[发明专利]一种基于深度神经网络的MIMO-SCMA下行链路通信方法

说明书

本发明涉及一种基于深度神经网络的MIMO‑SCMA下行链路通信方法，与现有技术相比解决了SCMA与MIMO技术难以有效结合的缺陷。本发明包括以下步骤：MIMO‑SCMA下行链路系统的设计；MIMO‑SCMA基站端进行数据发送；下行链路接收端进行数据接收并进行解码。本发明将深度神经网络合理地应用于MIMO‑SCMA下行链路信号传输与检测,提出了基于深度神经网络的MIMO‑SCMA下行链路系统设计方法。

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，具体来说是一种基于深度神经网络的MIMO-SCMA下行链路通信方法。

背景技术

MIMO-SCMA系统将SCMA与MIMO技术结合，可以充分利用SCMA的过载性和MIMO的空间复用性，进一步提升移动通信系统频谱利用率和通信容量，以满足广连结、低延时的通信需求。但SCMA与MIMO技术的结合面临以下问题：

1、接收端需进行MIMO检测和SCMA多用户检测，导致复杂度呈指数型上升，尤其是下行链路系统中用户端设备难以负荷。

2、SCMA码本设计没有结合多天线传输的特点，如图1所示，发射机的不同天线使用同一个SCMA码本，导致误码率性能没有得到足够的提升。

同时，传统MIMO-SCMA给每个用户分配固定码本的SCMA编码方式，且现有的MIMO-SCMA接收机大部分需分别进行MIMO检测和SCMA多用户检测才能恢复出每个用户的原始发送数据，导致检测复杂度太高。即使有一些联合检测算法的设计，由于采用基于因子图的消息传递算法，受制于天线数、用户数的影响，检测复杂度仍然呈指数型上升。

如何提出一种行之有效的MIMO-SCMA下行链路通信方法已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中SCMA与MIMO技术难以有效结合的缺陷，提供一种基于深度神经网络的MIMO-SCMA下行链路通信方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于深度神经网络的MIMO-SCMA下行链路通信方法，包括以下步骤：

MIMO-SCMA下行链路系统的设计：基于深度神经网络对MIMO-SCMA下行链路系统进行设计和训练；

MIMO-SCMA基站端进行数据发送：基站端根据配置的发射天线数目将用户的发送数据进行分组和调制，每个分组送入对应天线的SCMA编码器，得到编码输出x，并发送至下行链路的接收端；

下行链路接收端进行数据接收并进行解码：经通信信道传输后，下行链路的接收端接收信号y；由每个用户对接收到的信号y_j通过联合解码器进行联合解码，得到每个用户符号对所有用户符号进行解调，恢复出原始的用户发送数据。

所述的MIMO-SCMA下行链路系统的设计包括以下步骤：

建立多天线SCMA编码器：设定在MIMO-SCMA下行链路系统基站端设置若干个全连接的深度神经网络DNN单元，通过DNN单元建立基站端SCMA编码器；

建立联合解码器：设定在MIMO-SCMA下行链路系统接收端采用全连接的DNN建立联合解码器；

对MIMO-SCMA下行链路系统进行训练。

所述建立多天线SCMA编码器包括以下步骤：

将基站的单根发射天线m与映射矩阵F_m相对应，计算映射矩阵F_m第j列向量中非零元素的个数则第m根天线上给第j个用户分组配置个码字映射器；

每一个码字映射器结构为一个全连接的深度神经网络DNN单元，记为表示在第m根天线上，用户j对应于第k个子载波的码字映射器，