CN106788893A - 一种稀疏交织多址接入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种稀疏交织多址接入方法，属于非正交多址移动通信技术领域。该方法首先令所有接入用户传输数据块时共占用K个资源粒子和T个时域符号，然后对每个用户传输的数据块信息进行信道编码，将编码后的数据分割成若干子比特流，并映射为码字向量；对每个码字向量补零得到K维稀疏码字向量；根据稀疏时频交织器，得到K维稀疏发送码字向量；在每个时刻，各用户根据***给出的传输资源传输发送码字向量中的对应分量；接收机估计活跃用户及其信道增益，并获取其稀疏时频交织器信息；接收机解码得到各个接入用户的发送数据块。本方法使每个用户在接入传输时只占用总时频资源的一小部分，降低接收机在大规模接入的场景下的多用户检测复杂度。

Description

一种稀疏交织多址接入方法
技术领域
本发明涉及非正交多址移动通信技术领域，具体提出了一种稀疏交织多址接入方法(Sparse Interleave Division Multiple Access,SIDMA)。
背景技术
由于传统的码分多址接入方法(CDMA)存在多址接入干扰(multiple accessinterference，MAI)以及符号间串扰(inter symbol interference，ISI)等问题致使其性能受到限制。现有的主要研究落脚点都在提出新的多用户检测方法(multi-userdetection，MUD)从而降低MAI与ISI对性能的影响。在若干文献中，提出了通过给不同用户分配不同交织器的方式提升表现，于是便有了传统的交织多址接入方法(interleavedivision multiple access，IDMA)。它既有传统的CDMA的优点，即通过分集对抗衰落，并缓解了最坏情况下的其他小区的用户干扰问题。此外，由于不同用户使用的不同随机交织，相邻码片之间近似不相关，使得接收机可以进行相对简单的逐码片迭代MUD技术。通过基本信号估计器(Elementary Signal Estimator，ESE)与各个用户各自的后验概率译码器(Decoder，DEC)之间的软信息交换迭代，使***获得接近香农极限的性能。但是传统的IDMA方法要求用户占用全部的可用资源发送数据，在大规模接入的情况下，这会导致正交资源的严重碰撞，使得多用户检测(MUD)的复杂度极高。
近年来也有将IDMA与多天线技术((Multi-Input Multi-Output，MIMO)相结合的研究，从而进一步提升***的容量与接收性能等。但总体来说，在大规模用户接入的情况下，现有的方法普遍面临着运算复杂度过高的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出了一种稀疏交织多址接入方法(Sparse Interleave Division Multiple Access,SIDMA)。本发明方法使得每个用户在接入传输时只占用总时频资源的一小部分，从而降低接收机在大规模接入的场景下的多用户检测复杂度。
本发明提出的一种稀疏交织多址接入方法，其特征在于，该方法首先令所有接入用户传输数据块时总共占用K个资源粒子和T个时域符号，然后对每个用户传输的数据块信息进行信道编码，将编码后的数据分割成若干子比特流，并映射为码字向量；对每个码字向量补零得到K维稀疏码字向量；根据稀疏时频交织器，得到K维稀疏发送码字向量；在每个时刻，各用户根据对应时刻***给出的传输资源传输发送码字向量中的对应分量；接收机估计活跃用户及其信道增益，并获取其稀疏时频交织器信息；接收机对接收信号进行解码得到各个接入用户的发送数据块。该方法包括以下步骤：
(1)令所有接入用户传输数据块时总共允许占用T个时域符号symbol，共包含K个资源粒子RE；
(2)任一接入用户ui将本次接入所需传输的数据块的信息经过信道编码后得到一个信息比特向量其长度为个比特；将向量按每log2M个比特分为一组，其中M为4的整数倍，表示调制阶数；根据码本，将向量映射成长度为的码字向量Ni＜K；其中，码字向量的每个分量通过1个RE进行传输；
(3)接入用户ui对步骤(2)得到的码字向量进行补零，将原来的Ni维码字向量补零成为K维稀疏码字向量其中K为RE的总个数；
(4)接入用户ui根据稀疏时频交织器对步骤(3)得到的K维稀疏码字向量进行交织映射，得到一个K维的稀疏发送码字向量：
其中Ni个位置非零，即对应步骤(2)中的Ni个分量；
(5)对于T个symbol中任意时刻t，t＝1，2，…，T，接入用户ui根据对应时刻***给出的传输资源传输其发送码字向量中的W(t)个分量，其中W(t)为时刻t的子载波数，并且按照***的预设满足
(6)接收机从所有已注册在网的***中识别出活跃用户，即本次接入的用户，并进行信道估计，根据用户识别结果得到每个活跃用户对应的稀疏时频交织器
(7)在每个时刻t，t＝1，2，…，T，根据步骤(6)的识别结果获取当前时刻的用户接入情况，接收机对接收信号y(t)进行解码，其中y(t)是维度的W(t)的向量，表示接收端接收到的接入用户对应时刻t发送的发送码字向量的W(t)个分量乘以对应用户的信道增益后叠加得到的信号；将所有时刻得到的y(t)的解码结果联合进行信道解码，最终得到各个接入用户的发送数据块。
本发明的特点及有益效果在于：
本发明提出了一种改进传统IDMA后的稀疏交织多址接入(SIDMA)方法。通过引入资源占据的稀疏性，增加了额外的自由度，当用户较少时，降低了资源处用户碰撞的概率，解码复杂度低；当用户较多时，又能容忍碰撞；相比于传统的IDMA要求所有用户的数据速率的一致性，SIDMA允许每个用户传输的数据量可变，即可以根据需要传输的实际数据量动态占用资源，支持可变速率，更加灵活。
附图说明
图1为本发明方法的实施流程图。
图2为本发明实施例中一种数据块RE分配示例图。
图3为本发明实施例中不同用户在给定RE的情况下的稀疏时频交织器示例图。
具体实施方式
本发明提出的一种稀疏交织多址接入方法，下面结合附图和具体实施例对本发明作更详细的说明。
本发明提出的一种稀疏交织多址接入方法，流程如图1所示，包括以下步骤：
(1)令所有接入用户传输数据块时总共允许占用T个时域符号(symbol)，共包含K个资源粒子(RE，Resource Element)。附图2为一种数据块RE分配情况的示例图，给出了一种不同时间***提供不同子载波数的RE分配情况示例，图中，每个方格代表一个RE，总共有k个RE，全部方格整体表示一次随机接入所有用户的总体可用资源；每一列方格占用时域上的一个symbol时间，总共占用T个symbol的时间。其中，每列中方格数代表对应symbol时间上可用的子载波个数。
(2)任一接入用户ui将本次接入所需传输的数据块的信息经过信道编码后得到一个信息比特向量其长度为个比特，不同用户根据实际需求可传输不同长度的向量。将该向量按每log2M个比特分为一组，其中M(M＝4，8，16，…为4的整数倍)为调制阶数；根据码本，将该向量映射成长度为的码字向量其中，码字向量的每个分量需要通过1个RE进行传输，因此要求Ni＜K，也即码本的获取方式，可能包含但不限于，在随机接入的情况下，用户使用注册入网时分配的固定码本；在由调度接入的情况下，用户使用***调度时分配的码本。
(3)接入用户ui对步骤(2)得到的码字向量进行补零，将原来的Ni维码字向量补零成为K维稀疏码字向量其中K为RE的总个数。
(4)接入用户ui根据稀疏时频交织器对步骤(3)得到的K维稀疏码字向量进行交织映射，得到一个K维的稀疏发送码字向量：
其中只有Ni个位置非零，也即承载了步骤(2)中中的Ni个分量。稀疏时频交织器的获取方式，可能包含但不限于，在随机接入的情况下，用户使用注册入网时分配的固定稀疏时频交织器；在由调度接入的情况下，用户使用***调度时分配的稀疏时频交织器。
图3是不同用户在给定资源RE的情况下的稀疏时频交织器示例图，图3给出了可能的3个用户u1，u2，u3在给定K＝40个RE的情况下，每人发送长度为的信息比特，采用M＝16-QAM调制，它们的码字向量长度分别为N1＝N2＝N3＝10。在给定的K＝40个传输资源RE下，进行补零后得到的40维稀疏码字向量，也即每个稀疏时频交织器的输入是：
而输出是如图3所示的一个稀疏的40维的发送码字向量i＝1，2，3，除了阴影对应的10个位置包含了输入的10个码字外，其余位置均为0。定义表示用户发送码字的稀疏程度。
(5)对于T个symbol中任意时刻t，t＝1，2，…，T，接入用户ui根据对应时刻***给出的传输资源传输其发送码字向量中的W(t)个分量，其中W(t)为时刻t的子载波数，并且按照***的预设满足
对于图3所示的情况，W(t)＝4，t＝1，2，...，10，并且也即每个时刻***均分配有4个RE。用户u1，u2，u3在对应时刻t发送图2所示的第t列的长度为4的列向量即可。
(6)接收机从所有已注册在网的***中识别出活跃用户(即本次接入的用户)并进行信道估计，根据用户识别结果得到每个活跃用户对应的稀疏时频交织器
(7)在每个时刻t，t＝1，2，…，T，根据步骤(6)的识别结果获取当前时刻的用户接入情况，接收机对接收信号y(t)进行解码，其中y(t)是维度的W(t)的向量，表示了接收端接收到的接入用户对应时刻t发送的发送码字向量的W(t)个分量乘以对应用户的信道增益后叠加得到的信号，此外根据传输环境还可能包含噪声。最终将所有时刻得到的y(t)，t＝1，2，…，T的解码结果联合进行信道解码得到各个接入用户的发送数据块。
本实施例中所采用的解码方法，可以但不限于使用消息传递算法(MessagePassing Algorithm，MPA)。

Claims (2)

1.一种稀疏交织多址接入方法，其特征在于，该方法首先令所有接入用户传输数据块时总共占用K个资源粒子和T个时域符号，然后对每个用户传输的数据块信息进行信道编码，将编码后的数据分割成若干子比特流，并映射为码字向量；对每个码字向量补零得到K维稀疏码字向量；根据稀疏时频交织器，得到K维稀疏发送码字向量；在每个时刻，各用户根据对应时刻***给出的传输资源传输发送码字向量中的对应分量；接收机估计活跃用户及其信道增益，并获取其稀疏时频交织器信息；接收机对接收信号进行解码得到各个接入用户的发送数据块。
2.如有权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)令所有接入用户传输数据块时总共允许占用T个时域符号symbol，共包含K个资源粒子RE；
(2)任一接入用户ui将本次接入所需传输的数据块的信息经过信道编码后得到一个信息比特向量其长度为个比特；将向量按每log2M个比特分为一组，其中M为4的整数倍，表示调制阶数；根据码本，将向量映射成长度为的码字向量其中，码字向量的每个分量通过1个RE进行传输；
(3)接入用户ui对步骤(2)得到的码字向量进行补零，将原来的Ni维码字向量补零成为K维稀疏码字向量其中K为RE的总个数；
(4)接入用户ui根据稀疏时频交织器对步骤(3)得到的K维稀疏码字向量进行交织映射，得到一个K维的稀疏发送码字向量：
c u i = [ 0 , 0 , ... , x u i ( 1 ) , 0 , 0 , ... , x u i ( 2 ) , ... , 0 , 0 , 0 , x u i ( N i ) , 0 , ... ]
其中Ni个位置非零，即对应步骤(2)中的Ni个分量；
(5)对于T个symbol中任意时刻t，t＝1,2,…,T，接入用户ui根据对应时刻***给出的传输资源传输其发送码字向量中的W(t)个分量，其中W(t)为时刻t的子载波数，并且按照***的预设满足
(6)接收机从所有已注册在网的***中识别出活跃用户，即本次接入的用户，并进行信道估计，根据用户识别结果得到每个活跃用户对应的稀疏时频交织器
(7)在每个时刻t，t＝1,2,…,T，根据步骤(6)的识别结果获取当前时刻的用户接入情况，接收机对接收信号y(t)进行解码，其中y(t)是维度的W(t)的向量，表示接收端接收到的接入用户对应时刻t发送的发送码字向量的W(t)个分量乘以对应用户的信道增益后叠加得到的信号；将所有时刻得到的y(t)的解码结果联合进行信道解码，最终得到各个接入用户的发送数据块。
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