一種適用于下行信道的物聯(lián)網(wǎng)多用戶聯(lián)合譯碼方法

本發(fā)明屬于無(wú)線通信，具體涉及一種適用于下行信道的物聯(lián)網(wǎng)多用戶聯(lián)合譯碼方法的設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

1、伴隨著無(wú)線通信技術(shù)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，智能家居，工業(yè)控制，深空通信等領(lǐng)域的發(fā)展，新的應(yīng)用場(chǎng)景與需求不斷出現(xiàn)。這對(duì)于通信系統(tǒng)的有效性，可靠性提出了更高的要求。在物聯(lián)網(wǎng)（ internet?of?things， iot）場(chǎng)景中，通信系統(tǒng)需要具備低時(shí)延，高可靠，海量接入等特性，而這些特性的實(shí)現(xiàn)需要良好設(shè)計(jì)的信道編碼，多址接入等技術(shù)的支持。作為第五代移動(dòng)通信（5 th?generation?mobilecommunication?technology，5 g）入選技術(shù)方案，極化碼（ polar?codes），非正交多址接入（ non-orthogonal?multiple?access， noma）等技術(shù)受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)界的廣泛關(guān)注。

2、廣義上的極化碼構(gòu)造主要包括了序列生成，速率匹配（打孔或縮短）策略等。狹義上的極化碼構(gòu)造為序列生成算法。從是否依賴(lài)于擦除概率，轉(zhuǎn)移概率等信道條件的角度，極化碼的構(gòu)造算法主要可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是信道相關(guān)的構(gòu)造算法，如極化碼誕生之初針對(duì)二進(jìn)制擦除信道（ binary?erasure?channel， bec）所使用的巴氏系數(shù)構(gòu)造方法，以及將極化碼構(gòu)造推廣到 bi-dmsc信道的基于信道退化（ channel?degrading）的構(gòu)造方法，還有基于 awgn信道的高斯近似（ gaussian?approximation， ga）構(gòu)造算法等。

3、極化碼的硬輸入硬輸出譯碼算法主要包括 sc譯碼、 scl譯碼算法以及作為 scl譯碼簡(jiǎn)化方案的串行抵消棧譯碼算法（ successive?cancellation?stack， scs）等。軟輸入軟輸出譯碼算法則主要包括置信度傳播譯碼算法（ belief?propagation， bp）以及軟抵消譯碼算法（ soft?cancellation， scan）等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有迭代譯碼方案無(wú)法盡可能地保留和利用來(lái)自信道的信息，誤碼率較高的問(wèn)題，提出了一種適用于下行信道的物聯(lián)網(wǎng)多用戶聯(lián)合譯碼方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種適用于下行信道的物聯(lián)網(wǎng)多用戶聯(lián)合譯碼方法，包括以下步驟：

3、s1.基于 polar- noma系統(tǒng)模型，進(jìn)行多用戶場(chǎng)景下的極化碼構(gòu)造，得到極化碼序列；

4、s2.根據(jù)極化碼序列，設(shè)計(jì)極化碼迭代譯碼器；

5、s3.根據(jù)極化碼迭代譯碼器，設(shè)計(jì)迭代接收器；

6、s4.基于 polar- noma系統(tǒng)模型和迭代接收器，設(shè)計(jì) polar- noma系統(tǒng)接收器，實(shí)現(xiàn)多用戶聯(lián)合譯碼。

7、本發(fā)明的有益效果是：

8、本發(fā)明采用軟信息迭代譯碼方法，相較于硬判決所能夠盡可能地保留和利用來(lái)自信道的信息，具有更低的誤碼率。

9、作為優(yōu)選，步驟s1中所述極化碼構(gòu)造采用高斯近似構(gòu)造算法或極化重量構(gòu)造算法。

10、作為優(yōu)選，所述高斯近似構(gòu)造算法，具體為：計(jì)算原編碼信道對(duì)數(shù)似然比的數(shù)學(xué)期望，以及經(jīng)信道極化后的各子信道對(duì)數(shù)似然比的數(shù)學(xué)期望；對(duì)各數(shù)學(xué)期望值進(jìn)行排序，完成極化碼的序列生成。

11、作為優(yōu)選，所述原編碼信道對(duì)數(shù)似然比的數(shù)學(xué)期望的計(jì)算公式為：

12、

13、所述經(jīng)信道極化后的各子信道對(duì)數(shù)似然比的數(shù)學(xué)期望的計(jì)算公式為：

14、

15、其中，表示對(duì)數(shù)似然比的數(shù)學(xué)期望；表示原編碼信道第個(gè)比特的對(duì)數(shù)似然比；表示原編碼信道的第個(gè)比特；表示噪聲方差；分別表示極化碼第個(gè)子信道和第個(gè)子信道的對(duì)數(shù)似然比；表示極化碼的碼長(zhǎng)；表示用于計(jì)算雙曲正切函數(shù)平方的期望值的積分；

16、所述用于計(jì)算雙曲正切函數(shù)平方的期望值的積分的計(jì)算公式為：

17、

18、對(duì)函數(shù)進(jìn)行近似處理得到：

19、

20、其中，表示積分變量。

21、作為優(yōu)選，所述極化重量構(gòu)造算法具體為：通過(guò)序列號(hào)計(jì)算獲得各子信道的權(quán)重，根據(jù)各子信道的權(quán)重進(jìn)行排序，完成極化碼的序列生成；

22、所述各子信道的權(quán)重計(jì)算公式為：

23、

24、其中，表示第個(gè)子信道的權(quán)重；表示的二進(jìn)制形式的最大位數(shù)；表示二進(jìn)制形式的第位數(shù)字。

25、上述優(yōu)選方案的有益效果是：

26、極化重量構(gòu)造算法不依賴(lài)信道參數(shù)，計(jì)算簡(jiǎn)單，具有嵌套特性，能夠通過(guò)已有生成序列推導(dǎo)得到極化碼序列。

27、作為優(yōu)選，步驟s2中所述極化碼迭代譯碼器采用 scan譯碼算法進(jìn)行設(shè)計(jì)；

28、所述 scan譯碼算法具體為：

29、s201.將 cpm解調(diào)器的外信息輸入極化碼迭代譯碼器，所述外信息為原編碼信道關(guān)于碼字比特的對(duì)數(shù)似然比；

30、s202.根據(jù)原編碼信道關(guān)于碼字比特的對(duì)數(shù)似然比，得到對(duì)數(shù)似然比，所述對(duì)數(shù)似然比是關(guān)于原始比特的，原始比特包括信息比特和凍結(jié)比特，所述信息比特和凍結(jié)比特根據(jù)極化碼序列選取得到；

31、s203.將凍結(jié)比特由原比特先驗(yàn) l值轉(zhuǎn)化得到碼字比特的先驗(yàn) l值，并對(duì)先驗(yàn) l值初始化，得到初始化后的先驗(yàn) l值；

32、s204.根據(jù)對(duì)數(shù)似然比和先驗(yàn) l值，得到 scan譯碼器的最終判決。

33、作為優(yōu)選，步驟s203中所述初始化后的先驗(yàn) l值表示公式為：

34、

35、其中，表示凍結(jié)比特位，；表示信息比特位。

36、作為優(yōu)選，步驟s204中所述最終判決的表示公式為：

37、

38、其中，表示通過(guò)硬判決得到的判決值；表示極化碼第個(gè)子信道的對(duì)數(shù)似然比；表示軟抵消譯碼算法的譯碼器。

39、上述優(yōu)選方案的有益效果是：

40、 scan譯碼算法的串行譯碼特性使得其具有較高的收斂速度與信道極化程度，同時(shí) scan譯碼算法將凍結(jié)比特信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化進(jìn)而在整個(gè)譯碼過(guò)程中加以使用。

41、作為優(yōu)選，步驟s3中所述迭代接收器由 cpm解調(diào)器與極化碼迭代譯碼器通過(guò)交織操作相串聯(lián)構(gòu)成；所述 cpm解調(diào)器采用 map判決準(zhǔn)則。

42、上述優(yōu)選方案的有益效果是：

43、 cpm解調(diào)器與極化碼迭代譯碼器通過(guò)交織操作相串聯(lián)，能夠?qū)⑿诺乐械耐话l(fā)錯(cuò)誤近似為隨機(jī)錯(cuò)誤，降低迭代譯碼模塊間外信息的相關(guān)性，同時(shí)對(duì)于高維調(diào)制系統(tǒng)，有助于降低相鄰比特間的相關(guān)性。串行模式下接收端只需部署一個(gè)迭代接收器即可滿足需求。

44、作為優(yōu)選，步驟s4中所述 polar- noma系統(tǒng)接收器包括 lmmse- sic模塊，以及多個(gè)與 lmmse- sic模塊相連接的迭代接收器。

45、上述優(yōu)選方案的有益效果是：

46、通過(guò)設(shè)置 lmmse- sic模塊，能夠基于最小化輸出信號(hào)與實(shí)際信號(hào)間均方誤差的原則來(lái)獲得干擾抑制與噪聲增幅間的平衡，同時(shí)每次對(duì)某一個(gè)用戶信號(hào)?進(jìn)行檢測(cè)時(shí)只需更新計(jì)算矩陣的一行，從而縮短了計(jì)算時(shí)間。