一種陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)的多用戶檢測譯碼方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)的多用戶檢測譯碼方法，該方法用于針對陣列天線衛(wèi)星多用戶采用SC?FDMA多址方式接入的系統(tǒng)的上行鏈路的干擾消除和譯碼，所述方法為：通過將消息在“譯碼節(jié)點(diǎn)”、“映射/反映射節(jié)點(diǎn)”和“多用戶檢測節(jié)點(diǎn)”之間反復(fù)迭代，在達(dá)到一定迭代次數(shù)以后，進(jìn)而實現(xiàn)陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)多用戶之間的聯(lián)合干擾消除和譯碼，輸出消除干擾的譯碼結(jié)果。本發(fā)明涉及陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)多用戶SC?FDMA反向鏈路中基于期望傳播算法的聯(lián)合干擾消除與譯碼實現(xiàn)方法。本發(fā)明結(jié)合因子圖的結(jié)構(gòu)聯(lián)合處理多用戶系統(tǒng)的干擾消除與譯碼。并且通過采用期望傳播算法進(jìn)一步降低計算復(fù)雜度。本發(fā)明具有線性計算復(fù)雜度且具有良好的干擾消除性能。
【專利說明】
-種陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)的多用戶檢測譚碼方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于期望傳播算法的陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)SC-抑MA鏈路實現(xiàn)方 法屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)多用戶SC-抑MA(單載波頻分多址） 反向鏈路中基于期望傳播算法化xpec化tion Propagation)的多用戶聯(lián)合干擾消除與譯碼 實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們對衛(wèi)星通信的通信質(zhì)量需求越來越高和衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星 通信陣列天線技術(shù)W其增益高、寬帶寬、低旁瓣等優(yōu)點(diǎn)得到越來越廣泛的應(yīng)用。為了能夠進(jìn) 一步提高系統(tǒng)的頻譜效率和系統(tǒng)容量，可W在陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)中采用SC-抑MA多址 方式，利用下行控制信號，將地面用戶邏輯上劃分為多個小區(qū)，同小區(qū)的用戶采用不同的子 載波集合復(fù)用整個頻帶;不同小區(qū)采用單色頻率復(fù)用或者分?jǐn)?shù)頻率復(fù)用，即構(gòu)成了采用SC- FDMA多址方式的陣列天線衛(wèi)星多用戶通信系統(tǒng)。但當(dāng)系統(tǒng)中小區(qū)用戶密集時，小區(qū)間的干 擾將嚴(yán)重惡化系統(tǒng)性能。
[0003] 針對上述問題，應(yīng)用干擾消除技術(shù)可W有效改善系統(tǒng)性能約束。其常見實現(xiàn)方法 如利用匪沈(最小均方誤差)濾波檢測器、最大似然檢測器等模塊進(jìn)行。運(yùn)些方法能夠顯著 提升系統(tǒng)容量，但存在計算復(fù)雜度高的缺點(diǎn)，如基于MMSE濾波的迭代方法，其計算復(fù)雜度W 陣列天線單元數(shù)的=次方增長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實施例提供一種基于期望傳播算法的多用戶聯(lián)合干擾消除和譯碼方法，將 其應(yīng)用在陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)SC-抑MA反向鏈路實現(xiàn)中，進(jìn)而實現(xiàn)基于期望傳播的算法 實現(xiàn)多用戶聯(lián)合干擾消除與譯碼，相比于傳統(tǒng)的干擾消除方法，系統(tǒng)復(fù)雜度得到了極大地 降低。
[0005] 第一方面，提供一種陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)的干擾消除和譯碼方法，該方法用于 針對陣列天線衛(wèi)星多用戶采用SC-抑MA多址方式接入的系統(tǒng)的上行鏈路的多用戶聯(lián)合干擾 消除和譯碼，所述方法為:通過將消息在"譯碼節(jié)點(diǎn)"、"映射/反映射節(jié)點(diǎn)"和"多用戶檢測節(jié) 點(diǎn)"之間反復(fù)迭代，在達(dá)到一定迭代次數(shù)W后，進(jìn)而實現(xiàn)陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)多用戶之間 的聯(lián)合干擾消除和譯碼，輸出消除干擾的譯碼結(jié)果。
[0006] 結(jié)合上述第一方面，在第一種可能的實現(xiàn)方式中，所述方法具體包含：
[0007] 步驟101)利用因子圖中消息傳遞的規(guī)則，計算并更新各變量節(jié)點(diǎn)與函數(shù)節(jié)點(diǎn)間傳 遞的消息，并將更新的各變量節(jié)點(diǎn)與函數(shù)節(jié)點(diǎn)間傳遞的消息傳遞至多用戶檢測節(jié)點(diǎn)，再由 多用戶檢測節(jié)點(diǎn)將更新的各變量節(jié)點(diǎn)與函數(shù)節(jié)點(diǎn)間傳遞的消息傳遞至"映射/反映射"節(jié) 占 . '?、、，
[000引在"映射/反映射"節(jié)點(diǎn)，利用當(dāng)前消息計算用戶端發(fā)送的變量符號對應(yīng)的各發(fā)送 比特的最大似然比LLR并將計算得到的最大似然比LLR發(fā)送至"編碼/譯碼"節(jié)點(diǎn)；
[0009] "編碼/譯碼"節(jié)點(diǎn)進(jìn)行譯碼操作得到譯碼結(jié)果并輸出更新后的編碼比特的最大似 然比LLR;
[0010] 其中，所述變量節(jié)點(diǎn)代表各用戶在各子載波上的發(fā)送符號；函數(shù)節(jié)點(diǎn)代表信道對 應(yīng)于各天線陣元的各接收子載波上的分量；
[0011] 步驟102)判斷是否滿足了迭代要求，如果滿足了迭代條件則結(jié)束迭代并將譯碼器 在最后一次迭代中的譯碼結(jié)果作為用戶的譯碼結(jié)果進(jìn)行輸出；
[0012] 否則返回步驟101)對接收的所有用戶的發(fā)送信息開始再一次迭代。
[0013] 結(jié)合上述第一方面，和第一種實現(xiàn)方式，在第二種可能的實現(xiàn)方式中所述步驟 101)之前還包含：
[0014] 步驟100)初始化與多用戶檢測節(jié)點(diǎn)相關(guān)的消息；
[001引其中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)間傳遞的消息均為高斯近似時，所述與多用戶檢測節(jié)點(diǎn)相關(guān)的消息 包含:均值和方差。
[0016] 結(jié)合上述第一方面，和第一種及第二種實現(xiàn)方式，在第=種可能的實現(xiàn)方式中，當(dāng) 節(jié)點(diǎn)間傳遞的消息均為高斯近似時，所述步驟100)進(jìn)一步包含：
[0017] 步驟100-1)假設(shè)誠為t時刻第n個用戶發(fā)送的第k個子載波上的符號，i為迭代計算 次數(shù)，初始化過程包含對W下參數(shù)賦初值：
[001 引 i = l
[0019]
[0020]
[0021]
[0022] 其中，明_;、哉二、;,為從函數(shù)節(jié)點(diǎn)記傳遞至變量節(jié)點(diǎn)苗的消息在第i和第"i-1" 次迭代時高斯分布的均值；為從函數(shù)節(jié)點(diǎn)傳遞至變量節(jié)點(diǎn)4的消息在第i 和第"i-r次迭代時高斯分布的方差;、.?二為從變量節(jié)點(diǎn)4傳遞至信道轉(zhuǎn)移函數(shù) 節(jié)點(diǎn)潔的消息在第巧日第"i-i"次迭代時高斯分布的均值;唯三。；、為從變量節(jié)點(diǎn)冶 傳遞至函數(shù)節(jié)點(diǎn)g文的消息在第i和第"i-r次迭代時的方差；
[0023] 步驟100-2)發(fā)送時用戶將編碼比特信息端映射為發(fā)送符號為，巧,為t時刻第n個 用戶發(fā)送符號姑的第q位編碼比特，所述編碼比特娩取值為0或1，在第i = l次迭代中編碼比 特的概率分布初始化為：
[0024]
[00巧]其中，q = l，2,3...Q，Q為系統(tǒng)調(diào)制階數(shù)。
[0026] 結(jié)合上述第一方面，和第一種、第二種及第=種實現(xiàn)方式，在第四種可能的實現(xiàn)方 式中所述步驟101)進(jìn)一步包含：
[0027] 步驟101-1)計算變量節(jié)點(diǎn)始與信道轉(zhuǎn)移函數(shù)節(jié)點(diǎn)篇之間傳遞的消息片若(4)
[002引 和片吝K)，通過高斯近似的方法采用如下公式計算傳遞的消息的均值和方差：
[0029]
[0030]
[0031]
[0032] 其中，0<n<N+l、0<m<M+l、0<k<K+l，N為系統(tǒng)用戶數(shù)量、M為衛(wèi)星天線陣元數(shù) 量、K為子載波數(shù)目；社、自為消息自(治；)的均值和方差，為消息 的均值和方差，2技,;,、r器為第"i-i"次迭代時函數(shù)節(jié)點(diǎn)傳遞至變量節(jié)點(diǎn) 4消息峰芯;,(.《)的均值和方差，端一,'。、嘴一、為第i次迭代時函數(shù)節(jié)點(diǎn)挺傳遞至變量節(jié) 點(diǎn)堿消息的均值和方差，.?;蘭;.、為第"i-r次迭代變量節(jié)點(diǎn)4時傳遞至 函數(shù)節(jié)點(diǎn)蘇消息/<;九;,(4)的均值和方差，旅為t時刻衛(wèi)星第m個天線陣元接收的第k個子 載波上的信號，O2為信道加性高斯白噪聲的方差，Wmn系統(tǒng)頻域信道矩陣的第m行第n列的分 量；
[0033] 步驟101-2)基于更新后的均值和方差從變量節(jié)點(diǎn)記傳遞至函數(shù)節(jié)點(diǎn) 復(fù)文的消息表示為/<;,U;,(苗)砸過高斯近似計算更新消息/4U,;,(刮的均值和方差：
[0034]
[0035]
[0036] 其中，^_^&,^、分別為消息/的均值和方差，2；；^4,、巾為消息 片2一(苗）的均值和方差，W皿系統(tǒng)頻域信道矩陣的第m行第n列的分量；
[0037] 步驟101-3)基于更新后的均值自和方差從函數(shù)節(jié)點(diǎn)結(jié)傳遞至變量節(jié) 點(diǎn)4的消息表示為片直_,;. (乂,)，通過高斯近似計算更新消息A',,)的均值和方差：
[00；3 引
[0039]
[0040] 其中，分別為消息自(4；)的均值和方差，?^自、分別為 第i次迭代變量節(jié)點(diǎn)誠傳遞至函數(shù)節(jié)點(diǎn)g;,消息成-二;,（乂,)的均值和方差，、墻一,',,分別 為消息乂的均值和方差，F(xiàn)為傅里葉變換矩陣，F(xiàn)ki為F中第k行第1列的元素；
[0041] 步驟101-4)變量節(jié)點(diǎn)《流向映射節(jié)點(diǎn)姑的消息表示為冷1_^4心；：，），計算消息 UJ誠對應(yīng)的高斯近似在第i迭代中的均值^和方差:
[0042]
[0043]
[0044] 其中，4:一、(。、堪一,,,,,分別為消息地:一、,>;")在第i次迭代時的均值和方差，F(xiàn)為傅里 葉變換矩陣，F(xiàn)ki為F中第k行、第1列的元素；
[0045] 步驟101-5)在步驟101-4)計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，計算第i次迭代符號4對應(yīng)編碼比 特的最大似然比LLR;對于符號茲對應(yīng)的第q位編碼比特瑞，計算出避前最大似然比LLR:
[0046]
[0047] 其中，0<q<Q+l，Q為系統(tǒng)調(diào)制階數(shù)，A為2。階調(diào)制符號集合，Aj、分別為第q位 比特為0或1的符號子集，瑞巧第q位比特的概率分布；
[0048] 譯碼器W計算得到的悼(瑞)}作為輸入并輸出外信息批>(端亦
[0049] 對于編號q，更新編碼比特墻的概率分布，其中：0<q<Q+l:
[(K)加 ]
[0化1 ]
[0化2] 其中，有〇<n<化1和0<1<K+1;
[0053]步驟101斗}利用軒>(瑞)}，計算更新映射節(jié)點(diǎn)拖傳遞向變量節(jié)點(diǎn)《的消息片;;;一4片：!；
[0化4]
[OO對其中，0 < n <化1、0 < 1 < K+1;誠為符號4對應(yīng)的第q位比特；
[0化6]步驟101-7)基于更新后的乂 :)，對于編號n、l計算變量節(jié)點(diǎn)這的歸一化置信 度嫂(引，并講一步計貸錠中。的挽值巧)巧力差巧，：
[0化7]
[0化引 [0化9]
[0060] 其中，〇<n<N+l、0<1<K+1、巧)為第i次迭代中消息峰L成片。)的均值和方 差；
[0061] 步驟1〇1_7)對于編號n、k、l，更新從變量節(jié)點(diǎn)4傳遞至函數(shù)節(jié)點(diǎn)裝:的消息片2_;,片,)， 計算消息高斯近似的均值^^^>和方差^^*。：
[0062]
[0063]
[0064] 其中，0<n<N+l、0<k<K+l、0<l<K+l ;巧>、巧i為步驟101-6計算的歸一化置信 度片;:'K)的均值和方差，項一、[2-1,分別為消息(乂，)的均值和方差，切傅里葉變 換矩陣，F(xiàn)ki為F中第k行、第1列的元素；
[0065] 步驟101-8)對于編號〇心更新函數(shù)節(jié)點(diǎn)技傳遞至變量節(jié)點(diǎn).<:的消息//^；^"。* (4)， 計算消息//占(乂,）高斯近似的均和方差;
[0066；
[0067；
[006引其中，0<n<N+l、0<k<K+l，巧,，一X;,、巧為消息杉,)高斯近似的均值和 方差，F(xiàn)為傅里葉變換矩陣，F(xiàn)ki為F中第k行、第1列的元素。
[0069] 結(jié)合第一方面，和/或第一種實現(xiàn)方式，和/或第二種實現(xiàn)方式，和/或第=種的實 現(xiàn)方式，和/或第四種實現(xiàn)方式，在第五種可能的實現(xiàn)方式中，根據(jù)迭代輸出結(jié)果是否滿足 系統(tǒng)需求或者迭代次數(shù)是否達(dá)到規(guī)定次數(shù)兩個原則之一判斷是否滿足了迭代條件。
[0070] 第二方面，提供一種陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)的多用戶聯(lián)合干擾消除和譯碼系統(tǒng)， 所述系統(tǒng)包含：
[0071] 多用戶聯(lián)合檢測模塊，用于通過迭代計算實現(xiàn)衛(wèi)星接收信號的多用戶檢測W及干 擾消除;所述多用戶聯(lián)合檢測模塊的輸入包括各天線陣元的接收信號，由映射/反映射處理 模塊傳遞至該模塊的消息，且該用戶聯(lián)合檢測模塊的計算輸出為傳遞至映射/反映射處理 模塊的消息；
[0072] 映射/反映射處理模塊，用于實現(xiàn)用戶編碼比特與時域發(fā)送符號之間的映射/反映 射功能;其中，所述映射/反映射處理模塊的輸入信號為所述多用戶聯(lián)合檢測模塊傳遞至該 模塊的消息、由譯碼模塊計算輸出的更新后的各個編碼比特的最大似然比化R，所述映射/ 反映射處理模塊的輸出包括傳遞至多用戶聯(lián)合檢測模塊的消息、傳遞至譯碼模塊的各個編 碼比特的最大似然比LLR;
[0073] 譯碼模塊，用于實現(xiàn)衛(wèi)星對接收信號的譯碼功能;其中，所述譯碼模塊的輸入為所 述映射/反映射處理模塊處理得到的時域符號各編碼比特的最大似然比化R，所述譯碼模塊 的輸出為系統(tǒng)的譯碼輸出、傳遞向所述映射/反映射處理模塊的更新后的各編碼比特的最 大似然比LLR。
[0074] 上述多用戶聯(lián)合檢測模塊的工作原理和過程為:信道轉(zhuǎn)移函數(shù)節(jié)點(diǎn)乂自W及變量節(jié) 點(diǎn)4,其中信道轉(zhuǎn)移函數(shù)節(jié)點(diǎn)代表了信道對應(yīng)于各天線陣元的各接收子載波上的分量，而 變量節(jié)點(diǎn)代表了各用戶在系統(tǒng)各子載波上的發(fā)送符號;系統(tǒng)迭代計算過程中消息在信道轉(zhuǎn) 移函數(shù)節(jié)點(diǎn)W及變量節(jié)點(diǎn)之間相互傳遞。經(jīng)過一定的迭代計算之后，可W求得各變量節(jié)點(diǎn) 的邊緣概率分布，從而實現(xiàn)了對于接收混合信號的多用戶檢測W及干擾消除。所述映射/反 映射處理模塊的工作原理和過程為:映射/反映射函數(shù)節(jié)點(diǎn).《和變量節(jié)點(diǎn)4,其中函數(shù)節(jié)點(diǎn) 代表了各用戶通過編碼比特得到各時域符號的映射和反映射變換，變量節(jié)點(diǎn)則代表了各用 戶發(fā)送的各個時域符號;借助于模塊的輸入消息等，模塊內(nèi)通過對于變量節(jié)點(diǎn)和函數(shù)節(jié)點(diǎn) 之間傳遞消息的迭代計算可W得到各編碼比特的最大似然比化R。所述譯碼模塊根據(jù)各用 戶編碼比特的最大似然比LLR，計算輸出各用戶譯碼結(jié)果即各用戶發(fā)送信息。
[0075] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中基于期望傳播算法的陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)SC-FDMA 鏈路實現(xiàn)方法相比于傳統(tǒng)方法具有W下顯著特征：
[0076] 多用戶聯(lián)合干擾消除與譯碼，提高了系統(tǒng)頻譜利用率;本發(fā)明中陣列天線衛(wèi)星通 信系統(tǒng)使用SC-抑MA多址技術(shù)，通過聯(lián)合干擾消除與譯碼，有效消除了各小區(qū)之間的同步的 干擾，極大提高了系統(tǒng)對頻譜資源的利用率。本發(fā)明中使用基于期望傳播的算法實現(xiàn)聯(lián)合 干擾消除與譯碼，相比于傳統(tǒng)的干擾消除方法，系統(tǒng)復(fù)雜度得到了極大地降低。
【附圖說明】
[0077] 圖1基于期望傳播算法的多用戶聯(lián)合干擾消除與譯碼實現(xiàn)流程圖；
[0078] 圖2基于期望傳播算法的多用戶聯(lián)合干擾消除與譯碼消息傳遞因子圖；
[0079] 圖3基于期望傳播算法的陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)SC-FDMA鏈路實現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0080] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明所述方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0081 ] 實施例1
[0082] 本發(fā)明提出的基于期望傳播算法的陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)SC-抑MA鏈路實現(xiàn)方法 的流程圖如附圖1所示，本發(fā)明包括W下步驟：
[0083] 算法從"多用戶檢測節(jié)點(diǎn)"開始，首先初始化與其相關(guān)的消息（本方法中節(jié)點(diǎn)間傳 遞的消息都采用高斯近似來簡化運(yùn)算，因此只要初始化各消息相應(yīng)的均值和方差即可）。之 后利用因子圖中消息傳遞的規(guī)則，計算更新各變量節(jié)點(diǎn)與函數(shù)節(jié)點(diǎn)間傳遞的消息。在"映 射/反映射"節(jié)點(diǎn)，利用當(dāng)前消息計算發(fā)送變量符號對應(yīng)的各發(fā)送比特的最大似然比化R并 發(fā)送至"編碼/譯碼"節(jié)點(diǎn)。"編碼/譯碼"節(jié)點(diǎn)進(jìn)行譯碼操作得到譯碼結(jié)果并輸出更新后的編 碼比特的LLR。利用新的LLR基于因子圖消息傳遞的規(guī)則，計算更新各變量節(jié)點(diǎn)與函數(shù)節(jié)點(diǎn) 間傳遞的消息至"多用戶檢測節(jié)點(diǎn)"，本次迭代完成。
[0084] 實施例2
[0085] W下實施例假設(shè)用戶在t時刻發(fā)送信息，接收端在t時刻接收用戶發(fā)送的信息并估 計發(fā)送端在t時刻的發(fā)送信息，即W下實施例未考慮發(fā)送端與接收端傳輸信息的延時，而當(dāng) 具體應(yīng)用考慮延時信息時下述技術(shù)方案僅需要結(jié)合本領(lǐng)域的公知常識簡單變形即可，并不 需要付出創(chuàng)造性的勞動。此外，下述技術(shù)方案將發(fā)送信號近似為高斯分布，當(dāng)發(fā)送信號不符 合高斯分布時也可W借鑒如下技術(shù)方案實現(xiàn)消除干擾的聯(lián)合譯碼的效果。
[0086] 本發(fā)明使用基于期望傳播的算法，通過將消息在"譯碼節(jié)點(diǎn)"、"映射/反映射節(jié)點(diǎn)" 和"多用戶檢測節(jié)點(diǎn)"之間反復(fù)迭代，在達(dá)到一定迭代次數(shù)W后，本發(fā)明可W實現(xiàn)陣列天線 衛(wèi)星通信系統(tǒng)多用戶之間的聯(lián)合干擾消除和譯碼。
[0087] 為了降低復(fù)雜度，規(guī)定了消息傳遞順序：多用戶檢測節(jié)點(diǎn)根據(jù)輸入接收信號信息 更新消息，并傳遞至映射節(jié)點(diǎn)，映射節(jié)點(diǎn)更新消息后傳遞至譯碼節(jié)點(diǎn)，一旦譯碼器更新了 化R(最大似然比)并將其傳遞至多用戶檢測節(jié)點(diǎn)，新一輪迭代開始，消息從因子圖底部向上 傳遞并立即返回。
[0088] 本發(fā)明針對陣列天線衛(wèi)星多用戶系統(tǒng)的上行鏈路，其應(yīng)用SC-抑MA多址方式。系統(tǒng) 中有N個獨(dú)立用戶，第n個用戶在t時刻在時域發(fā)送符號記為為Sa=y"，苗,，...，請了乂 EA A 為2。階調(diào)制符號集合，K為子載波的數(shù)量。對應(yīng)的頻域發(fā)送符號記為X。,=[為，4，...，誠了治 為用戶n在t時刻第k個子載波上發(fā)送的信號。衛(wèi)星配備了由M個天線陣元組成的天線陣列， 所有天線陣元在第k個子載波上接收到的頻域信號為yk，j4為第m個天線陣元t時刻在第k個 子載波上的接收信號。
[0089] 本發(fā)明在上述系統(tǒng)中利用期望傳播算法進(jìn)行聯(lián)合干擾消除和譯碼，第i次迭代中 從變量節(jié)點(diǎn)據(jù)傳遞至信道轉(zhuǎn)移函數(shù)節(jié)點(diǎn)記的消息記為(為) > 而在反方向傳遞的 消息記為本方法中為降低計算復(fù)雜度將其近似為高斯分布
Wmn多波束多用 戶頻域信道矩陣的第m行第n列的分量，哉;_^和為高斯分布的均值，:和嘴為 高斯分布的方差。
[0090] 同理，第i次迭代中從變量節(jié)點(diǎn)冶傳遞至函數(shù)節(jié)點(diǎn)茲的消息高斯近似記為 ^
................ 3均值，*^<^>^3自為方差)，而在反方向傳遞的消息高 斯近似記為.j
如勻值，為方差);第i次迭代中 從變量節(jié)點(diǎn)這傳遞至函數(shù)節(jié)點(diǎn)茲的消息高斯近似記為鐵(《）S 乂;:(妃.繁，於蝶W;、)（ 為均值,?,?為方差），而在反方向傳遞的消息高斯近似記為 '
;為均值，為方差），瑪為傅里葉變換矩 陣中的元素;從變量節(jié)點(diǎn)4傳遞至映射節(jié)點(diǎn)短的消息近似為
((61為均值，嫂為方差）。
[0091] 一種基于期望傳播算法的陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)SC-FDMA鏈路實現(xiàn)方法特征在 于，所述的方法具體過程是依次按照W下步驟實現(xiàn)的：
[0092] 步驟(1)初始化：
[0093] 堿為t時刻第n個用戶發(fā)送的第k個子載波上的符號，i為迭代計算次數(shù)，算法初始 化階段i = l，設(shè)置
[0094]
[0095]
[0096]
[0097] 發(fā)送時用戶將編碼比特信息<L(q=l，2,3…切映射為發(fā)送符號:《，瑞,為t時刻第n 個用戶發(fā)送符號4的第q個編碼比特。為/取值為0、1，第i = l次迭代中其概率分布初始化為 [009引
[0099] 步驟(2)傳播和更新信息：
[0100] 在規(guī)定的迭代次數(shù)內(nèi)，對于時刻t的系統(tǒng)在第i次迭代過程中，執(zhí)行W下步驟：
[0101] 步驟(2.1)對于編號n、m、k，有 0<n<N+l、0<m<M+l、0<k<K+l，計算變量節(jié)點(diǎn)4 傳遞與信道轉(zhuǎn)移函數(shù)節(jié)點(diǎn).謀之間傳遞的消息A心(.攻)/巖^、?。(為），通過高斯近似的方 法只需計算消息/<;;^；^冶)和片<^.,;>；：,)均值與方差，通過^下步驟更新：
[0102]
[0103]
[0104]
[0105]
[0106] 步驟(2.2)基于更新后的均值評方差巧>對于編號n、k、I，有0 <n<N+1、 0<1^<1(+1、0<1<1(+1，從函數(shù)節(jié)點(diǎn)滅傳遞至變量節(jié)點(diǎn)4的消息雌:~?;,,(乂，)，通過高斯近 似，計算更新消息堪一,Ja'u )均值方差：
[0107]
[010 引
[0109] 步驟(2.3)對于編號n、1，有0 <n <N+1、0 < 1 <K+1，變量節(jié)點(diǎn)攻流向映射節(jié)點(diǎn)始的 消息為成Ui (>,'?)，計算消息為UJ 乂I)高斯近似在迭代中的均值巧;和方差巧'，
[0110]
[0111]
[0112] 利用計算得到的均值巧>日方差Cf，計算產(chǎn)生符號社對應(yīng)編碼比特的化R。對于編 號q，有0<q<Q+l，計算出編碼比特瑞，的LLR:
[0113]
[0114] 譯碼器化掉'(端)}作為輸入并輸出外信息護(hù)'(域/)}，對于編號q，有。<q<Q+l， 更新編碼比特切，/的概率分布：
[0115]
[0116]
[0117] 步驟(2.4)利用批'(瑞)}對于編號n、1，有0<11<壯1、0<1<1(+1，計算更新映射 節(jié)點(diǎn)據(jù)傳遞向變景節(jié)點(diǎn)si的消息) _
[011 引
[0119] 步驟(2.4)基于更新后的片^、;,(乂,)>對于編號11、1，有0<11<壯1、0<1<1(+1，計算 變量節(jié)點(diǎn)記的掃一化晉信度貨'片,）并講一巧計貸巧挽估巧^日方差巧;i。
[0120]
[0121]
[0122]
[0123] 步驟(2.5)對于編號〇心1，有0<11<町1、0<1^<1(+1、0<1<1(+1，更新從變量節(jié)點(diǎn) 4傳遞至函數(shù)節(jié)點(diǎn)各:,的消息峰:-4,(乂:)，計算其高斯近似的均值巧,^',和方差巧一苗，
[0124]
[0125]
[0126] 步驟(2.6)對于編號11、4，有0<]1<壯1、0<1^<1(+1，更新函數(shù)節(jié)點(diǎn)備,^傳遞至變量節(jié) 點(diǎn)的消息冷U (誠)，計算其高斯近似的均值端_^和方差嘴一,t :
[0127]
[012 引
[0129] 少驟U;里發(fā)W J：少驟U;直到滿足迭代次數(shù)，輸出譯碼結(jié)果。
[0130] 此外，本發(fā)明還提供一種陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)的多用戶聯(lián)合干擾消除和譯碼系 統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包含：
[0131] 多用戶聯(lián)合檢測模塊，用于通過迭代計算實現(xiàn)衛(wèi)星接收信號的多用戶檢測W及干 擾消除;所述多用戶聯(lián)合檢測模塊的輸入包括各天線陣元的接收信號，由映射/反映射處理 模塊傳遞至該模塊的消息，且該用戶聯(lián)合檢測模塊的計算輸出為傳遞至映射/反映射處理 模塊的消息；
[0132] 映射/反映射處理模塊，用于實現(xiàn)用戶編碼比特與時域發(fā)送符號之間的映射/反映 射功能;其中，所述映射/反映射處理模塊的輸入信號為所述多用戶聯(lián)合檢測模塊傳遞至該 模塊的消息、由譯碼模塊計算輸出的更新后的各個編碼比特的最大似然比化R，所述映射/ 反映射處理模塊的輸出包括傳遞至多用戶聯(lián)合檢測模塊的消息、傳遞至譯碼模塊的各個編 碼比特的最大似然比LLR;
[0133] 譯碼模塊，用于實現(xiàn)衛(wèi)星對接收信號的譯碼功能;其中，所述譯碼模塊的輸入為所 述映射/反映射處理模塊處理得到的時域符號各編碼比特的最大似然比化R，所述譯碼模塊 的輸出為系統(tǒng)的譯碼輸出、傳遞向所述映射/反映射處理模塊的更新后的各編碼比特的最 大似然比LLR。
[0134] 實施例3
[0135] 本發(fā)明提出的一種基于期望傳播算法的陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)SC-抑M鏈路實現(xiàn) 方法，下面W-個多用戶SC-抑MA系統(tǒng)上行鏈路為例進(jìn)行說明。
[0136] 考慮一個多用戶的SC-抑MA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附圖3所示。地面端擁有N = 32個不同用戶，每個用戶來自不同的小區(qū)，衛(wèi)星配置了由M = 32個天線陣元組成的天線陣 列。系統(tǒng)采用單色頻率復(fù)用，共有N=32個來自不同小區(qū)的獨(dú)立用戶共享某塊相同的時頻資 源。每一個用戶使用長度為Ne = 4096,1/2碼率的LDPC編碼與QPSK調(diào)制，每個用戶子載波數(shù)K = 16。
[0137] 多用戶的SC-抑MA衛(wèi)星通信系統(tǒng)實現(xiàn)關(guān)鍵在于多用戶檢測與干擾消除。本方法中 提出在接收端利用期望傳播算法進(jìn)行聯(lián)合干擾消除與譯碼。傳統(tǒng)方法則利用MMSE檢測器迭 代進(jìn)行干擾消除W及譯碼。分別利用本發(fā)明中提出的方法W及傳統(tǒng)方法對于W上方法進(jìn)行 實現(xiàn)，通過仿真驗證了本發(fā)明方法可W在線性計算復(fù)雜度的情況下，達(dá)到良好的干擾消除 效果。
[0138] 總之本發(fā)明提出一種基于期望傳播算法的陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)多用戶聯(lián)合干 擾消除和譯碼方法。本發(fā)明結(jié)合因子圖的結(jié)構(gòu)聯(lián)合處理多用戶系統(tǒng)的干擾消除與譯碼。并 且通過采用期望傳播算法進(jìn)一步降低計算復(fù)雜度。本發(fā)明具有線性計算復(fù)雜度且具有良好 的干擾消除性能。
[0139] 最后所應(yīng)說明的是，W上實施例僅用W說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方 案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1. 一種陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)的多用戶檢測譯碼方法，該方法用于針對陣列天線衛(wèi)星 多用戶采用SC-抑MA多址方式接入的系統(tǒng)的上行鏈路的多用戶聯(lián)合干擾消除和譯碼，所述 方法為:通過將消息在"譯碼節(jié)點(diǎn)"、"映射/反映射節(jié)點(diǎn)"和"多用戶檢測節(jié)點(diǎn)"之間反復(fù)迭 代，在達(dá)到一定迭代次數(shù)W后，進(jìn)而實現(xiàn)陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)多用戶之間的聯(lián)合干擾消 除和譯碼，輸出消除干擾的譯碼結(jié)果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)的多用戶聯(lián)合干擾消除和譯碼方法， 所述方法具體包含： 步驟101)利用因子圖中消息傳遞的規(guī)則，計算并更新各變量節(jié)點(diǎn)與函數(shù)節(jié)點(diǎn)間傳遞的 消息，并將更新的各變量節(jié)點(diǎn)與函數(shù)節(jié)點(diǎn)間傳遞的消息傳遞至多用戶檢測節(jié)點(diǎn)，再由多用 戶檢測節(jié)點(diǎn)將更新的各變量節(jié)點(diǎn)與函數(shù)節(jié)點(diǎn)間傳遞的消息傳遞至"映射/反映射"節(jié)點(diǎn)； 在"映射/反映射"節(jié)點(diǎn)，利用當(dāng)前消息計算用戶端發(fā)送的變量符號對應(yīng)的各發(fā)送比特 的最大似然比LLR并將計算得到的最大似然比LLR發(fā)送至"編碼/譯碼"節(jié)點(diǎn)； "編碼/譯碼"節(jié)點(diǎn)進(jìn)行譯碼操作得到譯碼結(jié)果并輸出更新后的編碼比特的最大似然比 LLR； 其中，所述變量節(jié)點(diǎn)代表各用戶在各子載波上的發(fā)送符號；函數(shù)節(jié)點(diǎn)代表信道對應(yīng)于 各天線陣元的各接收子載波上的分量； 步驟102)判斷是否滿足了迭代要求，如果滿足了迭代條件則結(jié)束迭代并將譯碼器在最 后一次迭代中的譯碼結(jié)果作為用戶的譯碼結(jié)果進(jìn)行輸出； 否則返回步驟101)對接收的所有用戶的發(fā)送信息開始再一次迭代。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)的多用戶聯(lián)合干擾消除和譯碼方法， 其特征在于，所述步驟101)之前還包含： 步驟100)初始化與多用戶檢測節(jié)點(diǎn)相關(guān)的消息； 其中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)間傳遞的消息均為高斯近似時，所述與多用戶檢測節(jié)點(diǎn)相關(guān)的消息包含： 均值和方差。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)的多用戶聯(lián)合干擾消除和譯碼方法， 其特征在于，當(dāng)節(jié)點(diǎn)間傳遞的消息均為高斯近似時，所述步驟100)進(jìn)一步包含： 步驟100-1)假設(shè)4為t時刻第η個用戶發(fā)送的第k個子載波上的符號，i為迭代計算次 數(shù)，初始化過程包含對W下參數(shù)賦初值：其中，二分別為從函數(shù)節(jié)點(diǎn)/nt傳遞至變量節(jié)點(diǎn)端的消息在第"i-1"次迭代 時高斯分布的均值和方差;·為從函數(shù)節(jié)點(diǎn)傳遞至變量節(jié)點(diǎn)誠的消息在第i 次迭代時高斯分布的均值和方差；自分別為從變量節(jié)點(diǎn)讀傳遞至函數(shù)節(jié)點(diǎn)gf, 的消息在第"i-r次迭代時的均值和方差； 步驟100-2)發(fā)送時用戶將編碼比特信息站f映射為發(fā)送符號延，鴻，為t時刻第η個用戶 發(fā)送符號4的第q位編碼比特，所述編碼比特項,取值為0或1，在第i = l次迭代中編碼比特的 概率分布初始化為：其中，q=l，2,3. . .Q，Q為系統(tǒng)調(diào)制階數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)的多用戶聯(lián)合干擾消除和譯碼方法， 其特征在于，所述步驟101)進(jìn)一步包含： 步驟lOl-U計算變量節(jié)點(diǎn)4與信道轉(zhuǎn)移函數(shù)節(jié)點(diǎn)總之間傳遞的消息(誠)和 請)，通過高斯近似的方法采用如下公式計算傳遞的消息的均值和方差：其中，0<n<N+l、0<m<M+l、0<k<K+l，N為系統(tǒng)用戶數(shù)量、M為衛(wèi)星天線陣元數(shù)量、K 為子載波數(shù)目；.巧^;,、哨為消息/堪(4 )的均值和方差，鳴Ad、為消息 嫂-r,V(誠)的均值和方差，4-1;,、rjli,為第"i-1"次迭代時函數(shù)節(jié)點(diǎn)記，傳遞至變量節(jié)點(diǎn) 讀消息/貨(讀)的均值和方差，.?一、、嘴一4為第i次迭代時函數(shù)節(jié)點(diǎn)詔傳遞至變量節(jié) 點(diǎn)誠消息端一,,,(4)的均值和方差，.?:過、為第"i-1"次迭代變量節(jié)點(diǎn)苗時傳遞至 函數(shù)節(jié)點(diǎn)癥t消息/<瓦4(冶）的均值和方差，誠為t時刻衛(wèi)星第m個天線陣元接收的第k個子 載波上的信號，σ2為信道加性高斯白噪聲的方差，wmn系統(tǒng)頻域信道矩陣的第m行第η列的分 量； 步驟101-2)基于更新后的和方差從變量節(jié)點(diǎn)誠傳遞至函數(shù)節(jié)點(diǎn)的 消息表示為，通過高斯近似計算更新消息的均值和方差：g中，鳴^自、結(jié)分別為消，島均值芽η方^，蹲^'禮為消，島 片<,^；^、^_^4!)的均值和方差，*^^系統(tǒng)頻域信道矩陣的第111行第11列的分量； 步驟101-3)基于更新后的均值i?^q;,和方差^54g自，從函數(shù)節(jié)點(diǎn)g^傳遞至變量節(jié)點(diǎn)妓的 消息表示為，(乂,），通過高斯近似計算更新消息片24,;>;")的均值和方差：其中，·分別為撤島的均值和方差，巧^^' 分別為第i次 迭代變量節(jié)點(diǎn)4,傳遞至函數(shù)節(jié)點(diǎn)茲消息αΓ；。。自(攻)的均值和方差，<；U.、墻分別為消 息八^_>,^"^；：,)的均值和方差^為傅里葉變換矩陣，。1^為。中第4行第1列的元素； 步驟1〇1_4)變量節(jié)點(diǎn)這流向映射節(jié)點(diǎn)玻的消息表示為成K)，計算消息成Ui (與，） 對應(yīng)的高斯近似在第i迭代中的均值和方差;其中，堪一,4、墻一^"分別為消息冷U',, (乂,)在第i次迭代時的均值和方差，切傅里葉變 換矩陣，F(xiàn)ki為F中第k行、第1列的元素； 步驟101-5)在步驟101-4)計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，計算第i次迭代符號4對應(yīng)編碼比特的最 大似然比LLR;對于符號么對應(yīng)的第q位編碼比特瑞，計算出瑞的最大似然比LLR:其中，0<q<Q+l，Q為系統(tǒng)調(diào)制階數(shù)，A為29階調(diào)制符號集合，A^e、Agi分別為第q位比特 為0或1的符號子集，堿)為第q位比特的概率分布； 譯碼器W計算得到的·(巧，(端作為輸入并輸出外信息·(皆i (瑞)}; 對于編號q，更新編碼比特項/的概率分布，其中:〇<q<Q+l:其中，有〇<n<N+巧Ρ0<1<Κ+1; 步驟loi-e)利用·(王…(瑞)}，計算更新映射節(jié)點(diǎn)《傳遞向變量節(jié)點(diǎn)4的消息誠'一心片,）；其中，0<n<N+l、0< 1 <Κ+1;瑞為符號達(dá)對應(yīng)的第q位比特； 步驟101-7)基于更新后的(乂,)，對于編號n、l計算變量節(jié)點(diǎn)凍的歸一化置信度 巧'K)，并進(jìn)一步計算嫂倒的均值巧和方差嘴:其中，0<n<N+l、0<l<K+l，嘴、蝶為第i次迭代中撤島卷《(乂，)的均值和方差； 步驟101-7)對于編號n、k、l，更新從變量節(jié)點(diǎn)攻傳遞至函數(shù)節(jié)點(diǎn)公,的消息乂1)， 計算消高斯近似的均值.和方差其中，0<n<N+l、0<k<K+l、0<1<Κ+1;^、為步驟101-6計算的歸一化置信度 巧1片）的均值和方差，墻_";,,、墻^、,，分別為消息的均值和方差，F(xiàn)為傅里葉變換 矩陣，F(xiàn)ki為F中第k行、第1列的元素； 步驟101-8)對于編號n、k，更新函數(shù)節(jié)點(diǎn)傳遞至變量節(jié)點(diǎn)^的消息(.詩)，計算 消息高斯近似的均和方差=其中，0<n<N+l、0<k<K+l，?^_巧5、?U?；^為消息片??一s4K)高斯近似的均值和方 差，F(xiàn)為傅里葉變換矩陣，F(xiàn)ki為F中第k行、第1列的元素。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的陣列天線衛(wèi)星通信系統(tǒng)的多用戶聯(lián)合干擾消除和 譯碼方法，其特征在于，根據(jù)迭代輸出結(jié)果是否滿足系統(tǒng)需求或者迭代次數(shù)是否達(dá)到規(guī)定 次數(shù)兩個原則之一判斷是否滿足了迭代條件。
【文檔編號】H04L25/03GK105978662SQ201610302674
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】吳勝, 張劍, 匡麟玲, 倪祖耀
【申請人】清華大學(xué)