本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種SCMA系統(tǒng)的Max-Log型MPA檢測(cè)算法的性能補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

SCMA(Sparse Code Multiple Access)多址接入算法是為滿足未來(lái)5G系統(tǒng)的大容量、海量連接、低延時(shí)的需求而設(shè)計(jì)的新型多址接入算法。相對(duì)于已有的對(duì)時(shí)頻接入資源采用正交利用方式的CDMA及OFDM多址接入技術(shù)，SCMA采用的是將不同用戶的信息以非正交的方式疊加到時(shí)頻接入資源上的多址接入方式。在相同的時(shí)頻接入資源條件下，SCMA多址接入技術(shù)可以提供更大的接入容量和更低的接入時(shí)延。SCMA多址接入系統(tǒng)主要由SCMA編碼和MPA檢測(cè)，Turbo編碼和譯碼共四部分構(gòu)成。其中，SCMA編碼、MPA(消息傳遞算法)檢測(cè)模塊分別實(shí)現(xiàn)了用戶信息向時(shí)頻接入物理資源的非正交映射和從時(shí)頻接入資源上分離出用戶的信息的功能，它們是SCMA多址接入系統(tǒng)的核心模塊。Turbo編碼、譯碼模塊是為了提升SCMA系統(tǒng)核心模塊分離性能的輔助模塊，其對(duì)整體系統(tǒng)的性能的實(shí)現(xiàn)具有重要作用。

基本MPA檢測(cè)算法雖然可完成SCMA的用戶信號(hào)檢測(cè)和分離的功能，但其中使用的大量指數(shù)運(yùn)算會(huì)帶來(lái)較大的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化范圍，運(yùn)行程序時(shí)很容易導(dǎo)致溢出。另外在采用查表法獲取指數(shù)運(yùn)算值時(shí)會(huì)需要大量存儲(chǔ)空間。這些問(wèn)題使SCMA接入方式在實(shí)際使用中面臨著計(jì)算復(fù)雜度高，硬件資源開(kāi)銷大等瓶頸。和turbo碼的Max-Log-map簡(jiǎn)化算法類似，在實(shí)際使用中常采用Max-Log簡(jiǎn)化運(yùn)算來(lái)取代指數(shù)運(yùn)算，即用一定的性能損失來(lái)?yè)Q取運(yùn)算速度的提升和存儲(chǔ)資源的節(jié)省。

相對(duì)于基本的MPA檢測(cè)算法，Max-Log簡(jiǎn)化型MPA檢測(cè)方法可以顯著降低計(jì)算復(fù)雜度和減少硬件開(kāi)銷。但相應(yīng)地，Max-Log簡(jiǎn)化也會(huì)帶來(lái)較大程度的用戶信號(hào)檢測(cè)和分離性能損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種SCMA系統(tǒng)的Max-Log型MPA檢測(cè)算法的性能補(bǔ)償方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

一種SCMA系統(tǒng)的Max-Log型MPA檢測(cè)算法的性能補(bǔ)償方法，包括：

Max-Log型MPA譯碼器對(duì)多用戶信號(hào)y進(jìn)行檢測(cè)和分離，輸出的信號(hào)LLRs_in經(jīng)過(guò)Turbo譯碼器譯碼，輸出信號(hào)LLRs_out經(jīng)概率計(jì)算器再次反饋輸出至所述Max-Log型MPA譯碼器的輸入端，經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的迭代檢測(cè)后，所述Turbo譯碼器的輸出信號(hào)LLRs_out最終輸出至判決器進(jìn)行判決；

所述概率計(jì)算器的處理方法具體包括：所述Turbo譯碼器輸出的信號(hào)LLRs_out包括第一比特的軟信息Ex_LLR₁和第二比特的軟信息Ex_LLR₂，所述第一比特的軟信息表達(dá)式為：

所述第二比特的軟信息表達(dá)式為：

其中，b₁和b₂表示兩個(gè)連續(xù)的輸出比特，P(b₁＝1)表示輸出比特b₁為1的檢測(cè)概率值，P(b₁＝0)表示輸出比特b₁為0的檢測(cè)概率值，P(b₂＝1)表示輸出比特b₂為1的檢測(cè)概率值，P(b₂＝0)表示輸出比特b₂為0的檢測(cè)概率值；

根據(jù)式(1)可得：

由式(2)可得：

由式(3)、(4)、(5)和(6)可得反饋給MPA譯碼器的每個(gè)SCMA輸入符號(hào)的對(duì)數(shù)先驗(yàn)信息為：

其中，i和j的取值為0或1，對(duì)式(7)采用Max-Log方法簡(jiǎn)化得到：

將由式(8)計(jì)算得到的簡(jiǎn)化后的對(duì)數(shù)先驗(yàn)信息輸入至所述Max-Log型MPA譯碼器。

優(yōu)選地，所述概率計(jì)算器的迭代檢測(cè)次數(shù)為2次。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明中提出了一種對(duì)經(jīng)Max-Log簡(jiǎn)化的MPA檢測(cè)模塊進(jìn)行外迭代的優(yōu)化方法，以對(duì)Max-Log簡(jiǎn)化帶來(lái)的檢測(cè)和分離性能損失進(jìn)行彌補(bǔ)。仿真結(jié)果表明本發(fā)明的補(bǔ)償方法能夠帶來(lái)0.5～1dB的信噪比增益，即其能在一定程度上彌補(bǔ)由于Max-Log簡(jiǎn)化帶來(lái)的性能損失，這個(gè)性能彌補(bǔ)方法將對(duì)提升SCMA多址接入方案在未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)中的可行性具有重要意義。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為常用的Max-Log型MPA-Turbo檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中使用的Max-Log型MPA-Turbo檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖3為不同信噪比下的Max-Log型MPA檢測(cè)系統(tǒng)的仿真圖；

圖4為不同迭代次數(shù)下的Max-Log型MPA檢測(cè)仿真圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在介紹本發(fā)明的技術(shù)方案前，首先對(duì)一些技術(shù)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行解釋：

Max-Log型MPA-Turbo檢測(cè)系統(tǒng)：如圖1所示，常用的Max-Log型MPA-Turbo檢測(cè)系統(tǒng)如圖1所示，多用戶信號(hào)y經(jīng)過(guò)Max-Log型MPA譯碼器譯碼后得到采用對(duì)數(shù)似然比形式的外信息LLRs_in，該外信息LLRs_in經(jīng)過(guò)Turbo譯碼器譯碼后得到外信息LLRs_out，最后經(jīng)過(guò)判決器處理后輸出。

本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于：在Max-Log型MPA-Turbo檢測(cè)系統(tǒng)中增加一個(gè)概率計(jì)算器，如圖2所示，經(jīng)過(guò)Turbo譯碼器處理的信號(hào)不是直接輸出至判決器進(jìn)行判決輸出，而是經(jīng)概率計(jì)算器處理后反饋輸出至Max-Log型MPA譯碼器輸入端，再次進(jìn)行檢測(cè)處理。在反復(fù)迭代檢測(cè)一定次數(shù)后，Turbo譯碼器譯輸出信號(hào)LLRs_out將最終輸出至判決器進(jìn)行最終判決。在本實(shí)施例中，所述概率計(jì)算器的迭代檢測(cè)次數(shù)為2次。

下面對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種SCMA系統(tǒng)的Max-Log型MPA檢測(cè)算法的性能補(bǔ)償方法，包括：

Max-Log型MPA譯碼器對(duì)多用戶信號(hào)y進(jìn)行檢測(cè)和分離，輸出的信號(hào)LLRs_in經(jīng)過(guò)Turbo譯碼器譯碼，輸出信號(hào)LLRs_out經(jīng)概率計(jì)算器再次反饋輸出至所述Max-Log型MPA譯碼器的輸入端，經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的迭代檢測(cè)后，所述Turbo譯碼器的輸出信號(hào)LLRs_out最終輸出至判決器進(jìn)行判決；

所述概率計(jì)算器的處理方法具體包括：所述Turbo譯碼器輸出的信號(hào)LLRs_out包括第一比特的軟信息Ex_LLR₁和第二比特的軟信息Ex_LLR₂，所述第一比特的軟信息表達(dá)式為：

所述第二比特的軟信息表達(dá)式為：

其中，b₁和b₂表示兩個(gè)連續(xù)的輸出比特，P(b₁＝1)表示輸出比特b₁為1的檢測(cè)概率值，P(b₁＝0)表示輸出比特b₁為0的檢測(cè)概率值，P(b₂＝1)表示輸出比特b₂為1的檢測(cè)概率值，P(b₂＝0)表示輸出比特b₂為0的檢測(cè)概率值；

根據(jù)式(1)可得：

由式(2)可得：

由式(3)、(4)、(5)和(6)可得反饋給MPA譯碼器的每個(gè)SCMA輸入符號(hào)的對(duì)數(shù)先驗(yàn)信息為：

其中，i和j的取值為0或1，由式(7)可知，經(jīng)過(guò)上述計(jì)算得到的反饋給MPA譯碼器的對(duì)數(shù)先驗(yàn)信息也具有計(jì)算復(fù)雜度大的缺點(diǎn)，因此對(duì)式(7)采用Max-Log方法簡(jiǎn)化得到：

將由式(8)計(jì)算得到的簡(jiǎn)化后的對(duì)數(shù)先驗(yàn)信息輸入至Max-Log型MPA譯碼器。

圖3中的兩條曲線分別為采用外迭代機(jī)制和不采用外迭代機(jī)制的Max-Log型MPA簡(jiǎn)化檢測(cè)算法的仿真曲線。從兩條曲線的差異上可以明顯看出，本文中提出的外迭代性能彌補(bǔ)方案相對(duì)已有的Max-Log簡(jiǎn)化方案能帶來(lái)0.5～1dB的信噪比增益，即其能在一定程度上彌補(bǔ)由于Max-Log簡(jiǎn)化帶來(lái)的性能損失。另外，在圖4仿真圖中給出了補(bǔ)充的在不同外迭代次數(shù)下的系統(tǒng)性能仿真結(jié)果。通過(guò)進(jìn)一步分析可知在不同的信噪比情況下，系統(tǒng)的整體性能都在迭代2次時(shí)發(fā)生突變，而后增加迭代次數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能變化的影響較小。因此，在實(shí)際采用外迭代的設(shè)計(jì)中選取較大的迭代次數(shù)是無(wú)太大的意義的，實(shí)際應(yīng)用中可將迭代次數(shù)選取為2。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤(pán)存儲(chǔ)器、CD-ROM、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來(lái)描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過(guò)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。