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多用户联合编码调制系统

阅读：598发布：2020-05-12

专利汇可以提供多用户联合编码调制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且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。，下面是多用户联合编码调制系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种多用户联合编码调制系统，包括：在稀疏码多址接入SCMA系统中，将多用户共享顺次接入多个FEC编码器(1)，交织器(2)，SCMA调制器(3)，资源块(4)和通信信道(5)组成的联合编码调制系统，将SCMA检测模块(6)、信息转换器(7)FEC译码模块(8)组成的联合检测译码接收机(9)，其特征在于：在卫星通信上行场景下，终端用户发送信息比特流经过FEC编码器进行编码；FEC编码器根据选择的码率，采用相应的前向纠错FEC技术，与校验矩阵对应的生成矩阵和发送的信息比特进行相乘得到编码后的信息比特；编码后的比特流经过交织器(2)交织降低比特之间的相关性后，比特流经过SCMA调制器(3)，将稀疏码多址接入符号作用于可利用的正交资源块(4)完成调制过程和比特到稀疏码多址接入符号的映射，映射后的稀疏码多址接入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，然后通过天线进入对应的通信信道(5)，送入联合检测译码接收机(9)接收端的SCMA检测模块(6)，基于信道阈值的联合检测译码算法完成信号的检测译码，通过MPA中软信息的迭代，将得到的比特软信息和还原的原始信息流，传输到用户1…用户k。
2.如权利要求1所述的多用户联合编码调制系统，其特征在于：联合检测译码接收机(9)的发送端包括：传递比特软消息的LDPC编码器和符号概率消息的SCMA调制器(3)之间有进行消息形式的转换的交织器(2)，在接收端的消息转换部分包括交织器(2)和参与消息的转换过程的反交织器。
3.如权利要求1所述的多用户联合编码调制系统，其特征在于：FEC编码器加入带有信息比特本身特征的冗余码，冗余码主要有分组码和卷积码。
4.如权利要求1所述的多用户联合编码调制系统，其特征在于：多用户联合编码调制系统发送端接收到信号后，用户1、用户2…用户K顺次通过LDPC编码器、交织器Ⅱ和SCMA调制器(3)，在联合检测译码接收机接收端进行比特信息还原。
5.如权利要求1所述的多用户联合编码调制系统，其特征在于：LDPC编码器将低密度校验码LDPC译码后，通过交织器Ⅱ送入SCMA调制器(3)，SCMA检测模块基于MPA原理信道阈值的联合检测译码算法进行软信息的迭代，得到比特软信息W，完成信号的检测译码，输出比特软信息W。
6.如权利要求1所述的多用户联合编码调制系统，其特征在于：基于信道阈值的联合检测译码算法是基于MPA的部分高斯近似的联合检测算法，SCMA检测模块基于比特软信息W的多次迭代，在第t次迭代的过程中，消息从第n个功能节点(Functionnode，F)传递到第k个SCMA变量节点(SCMAvariablenode，SV)的表达式为
其中，表示第t-1次迭代中的变量节点传递到功能节点的消息，t表示第t次迭代，n表示第n个资源块，xk表示比特映射得到的复数符号，i表示第i个SCMA变量节点，φn表示第n个功能节点相连的边中信道质量差的集合，表示第t次那些信道质量差从而需要将其上的概率消息用高斯近似代替的边参与在功能节点处的消息更新表达式，(xn)表示边上对应的码本。
7.如权利要求1所述的多用户联合编码调制系统，其特征在于：联合SCMA检测模块和LDPC译码的接收端，低密度奇偶校验码LDPC译码消息从第k个用户的第l个校验节点(Parity-checknode，P)传递到第q个LDPC变量节点(LDPCvariablenode，LV)的表达式为其中，tanh(.)和tanh-1(.)是双曲正切函数及其反函数，k表示第k个用户，l表示第l个校验节点，q表示第q个LDPC变量节点，t表示第t次迭代，ζj表示在LDPC因子图中与第k个用户的第l个校验节点相连的边的集合，表示第t-1次从LDPC变量节点传递到校验节点的软信息。
8.如权利要求1所述的多用户联合编码调制系统，其特征在于：在每一次迭代过程中，SCMA检测模块联合LDPC编码器检测接收的低密度校验码LDPC消息，通过LDPC编码器和SCMA调制器之间的交织器和反交织器参与消息的转换，SCMA检测模块将比特软信息w传递到LDPC编码器低密度校验码LDPC检测部分，通过SCMA检测模块(6)获得概率消息，然后通过下述转换公式，将概率消息转换为比特对数似然比LLR消息，转换公式为
其中，k表示第k个用户，j表示第j个比特位，ck,j表示第k个用户的第j个比特，其取值为
0或1，xk表示第k个用户的码字，表示由第k个用户的码字集合中第j个比特为0(1)的码字组成的集合，表示从SCMA传递过来的码字xk的概率消息，e表示外部消息。
9.如权利要求1所述的多用户联合编码调制系统，其特征在于：SCMA检测模块(6)每次迭代输出的概率消息为由从LDPC编码器过来的低密度校验码
LDPC先验消息和从SCMA检测模块(6)SCMA功能节点过来的概率消息相乘而来，然后经过反交织器得到LDPC每个变量节点对应的译码先验软消息输入到LDPC译码部分。
10.如权利要求1所述的多用户联合编码调制系统，其特征在于：联合检测译码接收机在得到SCMA检测模块(6)的变量节点传输的概率消息后，对于信道质量差的边将其概率消息近似为高斯分布：这些高
斯分布的均值和方差由以下表达式得到
其中，表示SCMA码本中的码字集合，k表示第k个用户，n表示第n个资源块，t表示第t次迭代，表示第k个SCMA变量节点传递到第n个功能节点的近似消息的均值，表示对应的方差。

说明书全文

多用户联合编码调制系统

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 近年来，随着新的纠错编码、MIMO空时调制以及迭代译码方式的出现，联合编码调制方案的设计正成为普遍关注的热点。联合编码调制是未来通信系统发展的关键技术之一。调制是把信息放到光载波上面，使得纯光束携带有信息。解调是把信息从光波中取出来。调制是使得光波载体与业务信号有机结合，使得业务信号能够高速发送出去，使得单纯的光波带有了业务信息。近年来，随着新的纠错编码、MIMO空时调制以及迭代译码方式的出现，联合编码调制方案的设计正成为普遍关注的热点。传统编码和调制相互独立的设计方法具有致命缺陷：即以增加冗余度为主要设计思想的信道编码技术随传输环境的恶化和纠错性能要求的提高，冗余度大幅度增加，这导致了信息有效传输速率的降低。与此同时，现代通信技术的大容量、高可靠性、快速移动、实时通信的特点对传统的信道编码调制技术提出更高的要求。因此，迫切需要寻找能够在带宽和功率受限的信道中，不降低有效传输速率的前提下进行有效的编码和调制的技术，即所谓的带宽效率编码。

[0007] 目前，如何降低SCMA系统解码的复杂度是SCMA面临的重要挑战之一。基于因子图迭代的消息传递算法(MessagePassingAlgorithm，MPA)作为SCMA多用户检测的主流算法，相比于最大似然算法(MaximumLikelihood，ML)检测，其算法复杂度虽有所降低，但硬件实现依然困难。运行时间随着用户数的增加而急剧增大，传统的最大后验概率(MaximumAPosteriori，MAP)穷举式检测算法必须要检测所有用户的码本组合，算法复杂度大大增加。相比于传统MAP算法，基于和积运算的MPA算法是SCMA系统的典型多用户检测算法，算法的实现是通过因子图中节点之间的消息传递和迭代更新完成的。原始MPA算法运算复杂度高、占用存储空间大的原因主要是EXP指数运算量大。SCMA系统中的多用户检测算法时，运算迭代次数和运算器数目是两个关键的要素。通信信道在卫星通信中指的是星地信道，这是一种时变信道，其存在的多径效应、多普勒效应和阴影效应严重影响信号传输的可靠性。在SCMA部分，已有的MPA算法在迭代过程中在因子图上传递的是概率信息，但是当SCMA采用高维码本时，因子图中的节点在计算与其相连的边上传递的消息时，需要每次计算每个码本中的码字的概率，复杂度很高。现有的针对联合SCMA检测和软判决FEC译码技术的研究主要考虑如何在联合因子图下的算法实现，并没有考虑联合算法的复杂度的问题。由于SCMA的码本一般是性能好的高维星座，单独的基于消息传递算法MPA的SCMA检测模块(6)方法虽然可以达到近似最优的检测性能，但是复杂度仍然太高。在卫星通信中，由于终端和卫星的信号处理能力有限，所以将软判决FEC技术和SCMA技术应用到卫星通信领域中时需要考虑复杂度和性能等问题。

发明内容

[0008] 本发明针对现有技术稀疏码分多址接入(SCMA)上行链路系统的接收端采用基于遍历的消息传递算法(MPA)进行多用户检测，存在复杂度过高的问题，提供一种具有灵活性，多用户检测复杂度低，能够降低比特之间的相关性的联合编码调制系统。

[0009] 本发明是通过如下技术方案实现的：一种多用户联合编码调制系统，包括：在稀疏码多址接入SCMA系统中，将多用户共享顺次接入多个FEC编码器(1)，交织器(2)，SCMA调制器(3)，资源块(4)和通信信道(5)组成的联合编码调制系统，将SCMA检测模块(6)、信息转换器(7)FEC译码模块(8)组成的联合检测译码接收机(9)，其特征在于：在卫星通信上行场景下，终端用户发送信息比特流经过FEC编码器进行编码；FEC编码器根据选择的码率，采用相应的前向纠错FEC技术，与校验矩阵对应的生成矩阵和发送的信息比特进行相乘得到编码后的信息比特；编码后的比特流经过交织器(2)交织降低比特之间的相关性后，比特流经过SCMA调制器(3)，将稀疏码多址接入符号作用于可利用的正交资源块(4)完成调制过程和比特到稀疏码多址接入符号的映射，映射后的稀疏码多址接入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，然后通过天线进入对应的通信信道(5)，送入联合检测译码接收机(9)接收端的SCMA检测模块(6)，基于信道阈值的联合检测译码算法完成信号的检测译码，通过MPA中软信息的迭代，将得到的比特软信息和还原的原始信息流，传输到用户1…用户k。本发明相对于现技术具有以下的有益效果：
方法灵活性。本发明在卫星上资源有限的情况下，采用软判决前向纠错FEC技术和SCMA技术的联合编码调制技术，将软判决FEC技术和SCMA技术应用到卫星通信中，基于信道阈值的联合检测译码算法，通过控制信道阈值的选取来在系统性能和算法复杂度之间做侧重，建立信道特性和检测译码算法之间的关系，通过选取合适的信道阈值可以灵活控制两个集合中的边的数量。而在选取具体值时，可以参考信道阈值与E(D)的表达式，从而在设置传递近似消息的集合的大小后，预选取一个信道阈值。终端用户的比特流经过FEC编码器进行编码，根据选择的码率，采用相应的FEC技术，得到编码后的信息比特。编码后的比特流经过交织器(2)，来降低比特之间的相关性；通过调整需要近似的边在总的边中的比例可以灵活控制复杂度和性能之间的取舍，得到的联合检测译码算法能极大地提高接收端联合检测译码接收机的设计灵活性，方法具有灵活性。将SCMA因子图中部分信道质量差的边上传递的概率消息近似为高斯分布，信道质量好的边上传递的消息仍然是概率消息，从而降低复杂度。。

[0010] 多用户检测复杂度更低。本发明根据选择的码率，采用相应的FEC技术，终端用户的比特流经过FEC编码器进行编码，得到编码后的信息比特，编码后的比特流经过交织器(2)降低比特之间的相关性，交织器交织后的比特经过SCMA调制器(3)，完成比特到符号的映射，分配给每个终端用户不同的码本矩阵，符号作用于可利用的正交资源块(4)完成调制过程，进而通过天线进入通信信道(5)。通过联合检测译码接收机接收到信号后，在接收端进行比特信息的还原，SCMA检测模块(6)和前向纠错FEC译码技术基于MPA原理进行软信息的迭代，最终输出得到的比特软信息，完成信号的检测译码，不需要进行EXP运算，并且得到的接收机误码性能优异且运算复杂度低。运行时间较MMSE-SIC算法改善很多，多用户检测复杂度更低，处理时延更小。同时，充分利用消息间相互关联的特点，融合消息传递步骤，不仅能够减少参与消息迭代的节点个数还能降低消息迭代的平均迭代次数，从而降低迭代检测的复杂度。在不降低符号错误率的情况下，算法的运行时间减小了54％，复杂度降低了一个级别。本发明基于上行SCMA通信系统，在收敛性和误码率(Bit Error Rate，BER)两个方面进行了仿真，并对不同算法复杂度进行对比。仿真表明，减少乘积运算来达到降低运算复杂度，相比于ML算法，减少了85.9％的乘法器；相比于传统MPA算法减少了41.6％的乘法器。这将大大降低运算复杂度。相比并行策略的多用户检测算法，降低了算法复杂度。

[0011] 改善了消息传递的收敛速度。在检测译码的过程中，可以不断调整信道阈值的值来控制不同集合里的边的数量，进而实时控制检测译码的复杂度和性能。联合检测译码接收机在进行信号处理时，SCMA检测模块(6)部分和FEC译码部分在每次迭代的过程中都交换消息，SCMA部分、LDPC部分和消息交换部分协同工作，以资源节点为序，按串行方式依次进行消息更新与传递，保证更新的消息能够立即进入当前迭代过程，完成检测译码，改善了消息传递的收敛速度。并且利用LDPC码校验矩阵作为系统迭代终止判决准则，可大幅度降低译码算法的平均复杂度。通过对系统迭代译码过程中互信息转移状态图的分析，为避免过多错误反馈导致译码失效，给出一种用内、外双重迭代译码算法，提高了系统的收敛速度和误码率性能。

[0012] 本发明适用于卫星通信。附图说明

[0013] 图1是本发明多用户联合编码调制系统的原理示意图。

[0014] 图2是图1多用户联合编码调制系统发送端示意图。

[0015] 图3是图1联合SCMA检测模块和LDPC译码的接收端示意图。

[0016] 图4是图3中SCMA的因子图。

[0017] 下面结合附图和实施例对发明进一步说明。

具体实施方式

[0018] 参阅图1。在以下描述的优选实施例中，在稀疏码多址接入SCMA系统中，将多用户共享顺次接入多个FEC编码器(1)，交织器(2)，SCMA调制器(3)，资源块(4)和通信信道(5)组成的联合编码调制系统，将SCMA检测模块(6)、信息转换器(7)FEC译码模块(8)组成的联合检测译码接收机(9)；联合检测译码接收机(9)的发送端包括：传递比特软消息的LDPC编码器和符号概率消息的SCMA调制器(3)之间有进行消息形式的转换的交织器(2)，在接收端的消息转换部分包括交织器(2)和参与消息的转换过程的反交织器。FEC编码器加入带有信息比特本身特征的冗余码，冗余码主要有分组码和卷积码。

[0019] 在卫星通信上行场景下，终端用户发送信息比特流经过FEC编码器进行编码；FEC编码器根据选择的码率，采用相应的前向纠错FEC技术，与校验矩阵对应的生成矩阵和发送的信息比特进行相乘得到编码后的信息比特；编码后的比特流经过交织器(2)交织降低比特之间的相关性后，比特流经过SCMA调制器(3)，将稀疏码多址接入符号作用于可利用的正交资源块(4)完成调制过程和比特到稀疏码多址接入符号的映射，映射后的稀疏码多址接入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，然后通过天线进入对应的通信信道(5)，送入联合检测译码接收机(9)接收端的SCMA检测模块(6)，基于信道阈值的联合检测译码算法完成信号的检测译码，通过消息传递算法(MPA)软信息的迭代，将得到的比特软信息和还原的原始信息流，传输到用户1…用户k。

[0020] 本实施例以上行卫星通信场景为例，并且选择6个用户和4个资源块进行阐述，终端用户和卫星的收发天线数为1，假设卫星通信中终端用户发送的短报文，消息比特长度为1024比特，每个用户的前向纠错FEC技术采用低密度校验码LDPC，校验矩阵的大小为1024×
2048，码率为0.5。具体处理步骤如下：终端用户的信息比特经过LDPC编码器，码率为0.5，将与校验矩阵对应的生成矩阵和发送的信息比特进行相乘得到编码后的信息比特，编码后的比特流经过交织器，来降低比特之间的相关性。交织后的比特经过SCMA调制器，完成比特到符号的映射，资源块数量为4个，用户数为6个，每两个比特调制成1个符号。符号作用于可利用的正交资源块完成调制过程，进而通过天线进入通信信道。

[0021] 参阅图2。多用户联合编码调制系统发送端接收到信号后，用户1、用户2…用户K顺次通过LDPC编码器、交织器Ⅱ和SCMA调制器(3)，在联合检测译码接收机接收端进行比特信息还原。LDPC编码器将低密度校验码LDPC译码后，通过交织器Ⅱ送入SCMA调制器(3)，SCMA检测模块基于MPA原理信道阈值的联合检测译码算法进行软信息的迭代，得到比特软信息W，完成信号的检测译码，输出比特软信息W。基于信道阈值的联合检测译码算法是基于MPA的部分高斯近似的联合检测算法，SCMA检测模块基于比特软信息W的多次迭代，在第t次迭代的过程中，消息从第n个功能节点(Functionnode，F)传递到第k个SCMA变量节点(SCMAvariablenode，SV)表示为其表达式为：其中，表示由第t-1次迭代中的变量节点传递到功能节点的消息，xk表示第k用户的码字，i表示第i个SCMA变量节点，n表示第n个功能节点，k表示第k个用户，φn表示第n个功能节点相连的边中信道质量差的集合，表示补集，表示那些信道质量差从而需要将其上的概率消息用高斯近似代替的边参与在功能节点处的消息更新，其表达式为由多个近似而来的高斯分布经过相乘求积分后得到
的，这些高斯分布的均值和方差由
计算而来，其中，yn表示第n个资源块上的接收到的信号，hn,i
表示第i个用户在第n资源上的信道系数，N0表示信号经过信道后受到的高斯加性白噪声的方差，φn表示第n个功能节点相连的边中信道质量差的集合，表示第n个功能节点相连的边中信道质量差的集合和其它信道质量好的边。
信道质量差的边意味着在其上传递的消息需要用高斯分布进行近似，另外，φn\k表示在集合φn中去除k后的集合，同样适用于接下来的步骤。

[0022] 参阅图3。联合SCMA检测模块和LDPC译码的接收端，低密度奇偶校验码LDPC译码消息从第k个用户的第l个校验节点(Parity-checknode，P)传递到第q个LDPC变量节点(LDPCvariablenode，LV)的表达式为其中，tanh(.)和tanh-1(.)是双曲正切函数及其反函数，ζl表示在LDPC因子图中与第k个用户的第l个校验节点相连的边的集合。表示第t-1次从LDPC变量节点传递到校验节点的软信息。

[0023] 参阅图3，联合检测译码接收机在进行迭代的过程中，需要在SCMA检测部分和LDPC译码部分进行消息的转换传递，首先是SCMA更新输出各个码字的概率消息，经过LLR转换器将概率消息转换成比特LLR消息，然后经过反交织器输出LDPC对应的先验比特软消息；在传递SCMA向LDPC传递的过程中，LDPC输出的比特软消息经过比特交织器得到SCMA的输入比特先验消息，经过LLR转换器得到对应的概率先验消息，输入到SCMA的检测部分。联合检测译码接收的低密度校验码LDPC部分，消息在迭代过程中的形式为比特软信息形式。由于SCMA部分是符号的概率消息，而LDPC部分是比特的软消息，因此需要在SCMA部分和LDPC部分之间进行消息形式的转换。同时，发送端在LDPC编码器和SCMA调制器之间有交织器，所以在接收端的消息转换部分还要有交织器和反交织器参与消息的转换过程。每一次迭代过程都需要消息交换，首先是SCMA检测模块的消息传递到低密度校验码LDPC检测部分，由于SCMA部分和LDPC部分的消息形式不一样，所以需要将概率消息转换为比特对数似然比LLR消息。在每一次迭代过程中，SCMA检测模块联合LDPC编码器检测接收的低密度校验码LDPC消息，通过LDPC编码器和SCMA调制器之间的交织器和反交织器参与消息的转换，SCMA检测模块将比特软信息w传递到LDPC编码器低密度校验码LDPC检测部分，通过SCMA检测模块(6)获得概率消息，然后通过下述转换公式，将概率消息转换为比特对数似然比LLR消息，转换公式为其中，k表示第k个用户，j表示第j个比特位，ck,j表示第k个用户的第j个比特，其取值为0或1，xk表示第k个用户的码字，表示由第k个用户的码字集合中第j个比特为0(1)的码字组成的集合，表示从SCMA传递过来的码字xk的概率消息，e表示外部消息。SCMA检测模块(6)每次迭代输出的概率消息为由从LDPC编码器过
来的低密度校验码LDPC先验消息和从SCMA检测模块(6)SCMA功能节点过来的概率消息相乘而来，然后经过反交织器，得到LDPC每个变量节点对应的译码先验软消息输入到LDPC译码部分。

[0025] 联合SCMA检测模块和LDPC译码器从LDPC译码器输出的消息为SCMA检测模块利用从LDPC译码器低密度
校验码LDPC因子图中校验节点的消息经过交织器(2)后得到第k个用户的第j个比特的软信息然后完成消息形式的转换，转换的表达式为
其作为先验消息输入到SCMA检测模块参与迭代，其中，k表示第k个用户，j表示第j个比特，t表示第t次迭代，exp(.)表示指数函数，是软信息，是概率信息。

[0026] 第k个SCMA变量节点传递到第n个功能节点概率消息表示为其利用从第k个用户对应的功能节点过来的消息和从LDPC译码器低密度校验码LDPC过来的先验消息，表达式为其中，表示从功能节点过来的消息在变量节点
处相乘，分母的求和表达式是为了概率归一化，k表示第k个用户，n表示第n个资源块，t表示第t次迭代，表示SCMA码本中的码字集合，φn和分别表示和第n个功能节点相连的边中信道质量差的集合和其它信道质量好的边。

[0027] 联合检测译码接收机在得到SCMA检测模块(6)的变量节点传输的概率消息后，对于那些信道质量差的边需要将其概率消息近似为高斯分布：这些高斯分布的均值和方差由以下表达式得到
其中，表示SCMA码本中的码字集合，k表示第k个用户，n表示第n个资源块，t表示第t次迭代。

[0028] 联合编码调制接收机在LDPC译码器低密度校验码LDPC译码部分，消息从第k个用户的第q个LDPC变量节点传递到第l个校验节点的表达式为其中，ζq\l表示在LDPC的因子图中与第k个用户的第q个LDPC变量节点相连的边，去除第l条边后的集合。表示第t次迭代中，第k个用户的第l个校验节点传递到第q个变量节点的软信息，表示从SCMA过来的经过交织器后输入到LDPC的软信息。

[0029] 参阅图4。在基于信道阈值的部分EP的SCMA因子图中，SCMA因子图的边根据其上传递的消息分为了两个集合，一个是传递SCMA码本中各个码字概率消息集合，另一个是传递概率消息近似后的高斯分布的均值和方差消息集合。传递概率消息的边的集合中元素越多，系统性能越好，复杂度也越高；反之，传递概率消息的边的集合中元素越少，系统性能越差，复杂度越低。当全部传递的是概率消息时，SCMA检测模块(6)相当于传统的MPA，性能最好，复杂度最高；当全部传递的是概率消息近似后的高斯分布的均值和方差消息时，SCMA检测模块(6)部分相当于全高斯近似算法，性能最差，但复杂度最低。信号所历经的是通信信道，变量D是在步骤5中SCMA因子图中信道质量差而需要高斯近似的边的数量，E(D)表示对变量D求期望值，从而可以建立用于判断信道质量好坏而是否需要近似的信道阈值和期望值E(D)之间的关系。

[0030] 以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

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多用户联合编码调制系统

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该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：