一種稀疏交織多址接入方法與流程

本發明涉及非正交多址移動通信技術領域，具體提出了一種稀疏交織多址接入方法(Sparse Interleave Division Multiple Access,SIDMA)。

背景技術：

由于傳統的碼分多址接入方法(CDMA)存在多址接入干擾(multiple access interference，MAI)以及符號間串擾(inter symbol interference，ISI)等問題致使其性能受到限制。現有的主要研究落腳點都在提出新的多用戶檢測方法(multi-user detection，MUD)從而降低MAI與ISI對性能的影響。在若干文獻中，提出了通過給不同用戶分配不同交織器的方式提升表現，于是便有了傳統的交織多址接入方法(interleave division multiple access，IDMA)。它既有傳統的CDMA的優點，即通過分集對抗衰落，并緩解了最壞情況下的其他小區的用戶干擾問題。此外，由于不同用戶使用的不同隨機交織，相鄰碼片之間近似不相關，使得接收機可以進行相對簡單的逐碼片迭代MUD技術。通過基本信號估計器(Elementary Signal Estimator，ESE)與各個用戶各自的后驗概率譯碼器(Decoder，DEC)之間的軟信息交換迭代，使系統獲得接近香農極限的性能。但是傳統的IDMA方法要求用戶占用全部的可用資源發送數據，在大規模接入的情況下，這會導致正交資源的嚴重碰撞，使得多用戶檢測(MUD)的復雜度極高。

近年來也有將IDMA與多天線技術((Multi-Input Multi-Output，MIMO)相結合的研究，從而進一步提升系統的容量與接收性能等。但總體來說，在大規模用戶接入的情況下，現有的方法普遍面臨著運算復雜度過高的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服已有技術的不足之處，提出了一種稀疏交織多址接入方法(Sparse Interleave Division Multiple Access,SIDMA)。本發明方法使得每個用戶在接入傳輸時只占用總時頻資源的一小部分，從而降低接收機在大規模接入的場景下的多用戶檢測復雜度。

本發明提出的一種稀疏交織多址接入方法，其特征在于，該方法首先令所有接入用戶傳輸數據塊時總共占用K個資源粒子和T個時域符號，然后對每個用戶傳輸的數據塊信息進行信道編碼，將編碼后的數據分割成若干子比特流，并映射為碼字向量；對每個碼字向量補零得到K維稀疏碼字向量；根據稀疏時頻交織器，得到K維稀疏發送碼字向量；在每個時刻，各用戶根據對應時刻系統給出的傳輸資源傳輸發送碼字向量中的對應分量；接收機估計活躍用戶及其信道增益，并獲取其稀疏時頻交織器信息；接收機對接收信號進行解碼得到各個接入用戶的發送數據塊。該方法包括以下步驟：

(1)令所有接入用戶傳輸數據塊時總共允許占用T個時域符號symbol，共包含K個資源粒子RE；

(2)任一接入用戶u_i將本次接入所需傳輸的數據塊的信息經過信道編碼后得到一個信息比特向量其長度為個比特；將向量按每log₂M個比特分為一組，其中M為4的整數倍，表示調制階數；根據碼本，將向量映射成長度為的碼字向量N_i＜K；其中，碼字向量的每個分量通過1個RE進行傳輸；

(3)接入用戶u_i對步驟(2)得到的碼字向量進行補零，將原來的N_i維碼字向量補零成為K維稀疏碼字向量其中K為RE的總個數；

(4)接入用戶u_i根據稀疏時頻交織器對步驟(3)得到的K維稀疏碼字向量進行交織映射，得到一個K維的稀疏發送碼字向量：

其中N_i個位置非零，即對應步驟(2)中的N_i個分量；

(5)對于T個symbol中任意時刻t，t＝1，2，…，T，接入用戶u_i根據對應時刻系統給出的傳輸資源傳輸其發送碼字向量中的W(t)個分量，其中W(t)為時刻t的子載波數，并且按照系統的預設滿足

(6)接收機從所有已注冊在網的潛在用戶中識別出活躍用戶，即本次接入的用戶，并進行信道估計，根據用戶識別結果得到每個活躍用戶對應的稀疏時頻交織器

(7)在每個時刻t，t＝1，2，…，T，根據步驟(6)的識別結果獲取當前時刻的用戶接入情況，接收機對接收信號y(t)進行解碼，其中y(t)是維度的W(t)的向量，表示接收端接收到的接入用戶對應時刻t發送的發送碼字向量的W(t)個分量乘以對應用戶的信道增益后疊加得到的信號；將所有時刻得到的y(t)的解碼結果聯合進行信道解碼，最終得到各個接入用戶的發送數據塊。

本發明的特點及有益效果在于：

本發明提出了一種改進傳統IDMA后的稀疏交織多址接入(SIDMA)方法。通過引入資源占據的稀疏性，增加了額外的自由度，當用戶較少時，降低了資源處用戶碰撞的概率，解碼復雜度低；當用戶較多時，又能容忍碰撞；相比于傳統的IDMA要求所有用戶的數據速率的一致性，SIDMA允許每個用戶傳輸的數據量可變，即可以根據需要傳輸的實際數據量動態占用資源，支持可變速率，更加靈活。

附圖說明

圖1為本發明方法的實施流程圖。

圖2為本發明實施例中一種數據塊RE分配示例圖。

圖3為本發明實施例中不同用戶在給定RE的情況下的稀疏時頻交織器示例圖。

具體實施方式

本發明提出的一種稀疏交織多址接入方法，下面結合附圖和具體實施例對本發明作更詳細的說明。

本發明提出的一種稀疏交織多址接入方法，流程如圖1所示，包括以下步驟：

(1)令所有接入用戶傳輸數據塊時總共允許占用T個時域符號(symbol)，共包含K個資源粒子(RE，Resource Element)。附圖2為一種數據塊RE分配情況的示例圖，給出了一種不同時間系統提供不同子載波數的RE分配情況示例，圖中，每個方格代表一個RE，總共有k個RE，全部方格整體表示一次隨機接入所有用戶的總體可用資源；每一列方格占用時域上的一個symbol時間，總共占用T個symbol的時間。其中，每列中方格數代表對應symbol時間上可用的子載波個數。

(2)任一接入用戶u_i將本次接入所需傳輸的數據塊的信息經過信道編碼后得到一個信息比特向量其長度為個比特，不同用戶根據實際需求可傳輸不同長度的向量。將該向量按每log₂M個比特分為一組，其中M(M＝4，8，16，…為4的整數倍)為調制階數；根據碼本，將該向量映射成長度為的碼字向量其中，碼字向量的每個分量需要通過1個RE進行傳輸，因此要求N_i＜K，也即碼本的獲取方式，可能包含但不限于，在隨機接入的情況下，用戶使用注冊入網時分配的固定碼本；在由調度接入的情況下，用戶使用系統調度時分配的碼本。

(3)接入用戶u_i對步驟(2)得到的碼字向量進行補零，將原來的N_i維碼字向量補零成為K維稀疏碼字向量其中K為RE的總個數。

(4)接入用戶u_i根據稀疏時頻交織器對步驟(3)得到的K維稀疏碼字向量進行交織映射，得到一個K維的稀疏發送碼字向量：

其中只有N_i個位置非零，也即承載了步驟(2)中中的N_i個分量。稀疏時頻交織器的獲取方式，可能包含但不限于，在隨機接入的情況下，用戶使用注冊入網時分配的固定稀疏時頻交織器；在由調度接入的情況下，用戶使用系統調度時分配的稀疏時頻交織器。

圖3是不同用戶在給定資源RE的情況下的稀疏時頻交織器示例圖，圖3給出了可能的3個用戶u₁，u₂，u₃在給定K＝40個RE的情況下，每人發送長度為的信息比特，采用M＝16-QAM調制，它們的碼字向量長度分別為N₁＝N₂＝N₃＝10。在給定的K＝40個傳輸資源RE下，進行補零后得到的40維稀疏碼字向量，也即每個稀疏時頻交織器的輸入是：

而輸出是如圖3所示的一個稀疏的40維的發送碼字向量i＝1，2，3，除了陰影對應的10個位置包含了輸入的10個碼字外，其余位置均為0。定義表示用戶發送碼字的稀疏程度。

(5)對于T個symbol中任意時刻t，t＝1，2，…，T，接入用戶u_i根據對應時刻系統給出的傳輸資源傳輸其發送碼字向量中的W(t)個分量，其中W(t)為時刻t的子載波數，并且按照系統的預設滿足

對于圖3所示的情況，W(t)＝4，t＝1，2，...，10，并且也即每個時刻系統均分配有4個RE。用戶u₁，u₂，u₃在對應時刻t發送圖2所示的第t列的長度為4的列向量即可。

(6)接收機從所有已注冊在網的潛在用戶中識別出活躍用戶(即本次接入的用戶)并進行信道估計，根據用戶識別結果得到每個活躍用戶對應的稀疏時頻交織器

(7)在每個時刻t，t＝1，2，…，T，根據步驟(6)的識別結果獲取當前時刻的用戶接入情況，接收機對接收信號y(t)進行解碼，其中y(t)是維度的W(t)的向量，表示了接收端接收到的接入用戶對應時刻t發送的發送碼字向量的W(t)個分量乘以對應用戶的信道增益后疊加得到的信號，此外根據傳輸環境還可能包含噪聲。最終將所有時刻得到的y(t)，t＝1，2，…，T的解碼結果聯合進行信道解碼得到各個接入用戶的發送數據塊。

本實施例中所采用的解碼方法，可以但不限于使用消息傳遞算法(Message Passing Algorithm，MPA)。