[发明专利]低轨星地链路下高谱效稀疏码多址接入多用户迭代检测译码方法

权利要求书

1.低轨星地链路下高谱效稀疏码多址接入多用户迭代检测译码方法，其特征是：在面向低轨卫星物联网场景下，

假设J个用户共享N个资源块，并且J＞N；高谱效稀疏码多址接入系统的过载因子被定义为λ＝J/N；J、N均为正整数；则一次低轨星地链路下高谱效稀疏码多址接入多用户迭代检测译码方法具体为：

对于用户j,L_b个信息比特通过Turbo编码器被编码为L_c个编码比特其编码率为R＝L_b/L_c；在信道编码器和SCMA编码器之间使用交织器以减少编码比特和突发错误之间的相关性，交织器Π_j对编码比特c_j进行交织并映射为相应的符号通过SCMA编码器将交织的编码比特a_j映射为相应的SCMA信号x_j＝[x_0,j,x_1,j,...,x_N-1,j]，并且符号长度变为L_x＝L_c/log₂|M|；然后SEFDM调制器将用户的SCMA信号转换为SEFDM时域信号；

由于是适用于低轨卫星星地链路的多径衰落信道模型下的系统模型；复杂信道引入了码间串扰，多径衰落等各方面的干扰，针对信道引入的码间串扰，采用最基本的加循环前缀的方式进行解决；

加CP的操作需要在完成SEFDM符号生成操作之后进行，设未加CP的数据为S，那么：

s＝F^-1·x (1)

其中s为原始信源符号，x是SCMA信号，F^-1代表傅立叶逆变换(IDFT)；

设加上CP后的数据为s_cp，多径衰落信道的单位脉冲响应为h，信道噪声为n，那么刚经过信道后的接收端数据形式为：

r＝h*s_cp+n (2)

其中*表示线性卷积；

在接收端，接收到数据之后首先要进行去除CP以及由卷积引起的数据拖尾，该操作在时域无法用公式明确写出，但是由于CP的加入，不仅使得ISI得以消除，还将线性卷积变成了圆周卷积，假设在接收端除去CP和拖尾后的数据为y，则有：

y＝h_NΘs+n_N (3)

其中Θ表示圆周卷积，卷积周期为N，N表示单个SEFDM符号的长度，h_N表示由h补零到N点后的数据，n_N为截断后的噪声；

采用信道均衡方式，利用CP将线性卷积变成圆周卷积的特性，直接将信道的作用消除，以保证系统能够重用原先的失真矩阵，由于该操作利用了圆周卷积时域卷积在频域是乘积的特性，因此叫做频域处理法，该方法的具体操作如下：首先将式(3)变换到频域有：

Y＝H_NgS+N_N (4)

其中H_N为多径衰落信道的单位脉冲响应h的频域形式，由于是圆周卷积，其变换到频域所做的DFT点数为N；S是SEFDM信号s的频域形式；g表示矩阵之间做的是点乘；N_N是与数据同时进行首尾截断过的剩余噪声的频域形式；

经过频域处理后，接收端信号为R，设经过去除CP和拖尾数据后的截断噪声为n_H，则得到：

R＝G·x+F·n_H (5)

其中：F代表傅里叶变换(DFT)，经过频域处理法的一系列处理，信号形式变成了与AWGN信道下相似的形式，且失真矩阵完全被重用，因此经过频域处理法的处理后，直接使用ID检测算法进行信号的检测处理；

在SEFDM解调之后，信号被发送到接收端的IMUDD；

迭代检测(ID)方法如下所示：

d＝ωR⁰+(I-ωG)R^n-1 (6)

其中，G是失真矩阵，ω是收敛因子，d是n次迭代后的输出，R⁰是接收器获得的初始估计，R^n-1是n-1次迭代后的输出，I是单位矩阵；

矩阵G的第k行和第l列的元素表示为：

其中，α＝N/K表示带宽压缩因子，K是傅里叶变换的点数；

对于这种迭代方法，如果失真的功率小于信号的功率，则在无限次迭代之后重建所需的信号，但是，如果是非线性失真操作，则正确选择ω能够加快重建速度；由于AWGN信道的特性，根据之前的研究得到，第n个子信道的频域接收信号矢量简化为：

其中：x_n,j是x的第n行第j列元素，F_K代表K点DFT矩阵；

SISO MPA代表软输入软输出的信息传递方法，SISO MPA译码器对每个用户层的编码比特进行软判决，即后验对数似然比(LLR)，表示为：

通过应用贝叶斯，进一步得出：

其中：代表SISO MPA译码器的外部信息，表示先前迭代中给出的先验LLR，对于第一个迭代，设没有先验信息

根据公式(10)，对于a和x之间的关系：

以相同的方式定义，设为从中的编码位映射的一组码字，根据贝叶斯：

由于噪声矢量是独立地均匀分布的，并且与码字无关，所以，

其中P{x}是先验概率，得到：

条件概率密度函数P{d_n|x}由下式给出：

根据迭代检测的输出d_n和先验输入信息P{x}，消息更新变为：

其中κ表示归一化系数，

max^*(a,b)@log(e^a+e^b) (17)

LLR被解交织并馈送到Turbo译码器中；后验LLR的计算表示为：

其中：代表SISO Turbo译码器的外部信息，代表来自SISO MPA译码器的先验LLR。

2.根据权利要求1所述的低轨星地链路下高谱效稀疏码多址接入多用户迭代检测译码方法，其特征在于接收端的IMUDD；IMUDD的结构包括三部分：迭代检测单元，软输入输出的MPA解码器单元和K个并行软输入输出的Turbo解码器单元，K为正整数。