[发明专利]多用户联合编码调制系统

说明书

本发明公开了一种多用户联合编码调制系统，利用本发明可以有效地在实际运用中根据通信信道特性，对于复杂度和性能的不同要求选取不同的信道阈值，从而实现不同的检测译码效果。本发明通过下述技术方案予以实现：在卫星通信上行场景下，终端用户发送的信息比特流，首先经过前向纠错码FEC编码器(1)进行编码，编码后的比特通过比特交织器(2)，随后经过稀疏码多址接入SCMA调制器(3)进行比特到符号的映射，映射后的符号在多个正交资源块(4)上进行传输，分配给每个终端用户不同的码本矩阵，然后通过天线进入通信信道(5)；在接收端，基于信息迭代算法原理，通过联合检测译码接收机(9)还原原始信息流，传输到用户1…用户k。

技术领域

本发明属于卫星通信领域，具体涉及到一种SCMA调制下基于通信信道特性的多用户联合编码调制系统。

技术背景

在卫星通信领域，传统的正交多址接入方式主要采用了正交的时频域资源分配方式，在有限的频谱效率和复杂的正交资源调度约束下，难以满足超高系统接入容量、超低时延和海量用户连接这些关键指标。因此，基于非正交时频资源分配方式的新型多址技术被提出和加速研究，试图解决连接数有限的瓶颈问题，提高单星终端用户接入数量。

信道编码技术是卫星通信系统中的另一个核心技术。前向纠错码FEC作为信道编码技术中应用较为广泛的编码技术，前向纠错主要是利用软件技术(也需少量硬件)在发送端对输入信息进行编码，在接收端再对之进行解码，然后用新的编码流进行传输，在接收端再进行解码与纠错，以此获得增益从而增加系统的传输距离。前向纠错技术在确保信号的长距可靠传输方面起着非常重要的作用。FEC对接收信号处理方式的不同可以分为硬判决译码和软判决译码两大类。硬判决译码是基于传统纠错码观点的译码方法：解调器首先对信道输出值进行最佳硬判决，如对二进制数据，硬判决译码器接收到的是确定的“0/1”码流，解调器将判决结果送入译码器，译码器根据判决结果，利用码字的代数结构来纠正其中的错误。软判决译码则充分利用了信道输出的波形信息，解调器将匹配滤波器输出的一个实数值送入译码器，即软判决译码器需要的不仅仅是“0/1”码流，还需要“软信息”来说明这些“0/1”的可靠程度，即离判决门限越远，判决的可靠性就越高，反之可靠性就越低。软判决包含了比硬判决更多的信道信息，译码器能够通过概率译码充分利用这些信息，从而获得比硬判决译码更大的编码增益。在相同码率下，软判决前向纠错FEC较硬判决前向纠错FEC有更高的增益，但译码复杂度会成倍增加。

由于稀疏码多址接入SCMA的检测算法和大部分软判决FEC码的解码算法都是基于MPA进行的，已有的研究将这两个融合在一起进行设计，在接收端考虑基于联合因子图的联合检测译码算法，带来了性能的提升。因此，稀疏码多址接入SCMA和软判决FEC码的联合研究吸引了越来越多的研究兴趣。稀疏码多址接入SCMA技术是一种基于码本的、频谱效率接近最优化的非正交多址技术。码本设计和多用户检测算法是确保整个SCMA系统能够获得好的性能和灵活性的关键因素。

现有SCMA通信系统都是基于并行策略的消息传递算法(MPA)进行多用户检测，目前，SCMA的检测算法主要基于消息迭代(MPA)算法。稀疏码多址接入(SCMA)是上行链路(UP)无线空口技术之一，消息传递算法(MPA)是SCMA多用户检测的主要方法。原始MPA的消息传输机制是采用并行策略，在每轮迭代过程中，所有的资源节点与用户节点都是同时处理与传递消息。这在实际工程应用中，不仅会占用大量的硬件资源，而且还需要大容量的存储器保存中间变量。另外，原始MPA的消息传递的收敛性并非最佳，需要多次迭代才能正确检测，故它有较大的检测复杂度。MPA算法还需要穷尽搜索所有的用户以及各自码本的可能组合，因此复杂度极高，且随着用户数的增加而呈指数级增长，这就限制了其在实际通信系统中的运用。SCMA技术中基于对数域的MAX-Log消息传递算法(MPA)存在检测性能较差的问题。MPA算法迭代更新所有码字消息，所有消息概率收敛后迭代结束。因此，MPA算法复杂度较高。由于码字的稀疏性，SCMA采用消息传递算法(MPA)实现多用户检测，但是复杂度还是相对较高，存在信息收敛速度不理想的问题，以至于很难应用于实际系统。