CN111726123B - 适用于交织多址接入***的无速率多用户编码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于交织多址接入***的无速率多用户编码方法,主要解决现有技术***复杂度过高,且译码性能不好的问题。其实现方案为:为每个用户生成初始序列;对每个用户的初始序列进行外编码器编码,得到外编码器编码序列;对外编码器编码序列进行内编码器编码,得到内编码器编码序列;对内编码器编码序列进行交织,得到交织序列;对交织序列进行调制,得到调制序列;将所有用户的调制序列输入到高斯多用户信道,得到输出序列;对输出序列进行译码并输出译码序列。本发明通过将一个固定的外部空间耦合重复累积码与一个可调的内部重复码级联,降低了***的复杂度,在任意速率范围内提高了译码性能,可用于交织多址接入***。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域,更进一步涉及一种无速率多用户编码方法,可用于交织多址接入IDMA***。
背景技术
交织多址接入IDMA***是5G网络中用于过载场景的标准方案。在发送端,所有用户使用相同的编码方法,即单用户码级联相同的扩频码。在接收端,通过不同的交织器区分不同的用户。与其他多址接入技术相比,IDMA方案具有频谱利用率高、接近理论极限性能、低成本的多用户检测MUD的优点。为了对抗多用户干扰,保证通信的可靠性,研究人员做了不少工作。
G.Song等人在其发表的论文“Maximum sum rate of repeat-accumulateinterleave-division system by fixed-point analysis”(IEEE Transactions onCommunications,2012,3011-3022)中提出了一种规则的重复累积RA码,并将其与扩频码级联,但是这种方案只能在某些低速率点表现良好。
为了在更多的速率点上获得良好的性能,G.Song等人在论文“K-User parallelconcatenated code for Gaussian multiple-access channel”(IEEE InternationalConference Communications(ICC),2013,3286-3291)中使用了并行级联码PCC,但没有过多考虑编译码的复杂度问题。
为了降低编译码的复杂度,G.Song等人在论文“A low-complexity multi-usercoding scheme with near-capacity performance”(IEEE Transactions on VehicularTechnology,2017,6775-6786)中对低速率区域提出了一种基于重复辅助的不规则重复累积码,但这种方案的信息传输可靠性不高。
为了进一步提高传输可靠性,Y.Chi等人在其发表的论文“Partially repeatedSC-LDPC codes for multiple-access channel”(IEEE Communications Letters,2016,3286-3291)中应用了空间耦合SC技术,构造了一种更通用的空间耦合多用户码,称为部分重复的空间耦合低密度奇偶校验PR-SC-LDPC码。该方案虽说在任意速率范围内提供了接近香农限的迭代译码性能,但***复杂度仍然很高。
上述多用户编码方案由于都是针对单独的和速率点进行设计和优化的,因而对于不同的速率,这些方案均需要不同的编码器和译码器实现,导致***的复杂度很高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述技术的不足,设计一种适用于交织多址接入***的无速率多用户编码。以降低***的复杂度,进一步在任意速率范围内提高译码性能。
本发明的技术思路是:将固定的外部空间耦合重复累积SC-RA编码与可调的内部重复编码进行级联,并通过选择SC-RA编码作为外部编码,以满足高译码性能;通过选择重复码作为内部编码,以满足无速率特性。其具体实现包括如下:
1.一种适用于交织多址接入IDMA***的无速率多用户编码方法,其特征在于,包括如下:
(1)为交织多址接入IDMA***中的每个用户均生成一个初始序列u;
(2)对初始序列u进行外部SC-RA编码,得到外编码器编码序列cj:
(2a)将初始序列u等分为L个分段序列ui,i=0,1,...,L-1;
其中,Q表示重排序列的子序列个数,ui,q表示第i个分段序列ui的第q个重排子序列,q=0,1,...,Q-1;
(2c)将每个分段序列ui的重排子序列ui,q分别进行(i+q)次模2加,得到组合序列tj:
其中,uj-q,q表示分段序列uj-q的第q个重排子序列;
(2d)对组合序列tj进行累积操作,得到外编码器编码序列cj:
(3)对外编码器编码序列cj进行内部重复码编码,得到内编码器编码序列c:
(3a)对(2a)的每个分段序列ui分别进行第二次重排操作,得到第一序列:
(4)对内编码器编码序列c进行交织,得到交织序列π;
(5)对交织序列π进行二进制相移键控BPSK调制,将待调制的01序列调制为±1序列,得到调制序列x;
(6)将调制序列x输入到高斯多用户信道,得到输出序列y;
(7)对输出序列y进行译码,输出译码序列。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
第一,本发明由于采用固定的SC-RA码作为外部编码,从而克服了现有技术在外部编码不能接近连续速率区域的香农极限的问题,使得本发明具有更简单的***编码器,并在任意速率范围内具有高译码性能;
第二,本发明由于采用可调整参数的重复码作为内部编码,通过内部参数的调整即可满足无速率特性,从而克服了现有技术在扩频码上局限性较大,难以实现无速率特性的问题,使得本发明具有更大的设计空间和更高的译码性能;
第三,本发明由于通过将固定的外部SC-RA编码与可调的内部重复编码级联,对于不同的速率可使用相同的编码器和译码器实现,从而克服了现有技术复杂度过高的问题,使得本发明能够在不同信道条件和不同用户数量下,实现低***复杂度的可靠数据传输。
附图说明
图1是本发明的实现流程图;
图2是本发明中的编码子流程图;
图3是本发明的仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例和效果做进一步的描述。
参照图1,本实施例的具体步骤如下:
步骤一:生成初始序列。
为交织多址接入IDMA***中的K个用户均生成一个初始序列,us表示第s个用户的初始序列;
步骤二:进行无速率码编码,得到编码序列。
参照图2,本步骤的具体实现如下:
(2.2.1c)将(2.2.1a)和(2.2.1b)的序列按先后顺序进行合并,得到第一序列vs:
(2.2.2c)将(2.2.2a)和(2.2.2b)的序列按先后顺序进行合并,得到第二序列vs:
(2.2.3)将(2.2.1)的第一序列vs和(2.2.2)的第二序列vs按先后顺序进行合并,得到内编码器编码序列cs。
步骤3,对第s个用户的内编码器编码序列cs进行交织,得到交织序列πs:
步骤4,对交织序列πs进行二进制相移键控BPSK调制,将待调制的01序列调制为±1序列,得到调制序列xs。
步骤5,将每个用户的调制序列x输入到高斯多用户信道,得到输出序列y:
其中,K表示用户个数,xs表示第s个用户的调制序列,n表示方差为σ2、均值为0的高斯噪声序列。
步骤6,对输出序列y进行译码,得到译码序列。
现有的译码方法有多用户检测联合迭代方法,串行干扰消除联合迭代方法和残余辅助多用户检测联合迭代方法。本实施例采用但不限于多用户检测联合迭代方法对输出序列y进行译码,即将输出序列y输入到基本信号估计器ESE和K个单用户后验概率APP译码器,经过多次迭代,得到译码序列。
本发明的效果可以通过以下仿真进一步说明:
1、仿真实验条件:
仿真实验软件环境:Visual Studio 2015。
仿真实验采用高斯多用户信道模型,设置用户个数为10、和速率为1.0,初始序列长度为4800比特。
2、仿真内容与仿真结果分析:
使用本发明的编码方法与现有的PR-SC-LDPC码、PCC码方法对长度相似的初始序列进行编码和译码,结果如图3所示。
图3中纵坐标表示误比特率,横坐标表示信噪比,单位为分贝dB。其中:
以实心方块标示的实线,代表用本发明的编译码方法对长度为4894比特的初始序列进行编译码的仿真结果曲线;
以实心圆圈标示的实线,代表用现有PR-SC-LDPC码的编译码方法对长度为4854比特的初始序列进行编译码的仿真结果曲线;
以实心三角形标示的实线,代表用现有PCC码的编译码方法对长度为4800比特的初始序列进行编译码的仿真结果曲线。
点画线代表香农极限的性能曲线。
从图3可以看出,使用本发明的方法译码结果曲线与使用现有PR-SC-LDPC和PCC的译码结果曲线相比,在相同的信噪比下,使用本发明的编译码方案明显有着更低的误比特率。
从图3还可以看出,本发明的译码结果曲线更接近香农极限曲线,说明本发明在降低***复杂度的同时具有更高的译码性能。
Claims (3)
1.一种适用于交织多址接入IDMA***的无速率多用户编码方法,其特征在于,包括如下:
(1)为交织多址接入IDMA***中的每个用户均生成一个初始序列u;
(2)对初始序列u进行外部SC-RA编码,得到外编码器编码序列cj:
(2a)将初始序列u等分为L个分段序列ui,i=0,1,...,L-1;
其中,Q表示重排序列的子序列个数,ui,q表示第i个分段序列ui的第q个重排子序列,q=0,1,...,Q-1;
所述对每个分段序列ui分别进行第一次重排操作,实现步骤如下:
(2c)将每个分段序列ui的重排子序列ui,q分别进行(i+q)次模2加,得到组合序列tj:
其中,uj-q,q表示分段序列uj-q的第q个重排子序列;
(2d)对组合序列tj进行累积操作,得到外编码器编码序列cj:
所述对组合序列tj进行累积操作,实现步骤如下:
(3)对外编码器编码序列cj进行内部重复码编码,得到内编码器编码序列c:
(3a)对(2a)的每个分段序列ui分别进行第二次重排操作,得到第一序列:
(4)对内编码器编码序列c进行交织,得到交织序列π;
(5)对交织序列π进行二进制相移键控BPSK调制,将待调制的01序列调制为±1序列,得到调制序列x;
(6)将调制序列x输入到高斯多用户信道,得到输出序列y;
(7)对输出序列y进行译码,输出译码序列。
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