[发明专利]一种基于期望传播的MIMO-SCMA系统的低复杂度检测算法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，是基于期望传播理论的基础发明了一种适用于MIMO‑SCMA系统的低复杂度检测算法。本发明主要包括：(1)对输入信号的信息使用一种新的初始化方法来简化信息开始迭代时候的计算复杂度；(2)基于期望传播算法的基础上，计算得到符合KL散度原理的简单替代分布式，用来代替计算系统复杂分布的信息迭代过程；(3)采用从资源节点开始信息迭代的方法，可以更好地利用先验概率；(4)在节点处的计算参数更新采用及时更新的方法，加快了信息更新效率的同时又可以避免计算信息迭代过程中产生的冗余计算量；(5)循环迭代，直到满足收敛终止条件，计算最大后验似然比。本发明的有益效果是：在相同的误码平层下达到了更好地检测性能，在所需的检测性能条件下，降低了对于信道条件稳定性的要求，因此，本发明具有低复杂度的优势。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及多输入输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)、稀疏码多址(Sparse Code Multiple Access,SCMA)技术以及相关的信号检测技术，具体的说是涉及一种用于MIMO-SCMA系统的低复杂度检测方法。

背景技术

随着信息时代、智能终端以及物联网技术的不断改进与完善。现有无线通信系统已经越来越难以满足海量的终端接入请求，以及用户对于超低延迟、超高速率的通信要求。在众多的非正交多址接入技术中，SCMA通过采用稀疏码本的方式，它将用户的信息进行高维调制、稀疏扩频处理后，可以实现不同用户的码字在相同资源块上的非正交叠加，因此可以在有限的频谱资源上承载更多的用户请求。MIMO技术由于其自身的分集增益和复用增益的特点可以增加系统的容量。因此，SCMA技术和MIMO技术是通信系统中受欢迎的两种改善系统性能的技术。将两种技术结合使用的系统可以进一步提高频谱效率、提升系统容量、改善误码性能，因此已经成为业界研究的热点。其中，由于MIMO技术中的多天线设置会对信号的检测造成很高的计算复杂度，因此，设计具有低复杂度高性能的信号检测器对于更好的利用MIMO-SCMA系统具有很大的意义。

在通信系统中，接收机的设计往往直接关系到系统的性能与成本。针对MIMO-SCMA系统，目前典型的算法可以分为两类：一类是将迫零算法或最大均方误差算法与消息传递算法检测结合的方式，属于先进行MIMO检测，将检测结果作为条件输入消息传递算法。优点是复杂度较低，缺点是检测性能较差；另一类是将是最大似然(Maximum Likelihood,ML)检测算法，属于联合检测算法，需要联合搜索多个用户可能发送的码字，优点是具有最佳的误码率性能，缺点是复杂度随着用户个数、发射天线数和码字数呈指数增长；为此，针对上述算法的局限性，本发明基于联合检测的思想上，使用改进的具有低复杂度的期望传播算法作为MIMO-SCMA系统的检测算法。

发明内容

本发明针对MIMO-SCMA系统提出了一种基于联合检测思想，采用期望传播理论为基础来设计低复杂度检测算法的思路。主要思路方案如下：根据已知条件，开发了低复杂度期望传播和虚拟联合因子图，提出了一种新的初始化方法来加速收敛并降低复杂度。其次，近似联合后验分布不再是所有天线的先验分布匹配完成后批量更新，而是在每根天线的先验分布匹配结果得到后立即进行更新，从而加快信息更新速度。

本发明的技术方案是：

MIMO-SCMA系统链路图如图1所示，具体步骤如下：

步骤1：产生信息比特。假设系统用户数为J,资源数为N，发射天线数为N_t，每个基站的接收天线数为N_r，码本码字数为M，则发送端生成总的信息比特数为JN_tlog₂(M)。

步骤2：SCMA编码扩频。首先，将各个用户的比特流映射至K维的星座，即高维调制；然后将K维的非零星座点映射至N维码字(KN)，即稀疏扩频。

步骤3：在发送端，各个用户的信息经过SCMA编码后得到的码字叠加在一起，经过天线发送出去，经过无线信道到达基站。