[发明专利]上行SCMA系统中基于观测矩阵优化导频序列的方法

权利要求书

1.上行SCMA系统中基于观测矩阵优化导频序列的方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一、建立由导频序列构成的观测矩阵模型；

步骤二、设置注册用户的导频集大小为N，信噪比阈值为γ；

若接收端SNR≤γ时，执行步骤三；若接收端SNR＞γ时，执行步骤四；

步骤三：若接收端SNR≤γ时，计算观测矩阵模型中BM′×BN大小的导频序列集构成的块稀疏观测矩阵Ψ；

其中，M′为一个衰落块的大小，N为注册用户的导频集大小，B为衰落块个数；

步骤四：若接收端SNR＞γ时，计算观测矩阵模型中BM′×BN大小的导频序列集构成的块稀疏观测矩阵Ψ；

所述步骤三中若接收端SNR≤γ时，计算观测矩阵模型中BM′×BN大小的导频序列集构成的块稀疏观测矩阵Ψ；具体过程为：

步骤三一：设定衰落块FB估计值和ZC序列长度N_ZC；

步骤三二：根据ZC序列长度N_ZC得到ZC根序列，根据ZC根序列得到导频序列，根据导频序列构成导频序列集；

步骤三三：根据导频序列集估计最大导频序列集大小：

步骤三四：筛选导频序列集，由筛选后的导频序列集ψ′计算观测矩阵模型中BM′×BN的块稀疏观测矩阵Ψ；

所述步骤四中若接收端SNR＞γ时，计算观测矩阵模型中BM′×BN大小的导频序列集构成的块稀疏观测矩阵Ψ；具体过程为：

步骤四一：设定衰落块估计值；

步骤四二：以高斯随机矩阵Φ_s作为初始矩阵Φ_s,计算初始矩阵的Gram矩阵Φ_s^TΦ_s；采用收缩Gram矩阵非对角线元素的方式优化观测矩阵，基于优化的观测矩阵计算观测矩阵模型中BM′×BN大小的导频序列集构成的块稀疏观测矩阵Ψ。

2.根据权利要求1所述上行SCMA系统中基于观测矩阵优化导频序列的方法，其特征在于：所述步骤一中建立由导频序列构成的观测矩阵模型；具体过程为：

步骤一一、对于上行SCMA系统，设定分配给用户随机接入的资源区域为M×L个资源单元，若全部M个频率资源均分配导频序列，则接收端接收的导频信号表示为y_p；表达式为：

其中，y_p为接收端接收的导频信号，v_p为M×1大小的高斯白噪声，为M×1大小的用户n的导频序列，n＝1,2,...,N；H_n为信道矩阵，γ′为活跃用户集；M为导频序列长度，L为时域符号长度；

信道矩阵H_n为

其中，h_n²为信道矩阵H_n中用户n在第2个载波上的信道值；

步骤一二、将SCMA频域M个资源单元RE分成B个衰落块，则块内频域载波数M'＝M/B，衰落块内首个时域符号分配给导频序列y_p进行活跃用户检测与信道估计；

步骤一三、在一个衰落块内导频序列表示为表达式为：

其中，为第b个衰落块的导频序列，ψ_n为M′×1大小的用户n的导频序列，h_n为信道矩阵H_n中用户n的信道值；为M′×1大小第b个衰落块的高斯白噪声；

令子序列分别表示第b个衰落块内用户n的信道增益和导频序列，此时在单个衰落块b内

若将信道稀疏表示，则式(4)写成

其中，为M′×N大小的第b个衰落块内用户的导频序列，为N×1大小的第b个衰落块内用户的信道增益，N为注册用户的导频集大小；

若导频序列占用B′衰落块，此时N×B′大小的信道矩阵表示为M′×B′大小的导频序列占用B′个衰落块接收端接收的导频信号则式(1)改写成

Y_p＝Ψ_ph_p+v_p (6)

其中，Y_p为导频序列占用B′个衰落块接收端接收的导频信号，Ψ_p为M′×N大小的B′个衰落块内用户的导频序列；v_p为M′×B′的噪声矩阵，为N×1大小的第B′个衰落块内用户的信道增益；为N×1大小的第B′个衰落块内用户的接收导频信号；

所述B′取值大于等于2个；

若以B′个衰落块的信道增益看做一个整体，将接收端接收的导频信号Y_p重新排列成M′B×1的列向量Y，得到以下模型

其中，为第M′个块内频域载波数M′B×1的块稀疏向量，为第M′个块内频域载波数第N个用户B×B的块稀疏对角矩阵，为第N个用户B×1块稀疏向量，Ψ为BM′×BN大小的导频序列集构成的块稀疏观测矩阵，h为信道矩阵，α_N为第N个用户二元向量，α＝[α₁ L α_N]，若α_n＝1代表第n个终端活跃，α_n＝0则不活跃；n＝1,2,...,N；

因此，活跃用户检测和信道估计问题就等同于估计信道矩阵h