[发明专利]一种基于稀疏码多址接入的全双工中继系统的构建方法

摘要

本发明是一种基于稀疏码多址接入的全双工中继系统的构建方法，属于通信领域。本发明为了解决传统的OFDMA系统难以满足5G中对频谱效率和传输速率的要求的问题，进而提出了一种基于稀疏码多址的干扰消除全双工中继系统的构建方法。本发明基于稀疏码多址接入的全双工中继系统的构建方法按照以下步骤实现：步骤一、采用稀疏码多址接入的方式，用户AJ将信息进行编码后发送到中继站；步骤二、中继站采用全双工方式收发信息，并对自反馈干扰进行干扰消除，再将信息转发给用户BJ；步骤三、用户BJ接收到中继站转发的信号后进行相应的解码，得到用户AJ发送的信息。本发明适用于通信领域。

主权项

1.一种基于稀疏码多址接入的全双工中继系统的构建方法，其特征在于，所述的基于稀疏码多址接入的全双工中继系统的构建方法是按照以下步骤实现的：步骤一、采用稀疏码多址接入的方式，用户AJ将信息进行编码后发送到中继站；步骤二、中继站采用全双工方式收发信息，并对自反馈干扰进行干扰消除，再将信息转发给用户BJ；步骤三、用户BJ接收到中继站转发的信号后进行相应的解码，得到用户AJ发送的信息；所述的步骤一采用稀疏码多址接入的方式，用户AJ将信息进行编码后发送到中继站按照以下步骤实现：步骤一一、设稀疏码多址接入系统SCMA具有J个用户，其中J≥1；每个用户分别发送信息，发送的信息比特序列进行前向纠错编码FEC，再进行交织；稀疏码多址接入SCMA系统用户发射机的结构中所有符号通过上标区分不同的用户，通过下标区分向量中的元素；对于稀疏码多址接入系统中的第j个用户，发送的信息比特序列为其中0≤j≤J‑1，且N为帧长；对信息比特序列进行前向纠错编码，即通过增加冗余信息来纠正随机错误，编码比特序列表示为其中M为当码率即R＝M/N时的编码序列长度；编码后的序列进行交织，即通过分散序列来对抗突发错误，交织后的编码序列表示为步骤一二、根据稀疏码多址接入SCMA码本对每个用户发送的信息比特进行映射，得到第j个用户发送的信号为再按照配置矩阵F将所有用户A_J发送的信息分配到各个子载波上，完成稀疏码多址接入的调制编码过程；配置矩阵F的每一行表示一个子载波，每一列表示一个用户；当一个用户占用子载波时，配置矩阵F中相应的位置为1，否则为0；由配置矩阵F可以看出，用户1占用前两个子载波，而用户2占用第一个和第三个子载波；经稀疏码多址接入SCMA映射后，每个用户发送的信号为所有用户发送的信息被分配到K个正交的子载波上，且不同用户发送的的信号经过衰减后叠加起来与噪声一起被中继站接收，接收的信号y_w表示为：其中，是信道的特征向量，表明信息传输过程中的衰减；diag(h^j)是一个对角矩阵；n₀是随机噪声，遵从复数域上的高斯分布；所述的步骤二中继站采用全双工方式收发信息，并对自反馈干扰进行干扰消除，再将信息转发给用户BJ按照以下步骤实现：全双工中继站对接收的信号yw进行放大转发，采用基于时域干扰抵消的最小均方算法LMS对干扰进行抵消；利用发送信号和发送信号的延迟样本对自反馈信道进行估计；在自反馈干扰抵消模块中w(n)＝[w0(n),w1(n)...wL‑1(n)]T为自适应滤波器系数，其中wk(n)为第n时刻滤波器第k个元素，L为滤波器阶数；在第n时刻，全双工中继站接收的信号为y_w，全双工中继站发送信号为out(n)，自反馈干扰信号为y_F(n)，估计干扰信号为y_E(n)；自反馈干扰信道h_li，k₀为信道延迟单位时间，为k₀信道延迟单位时间的延时处理，基站到全双工中继站信道矩阵为h_sr，功放增益为定值G，n₁(n)表示第n时刻的接收信号的高斯噪声；全双工中继站发送信号out(n)形成自反馈干扰信号yF(n)到达全双工中继站时刻与估计干扰信号yE(n)生成时刻对齐，将经过放大器前的发送的信号e(n)延迟k0个时刻，获得用于自反馈干扰信道估计yE(n)生成的信号u(n)；设自反馈干扰信道无衰减，全双工中继站自反馈干扰信号为误差信号e(n)表示为e(n)＝yw+yF(n)‑yE(n)+n1(n)   (3)其中当全双工中继站接收的来自基站信号yw样本均值为零且样本间独立同分布时，得到误差信号e(n)的能量E为E{|e(n)|2}＝E{|yw|2}+E{|yF(n)‑yE(n)|2}   (5)以自适应滤波器系数为自变量求偏导数得到结果为E{e(n)u(n‑k)}，其中k＝0,1,…L‑1；当自反馈干扰得到抵消时，满足误差信号e(n)正交于u(n)；设计自适应滤波器更新表达式为w(0)＝0   (6)w(n+1)＝w(n)+tE{e(n)u(n)}   (7)其中w(0)表示自适应滤波器的初始值，w(n)表示n时刻自适应滤波器的系数向量，t表示更新自适应滤波器系数的步进因子；当w(n)趋于收敛时，w(n)u(n)即为干扰信号的估计值，在全双工中继站接收信号减去干扰信号的估计值即实现干扰消除。