應壓縮感知算法進行二次檢測，即相當于對初檢測值進行一個錯誤恢復。該自適應壓縮感知算法的特點在于對噪聲功率的可準確估計的條件下，利用噪聲功率作為稀疏度估計的迭代終止條件，可以準確地估計稀疏度。最后，兩次檢測值進行疊加即為最終檢測值。

本發明1.一種基于壓縮感知輔助的SCMA多用戶檢測方法，包括以下步驟：