[發明專利]一種簡便的可逼近信息論極限的污紙編碼方法

有效

• 申請號: 202110582091.4
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113315553B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 楊濤;劉榮科
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0456;H04B17/391;H04W24/06
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明提出一種簡便的可逼近信息論極限的污紙編碼方法。基于q進制線性調制碼的結構特征，即多個碼字在整數域疊加后落在該碼本的擴展碼本里，使得n維空間的污紙編碼簡化為逐符號的有限域減法的操作，并保持了污紙編碼的最優性能。該方法的編碼復雜度和單用戶無干擾系統下的編碼復雜度基本一致，以極低的額外開銷實現了污紙編碼。該方法的譯碼只需要一個逐符號軟值輸出檢測器和一個單用戶置信度傳播譯碼，其復雜度也與單用戶無干擾系統下的編碼復雜度基本一致。經仿真驗證，此方法可以逼近下行多用戶信道的信息理論極限(差距在1dB左右)，以低成本顯著提升了系統的吞吐量和譜能效率。

【技術領域】

針對無線通信中多用戶下行信道傳輸的用戶間干擾、頻譜效率和能量效率問題，本發明提供一種新的簡單高效的污紙編碼方法，可以以低成本逼近下行多用戶信道的信息理論極限，實質性地提升系統的吞吐量和譜能效率。該發明屬于通信與信號處理領域。

【背景技術】

當今和未來的無線通信都是基于多址接入(multiple-access，MA)和多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，MIMO)系統。對上行鏈路，暨多個用戶設備向一個裝備有多天線陣列的基站傳輸信息，基于串行干擾消除(successive interferencecancellation，SIC)的方案可以達到上行多用戶信息論容量極限。對下行鏈路，暨一個基站向多個用戶設備傳輸信息，用戶間的干擾則需要在基站端通過污紙編碼(dirty papercoding，DPC)進行預補償，方可達到下行多用戶信息論容量極限，實現最大的信息吞吐量和譜能效率。下行污紙編碼和上行SIC為對偶問題。

然而，在本發明之前，污紙編碼的進展比較緩慢且十分有限。現有文獻中絕大多數工作停留在理論分析階段，雖證明了污紙編碼可以達到和無干擾信道一樣的傳輸速率，然而切實可行的污紙編碼的方法非常稀少。美國的Z.Xiong教授和德國的S.Ten Brink教授發表了關于實際污紙編碼的一系列工作，然而，他們的方法極為復雜，牽扯了多維量化、信源編碼、塑形(shaping)等要素，而真正的污紙編碼結合信道編碼的增益不清晰，使得其難以在實際無線通信系統里得以實施。目前，污紙編碼的理論性能被大量用來刻畫下行鏈路譜能效率的上限，但其實際應用上的巨大性能提升潛力的挖掘程度十分有限。

【發明內容】

(一)本發明的目的

本發明能提供簡單、清晰、易用、高性能的新型污紙編碼方法，以低復雜度逼近下行多用戶信道的信息理論極限，以低成本顯著提升系統吞吐率和譜能效率。

污紙編碼的基本問題及數學模型描述如下：考慮基站要傳遞一個長度為k的信息序列w到一個用戶設備。x表示該基站發出的經編碼和調制的(基帶)符號序列，長度為n。用戶設備接收到的基帶信號為：

這里x和干擾項s的平均能量做了歸一化，P_x和P_s分別表示它們的能量，z表示均值為0方差為σ²的加性高斯白噪聲。

在污紙編碼問題模型中，干擾項s在基站已知，在用戶端未知。實際應用中，干擾項可以是來自另一個用戶的信號，因此它在基站發送端已知并通過預編碼對其他用戶帶來的干擾進行補償。

此發明考慮的問題是：如何設計污紙編碼編碼器

滿足功率約束E(x^Tx)≤n，以及污紙編碼譯碼器

使得誤碼錯誤概率的性能逼近無干擾信道的容量極限(如差距在1dB左右或以內)。

(二)技術方案

前期準備

多進制不規則重復累積調制碼