一種陣列天線衛星通信系統的多用戶檢測譯碼方法
【專利摘要】本發明提供一種陣列天線衛星通信系統的多用戶檢測譯碼方法，該方法用于針對陣列天線衛星多用戶采用SC?FDMA多址方式接入的系統的上行鏈路的干擾消除和譯碼，所述方法為：通過將消息在“譯碼節點”、“映射/反映射節點”和“多用戶檢測節點”之間反復迭代，在達到一定迭代次數以后，進而實現陣列天線衛星通信系統多用戶之間的聯合干擾消除和譯碼，輸出消除干擾的譯碼結果。本發明涉及陣列天線衛星通信系統多用戶SC?FDMA反向鏈路中基于期望傳播算法的聯合干擾消除與譯碼實現方法。本發明結合因子圖的結構聯合處理多用戶系統的干擾消除與譯碼。并且通過采用期望傳播算法進一步降低計算復雜度。本發明具有線性計算復雜度且具有良好的干擾消除性能。
【專利說明】
-種陣列天線衛星通信系統的多用戶檢測譚碼方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種基于期望傳播算法的陣列天線衛星通信系統SC-抑MA鏈路實現方 法屬于通信技術領域，特別設及陣列天線衛星通信系統多用戶SC-抑MA(單載波頻分多址） 反向鏈路中基于期望傳播算法化xpec化tion Propagation)的多用戶聯合干擾消除與譯碼 實現方法。
【背景技術】
[0002] 隨著人們對衛星通信的通信質量需求越來越高和衛星通信技術的不斷發展，衛星 通信陣列天線技術W其增益高、寬帶寬、低旁瓣等優點得到越來越廣泛的應用。為了能夠進 一步提高系統的頻譜效率和系統容量，可W在陣列天線衛星通信系統中采用SC-抑MA多址 方式，利用下行控制信號，將地面用戶邏輯上劃分為多個小區，同小區的用戶采用不同的子 載波集合復用整個頻帶;不同小區采用單色頻率復用或者分數頻率復用，即構成了采用SC- FDMA多址方式的陣列天線衛星多用戶通信系統。但當系統中小區用戶密集時，小區間的干 擾將嚴重惡化系統性能。
[0003] 針對上述問題，應用干擾消除技術可W有效改善系統性能約束。其常見實現方法 如利用匪沈(最小均方誤差)濾波檢測器、最大似然檢測器等模塊進行。運些方法能夠顯著 提升系統容量，但存在計算復雜度高的缺點，如基于MMSE濾波的迭代方法，其計算復雜度W 陣列天線單元數的=次方增長。

【發明內容】

[0004] 本發明實施例提供一種基于期望傳播算法的多用戶聯合干擾消除和譯碼方法，將 其應用在陣列天線衛星通信系統SC-抑MA反向鏈路實現中，進而實現基于期望傳播的算法 實現多用戶聯合干擾消除與譯碼，相比于傳統的干擾消除方法，系統復雜度得到了極大地 降低。
[0005] 第一方面，提供一種陣列天線衛星通信系統的干擾消除和譯碼方法，該方法用于 針對陣列天線衛星多用戶采用SC-抑MA多址方式接入的系統的上行鏈路的多用戶聯合干擾 消除和譯碼，所述方法為:通過將消息在"譯碼節點"、"映射/反映射節點"和"多用戶檢測節 點"之間反復迭代，在達到一定迭代次數W后，進而實現陣列天線衛星通信系統多用戶之間 的聯合干擾消除和譯碼，輸出消除干擾的譯碼結果。
[0006] 結合上述第一方面，在第一種可能的實現方式中，所述方法具體包含：
[0007] 步驟101)利用因子圖中消息傳遞的規則，計算并更新各變量節點與函數節點間傳 遞的消息，并將更新的各變量節點與函數節點間傳遞的消息傳遞至多用戶檢測節點，再由 多用戶檢測節點將更新的各變量節點與函數節點間傳遞的消息傳遞至"映射/反映射"節 占 . '?、、，
[000引在"映射/反映射"節點，利用當前消息計算用戶端發送的變量符號對應的各發送 比特的最大似然比LLR并將計算得到的最大似然比LLR發送至"編碼/譯碼"節點；
[0009] "編碼/譯碼"節點進行譯碼操作得到譯碼結果并輸出更新后的編碼比特的最大似 然比LLR;
[0010] 其中，所述變量節點代表各用戶在各子載波上的發送符號；函數節點代表信道對 應于各天線陣元的各接收子載波上的分量；
[0011] 步驟102)判斷是否滿足了迭代要求，如果滿足了迭代條件則結束迭代并將譯碼器 在最后一次迭代中的譯碼結果作為用戶的譯碼結果進行輸出；
[0012] 否則返回步驟101)對接收的所有用戶的發送信息開始再一次迭代。
[0013] 結合上述第一方面，和第一種實現方式，在第二種可能的實現方式中所述步驟 101)之前還包含：
[0014] 步驟100)初始化與多用戶檢測節點相關的消息；
[001引其中，當節點間傳遞的消息均為高斯近似時，所述與多用戶檢測節點相關的消息 包含:均值和方差。
[0016] 結合上述第一方面，和第一種及第二種實現方式，在第=種可能的實現方式中，當 節點間傳遞的消息均為高斯近似時，所述步驟100)進一步包含：
[0017] 步驟100-1)假設誠為t時刻第n個用戶發送的第k個子載波上的符號，i為迭代計算 次數，初始化過程包含對W下參數賦初值：
[001 引 i = l
[0019]
[0020]
[0021]
[0022] 其中，明_;、哉二、;,為從函數節點記傳遞至變量節點苗的消息在第i和第"i-1" 次迭代時高斯分布的均值；為從函數節點傳遞至變量節點4的消息在第i 和第"i-r次迭代時高斯分布的方差;、.?二為從變量節點4傳遞至信道轉移函數 節點潔的消息在第巧日第"i-i"次迭代時高斯分布的均值;唯三。；、為從變量節點冶 傳遞至函數節點g文的消息在第i和第"i-r次迭代時的方差；
[0023] 步驟100-2)發送時用戶將編碼比特信息端映射為發送符號為，巧,為t時刻第n個 用戶發送符號姑的第q位編碼比特，所述編碼比特娩取值為0或1，在第i = l次迭代中編碼比 特的概率分布初始化為：
[0024]
[00巧]其中，q = l，2,3...Q，Q為系統調制階數。
[0026] 結合上述第一方面，和第一種、第二種及第=種實現方式，在第四種可能的實現方 式中所述步驟101)進一步包含：
[0027] 步驟101-1)計算變量節點始與信道轉移函數節點篇之間傳遞的消息片若(4)
[002引 和片吝K)，通過高斯近似的方法采用如下公式計算傳遞的消息的均值和方差：
[0029]
[0030]
[0031]
[0032] 其中，0<n<N+l、0<m<M+l、0<k<K+l，N為系統用戶數量、M為衛星天線陣元數 量、K為子載波數目；社、自為消息自(治；)的均值和方差，為消息 的均值和方差，2技,;,、r器為第"i-i"次迭代時函數節點傳遞至變量節點 4消息峰芯;,(.《)的均值和方差，端一,'。、嘴一、為第i次迭代時函數節點挺傳遞至變量節 點堿消息的均值和方差，.?;蘭;.、為第"i-r次迭代變量節點4時傳遞至 函數節點蘇消息/<;九;,(4)的均值和方差，旅為t時刻衛星第m個天線陣元接收的第k個子 載波上的信號，O2為信道加性高斯白噪聲的方差，Wmn系統頻域信道矩陣的第m行第n列的分 量；
[0033] 步驟101-2)基于更新后的均值和方差從變量節點記傳遞至函數節點 復文的消息表示為/<;,U;,(苗)砸過高斯近似計算更新消息/4U,;,(刮的均值和方差：
[0034]
[0035]
[0036] 其中，^_^&,^、分別為消息/的均值和方差，2；；^4,、巾為消息 片2一(苗）的均值和方差，W皿系統頻域信道矩陣的第m行第n列的分量；
[0037] 步驟101-3)基于更新后的均值自和方差從函數節點結傳遞至變量節 點4的消息表示為片直_,;. (乂,)，通過高斯近似計算更新消息A',,)的均值和方差：
[00；3 引
[0039]
[0040] 其中，分別為消息自(4；)的均值和方差，?^自、分別為 第i次迭代變量節點誠傳遞至函數節點g;,消息成-二;,（乂,)的均值和方差，、墻一,',,分別 為消息乂的均值和方差，F為傅里葉變換矩陣，Fki為F中第k行第1列的元素；
[0041] 步驟101-4)變量節點《流向映射節點姑的消息表示為冷1_^4心；：，），計算消息 UJ誠對應的高斯近似在第i迭代中的均值^和方差:
[0042]
[0043]
[0044] 其中，4:一、(。、堪一,,,,,分別為消息地:一、,>;")在第i次迭代時的均值和方差，F為傅里 葉變換矩陣，Fki為F中第k行、第1列的元素；
[0045] 步驟101-5)在步驟101-4)計算結果的基礎上，計算第i次迭代符號4對應編碼比 特的最大似然比LLR;對于符號茲對應的第q位編碼比特瑞，計算出避前最大似然比LLR:
[0046]
[0047] 其中，0<q<Q+l，Q為系統調制階數，A為2。階調制符號集合，Aj、分別為第q位 比特為0或1的符號子集，瑞巧第q位比特的概率分布；
[0048] 譯碼器W計算得到的悼(瑞)}作為輸入并輸出外信息批>(端亦
[0049] 對于編號q，更新編碼比特墻的概率分布，其中：0<q<Q+l:
[(K)加 ]
[0化1 ]
[0化2] 其中，有〇<n<化1和0<1<K+1;
[0053]步驟101斗}利用軒>(瑞)}，計算更新映射節點拖傳遞向變量節點《的消息片;;;一4片：!；
[0化4]
[OO對其中，0 < n <化1、0 < 1 < K+1;誠為符號4對應的第q位比特；
[0化6]步驟101-7)基于更新后的乂 :)，對于編號n、l計算變量節點這的歸一化置信 度嫂(引，并講一步計貸錠中。的挽值巧)巧力差巧，：
[0化7]
[0化引 [0化9]
[0060] 其中，〇<n<N+l、0<1<K+1、巧)為第i次迭代中消息峰L成片。)的均值和方 差；
[0061] 步驟1〇1_7)對于編號n、k、l，更新從變量節點4傳遞至函數節點裝:的消息片2_;,片,)， 計算消息高斯近似的均值^^^>和方差^^*。：
[0062]
[0063]
[0064] 其中，0<n<N+l、0<k<K+l、0<l<K+l ;巧>、巧i為步驟101-6計算的歸一化置信 度片;:'K)的均值和方差，項一、[2-1,分別為消息(乂，)的均值和方差，切傅里葉變 換矩陣，Fki為F中第k行、第1列的元素；
[0065] 步驟101-8)對于編號〇心更新函數節點技傳遞至變量節點.<:的消息//^；^"。* (4)， 計算消息//占(乂,）高斯近似的均和方差;
[0066；
[0067；
[006引其中，0<n<N+l、0<k<K+l，巧,，一X;,、巧為消息杉,)高斯近似的均值和 方差，F為傅里葉變換矩陣，Fki為F中第k行、第1列的元素。
[0069] 結合第一方面，和/或第一種實現方式，和/或第二種實現方式，和/或第=種的實 現方式，和/或第四種實現方式，在第五種可能的實現方式中，根據迭代輸出結果是否滿足 系統需求或者迭代次數是否達到規定次數兩個原則之一判斷是否滿足了迭代條件。
[0070] 第二方面，提供一種陣列天線衛星通信系統的多用戶聯合干擾消除和譯碼系統， 所述系統包含：
[0071] 多用戶聯合檢測模塊，用于通過迭代計算實現衛星接收信號的多用戶檢測W及干 擾消除;所述多用戶聯合檢測模塊的輸入包括各天線陣元的接收信號，由映射/反映射處理 模塊傳遞至該模塊的消息，且該用戶聯合檢測模塊的計算輸出為傳遞至映射/反映射處理 模塊的消息；
[0072] 映射/反映射處理模塊，用于實現用戶編碼比特與時域發送符號之間的映射/反映 射功能;其中，所述映射/反映射處理模塊的輸入信號為所述多用戶聯合檢測模塊傳遞至該 模塊的消息、由譯碼模塊計算輸出的更新后的各個編碼比特的最大似然比化R，所述映射/ 反映射處理模塊的輸出包括傳遞至多用戶聯合檢測模塊的消息、傳遞至譯碼模塊的各個編 碼比特的最大似然比LLR;
[0073] 譯碼模塊，用于實現衛星對接收信號的譯碼功能;其中，所述譯碼模塊的輸入為所 述映射/反映射處理模塊處理得到的時域符號各編碼比特的最大似然比化R，所述譯碼模塊 的輸出為系統的譯碼輸出、傳遞向所述映射/反映射處理模塊的更新后的各編碼比特的最 大似然比LLR。
[0074] 上述多用戶聯合檢測模塊的工作原理和過程為:信道轉移函數節點乂自W及變量節 點4,其中信道轉移函數節點代表了信道對應于各天線陣元的各接收子載波上的分量，而 變量節點代表了各用戶在系統各子載波上的發送符號;系統迭代計算過程中消息在信道轉 移函數節點W及變量節點之間相互傳遞。經過一定的迭代計算之后，可W求得各變量節點 的邊緣概率分布，從而實現了對于接收混合信號的多用戶檢測W及干擾消除。所述映射/反 映射處理模塊的工作原理和過程為:映射/反映射函數節點.《和變量節點4,其中函數節點 代表了各用戶通過編碼比特得到各時域符號的映射和反映射變換，變量節點則代表了各用 戶發送的各個時域符號;借助于模塊的輸入消息等，模塊內通過對于變量節點和函數節點 之間傳遞消息的迭代計算可W得到各編碼比特的最大似然比化R。所述譯碼模塊根據各用 戶編碼比特的最大似然比LLR，計算輸出各用戶譯碼結果即各用戶發送信息。
[0075] 與現有技術相比，本發明中基于期望傳播算法的陣列天線衛星通信系統SC-FDMA 鏈路實現方法相比于傳統方法具有W下顯著特征：
[0076] 多用戶聯合干擾消除與譯碼，提高了系統頻譜利用率;本發明中陣列天線衛星通 信系統使用SC-抑MA多址技術，通過聯合干擾消除與譯碼，有效消除了各小區之間的同步的 干擾，極大提高了系統對頻譜資源的利用率。本發明中使用基于期望傳播的算法實現聯合 干擾消除與譯碼，相比于傳統的干擾消除方法，系統復雜度得到了極大地降低。
【附圖說明】
[0077] 圖1基于期望傳播算法的多用戶聯合干擾消除與譯碼實現流程圖；
[0078] 圖2基于期望傳播算法的多用戶聯合干擾消除與譯碼消息傳遞因子圖；
[0079] 圖3基于期望傳播算法的陣列天線衛星通信系統SC-FDMA鏈路實現系統結構圖。
【具體實施方式】
[0080] 下面結合附圖和實施例對本發明所述方法進行詳細說明。
[0081 ] 實施例1
[0082] 本發明提出的基于期望傳播算法的陣列天線衛星通信系統SC-抑MA鏈路實現方法 的流程圖如附圖1所示，本發明包括W下步驟：
[0083] 算法從"多用戶檢測節點"開始，首先初始化與其相關的消息（本方法中節點間傳 遞的消息都采用高斯近似來簡化運算，因此只要初始化各消息相應的均值和方差即可）。之 后利用因子圖中消息傳遞的規則，計算更新各變量節點與函數節點間傳遞的消息。在"映 射/反映射"節點，利用當前消息計算發送變量符號對應的各發送比特的最大似然比化R并 發送至"編碼/譯碼"節點。"編碼/譯碼"節點進行譯碼操作得到譯碼結果并輸出更新后的編 碼比特的LLR。利用新的LLR基于因子圖消息傳遞的規則，計算更新各變量節點與函數節點 間傳遞的消息至"多用戶檢測節點"，本次迭代完成。
[0084] 實施例2
[0085] W下實施例假設用戶在t時刻發送信息，接收端在t時刻接收用戶發送的信息并估 計發送端在t時刻的發送信息，即W下實施例未考慮發送端與接收端傳輸信息的延時，而當 具體應用考慮延時信息時下述技術方案僅需要結合本領域的公知常識簡單變形即可，并不 需要付出創造性的勞動。此外，下述技術方案將發送信號近似為高斯分布，當發送信號不符 合高斯分布時也可W借鑒如下技術方案實現消除干擾的聯合譯碼的效果。
[0086] 本發明使用基于期望傳播的算法，通過將消息在"譯碼節點"、"映射/反映射節點" 和"多用戶檢測節點"之間反復迭代，在達到一定迭代次數W后，本發明可W實現陣列天線 衛星通信系統多用戶之間的聯合干擾消除和譯碼。
[0087] 為了降低復雜度，規定了消息傳遞順序：多用戶檢測節點根據輸入接收信號信息 更新消息，并傳遞至映射節點，映射節點更新消息后傳遞至譯碼節點，一旦譯碼器更新了 化R(最大似然比)并將其傳遞至多用戶檢測節點，新一輪迭代開始，消息從因子圖底部向上 傳遞并立即返回。
[0088] 本發明針對陣列天線衛星多用戶系統的上行鏈路，其應用SC-抑MA多址方式。系統 中有N個獨立用戶，第n個用戶在t時刻在時域發送符號記為為Sa=y"，苗,，...，請了乂 EA A 為2。階調制符號集合，K為子載波的數量。對應的頻域發送符號記為X。,=[為，4，...，誠了治 為用戶n在t時刻第k個子載波上發送的信號。衛星配備了由M個天線陣元組成的天線陣列， 所有天線陣元在第k個子載波上接收到的頻域信號為yk，j4為第m個天線陣元t時刻在第k個 子載波上的接收信號。
[0089] 本發明在上述系統中利用期望傳播算法進行聯合干擾消除和譯碼，第i次迭代中 從變量節點據傳遞至信道轉移函數節點記的消息記為(為) > 而在反方向傳遞的 消息記為本方法中為降低計算復雜度將其近似為高斯分布
Wmn多波束多用 戶頻域信道矩陣的第m行第n列的分量，哉;_^和為高斯分布的均值，:和嘴為 高斯分布的方差。
[0090] 同理，第i次迭代中從變量節點冶傳遞至函數節點茲的消息高斯近似記為 ^
................ 3均值，*^<^>^3自為方差)，而在反方向傳遞的消息高 斯近似記為.j
如勻值，為方差);第i次迭代中 從變量節點這傳遞至函數節點茲的消息高斯近似記為鐵(《）S 乂;:(妃.繁，於蝶W;、)（ 為均值,?,?為方差），而在反方向傳遞的消息高斯近似記為 '
;為均值，為方差），瑪為傅里葉變換矩 陣中的元素;從變量節點4傳遞至映射節點短的消息近似為
((61為均值，嫂為方差）。
[0091] 一種基于期望傳播算法的陣列天線衛星通信系統SC-FDMA鏈路實現方法特征在 于，所述的方法具體過程是依次按照W下步驟實現的：
[0092] 步驟(1)初始化：
[0093] 堿為t時刻第n個用戶發送的第k個子載波上的符號，i為迭代計算次數，算法初始 化階段i = l，設置
[0094]
[0095]
[0096]
[0097] 發送時用戶將編碼比特信息<L(q=l，2,3…切映射為發送符號:《，瑞,為t時刻第n 個用戶發送符號4的第q個編碼比特。為/取值為0、1，第i = l次迭代中其概率分布初始化為 [009引
[0099] 步驟(2)傳播和更新信息：
[0100] 在規定的迭代次數內，對于時刻t的系統在第i次迭代過程中，執行W下步驟：
[0101] 步驟(2.1)對于編號n、m、k，有 0<n<N+l、0<m<M+l、0<k<K+l，計算變量節點4 傳遞與信道轉移函數節點.謀之間傳遞的消息A心(.攻)/巖^、?。(為），通過高斯近似的方 法只需計算消息/<;;^；^冶)和片<^.,;>；：,)均值與方差，通過^下步驟更新：
[0102]
[0103]
[0104]
[0105]
[0106] 步驟(2.2)基于更新后的均值評方差巧>對于編號n、k、I，有0 <n<N+1、 0<1^<1(+1、0<1<1(+1，從函數節點滅傳遞至變量節點4的消息雌:~?;,,(乂，)，通過高斯近 似，計算更新消息堪一,Ja'u )均值方差：
[0107]
[010 引
[0109] 步驟(2.3)對于編號n、1，有0 <n <N+1、0 < 1 <K+1，變量節點攻流向映射節點始的 消息為成Ui (>,'?)，計算消息為UJ 乂I)高斯近似在迭代中的均值巧;和方差巧'，
[0110]
[0111]
[0112] 利用計算得到的均值巧>日方差Cf，計算產生符號社對應編碼比特的化R。對于編 號q，有0<q<Q+l，計算出編碼比特瑞，的LLR:
[0113]
[0114] 譯碼器化掉'(端)}作為輸入并輸出外信息護'(域/)}，對于編號q，有。<q<Q+l， 更新編碼比特切，/的概率分布：
[0115]
[0116]
[0117] 步驟(2.4)利用批'(瑞)}對于編號n、1，有0<11<壯1、0<1<1(+1，計算更新映射 節點據傳遞向變景節點si的消息) _
[011 引
[0119] 步驟(2.4)基于更新后的片^、;,(乂,)>對于編號11、1，有0<11<壯1、0<1<1(+1，計算 變量節點記的掃一化晉信度貨'片,）并講一巧計貸巧挽估巧^日方差巧;i。
[0120]
[0121]
[0122]
[0123] 步驟(2.5)對于編號〇心1，有0<11<町1、0<1^<1(+1、0<1<1(+1，更新從變量節點 4傳遞至函數節點各:,的消息峰:-4,(乂:)，計算其高斯近似的均值巧,^',和方差巧一苗，
[0124]
[0125]
[0126] 步驟(2.6)對于編號11、4，有0<]1<壯1、0<1^<1(+1，更新函數節點備,^傳遞至變量節 點的消息冷U (誠)，計算其高斯近似的均值端_^和方差嘴一,t :
[0127]
[012 引
[0129] 少驟U;里發W J：少驟U;直到滿足迭代次數，輸出譯碼結果。
[0130] 此外，本發明還提供一種陣列天線衛星通信系統的多用戶聯合干擾消除和譯碼系 統，其特征在于，所述系統包含：
[0131] 多用戶聯合檢測模塊，用于通過迭代計算實現衛星接收信號的多用戶檢測W及干 擾消除;所述多用戶聯合檢測模塊的輸入包括各天線陣元的接收信號，由映射/反映射處理 模塊傳遞至該模塊的消息，且該用戶聯合檢測模塊的計算輸出為傳遞至映射/反映射處理 模塊的消息；
[0132] 映射/反映射處理模塊，用于實現用戶編碼比特與時域發送符號之間的映射/反映 射功能;其中，所述映射/反映射處理模塊的輸入信號為所述多用戶聯合檢測模塊傳遞至該 模塊的消息、由譯碼模塊計算輸出的更新后的各個編碼比特的最大似然比化R，所述映射/ 反映射處理模塊的輸出包括傳遞至多用戶聯合檢測模塊的消息、傳遞至譯碼模塊的各個編 碼比特的最大似然比LLR;
[0133] 譯碼模塊，用于實現衛星對接收信號的譯碼功能;其中，所述譯碼模塊的輸入為所 述映射/反映射處理模塊處理得到的時域符號各編碼比特的最大似然比化R，所述譯碼模塊 的輸出為系統的譯碼輸出、傳遞向所述映射/反映射處理模塊的更新后的各編碼比特的最 大似然比LLR。
[0134] 實施例3
[0135] 本發明提出的一種基于期望傳播算法的陣列天線衛星通信系統SC-抑M鏈路實現 方法，下面W-個多用戶SC-抑MA系統上行鏈路為例進行說明。
[0136] 考慮一個多用戶的SC-抑MA衛星通信系統，系統結構如附圖3所示。地面端擁有N = 32個不同用戶，每個用戶來自不同的小區，衛星配置了由M = 32個天線陣元組成的天線陣 列。系統采用單色頻率復用，共有N=32個來自不同小區的獨立用戶共享某塊相同的時頻資 源。每一個用戶使用長度為Ne = 4096,1/2碼率的LDPC編碼與QPSK調制，每個用戶子載波數K = 16。
[0137] 多用戶的SC-抑MA衛星通信系統實現關鍵在于多用戶檢測與干擾消除。本方法中 提出在接收端利用期望傳播算法進行聯合干擾消除與譯碼。傳統方法則利用MMSE檢測器迭 代進行干擾消除W及譯碼。分別利用本發明中提出的方法W及傳統方法對于W上方法進行 實現，通過仿真驗證了本發明方法可W在線性計算復雜度的情況下，達到良好的干擾消除 效果。
[0138] 總之本發明提出一種基于期望傳播算法的陣列天線衛星通信系統多用戶聯合干 擾消除和譯碼方法。本發明結合因子圖的結構聯合處理多用戶系統的干擾消除與譯碼。并 且通過采用期望傳播算法進一步降低計算復雜度。本發明具有線性計算復雜度且具有良好 的干擾消除性能。
[0139] 最后所應說明的是，W上實施例僅用W說明本發明的技術方案而非限制。盡管參 照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方 案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明 的權利要求范圍當中。
【主權項】
1. 一種陣列天線衛星通信系統的多用戶檢測譯碼方法，該方法用于針對陣列天線衛星 多用戶采用SC-抑MA多址方式接入的系統的上行鏈路的多用戶聯合干擾消除和譯碼，所述 方法為:通過將消息在"譯碼節點"、"映射/反映射節點"和"多用戶檢測節點"之間反復迭 代，在達到一定迭代次數W后，進而實現陣列天線衛星通信系統多用戶之間的聯合干擾消 除和譯碼，輸出消除干擾的譯碼結果。2. 根據權利要求1所述的陣列天線衛星通信系統的多用戶聯合干擾消除和譯碼方法， 所述方法具體包含： 步驟101)利用因子圖中消息傳遞的規則，計算并更新各變量節點與函數節點間傳遞的 消息，并將更新的各變量節點與函數節點間傳遞的消息傳遞至多用戶檢測節點，再由多用 戶檢測節點將更新的各變量節點與函數節點間傳遞的消息傳遞至"映射/反映射"節點； 在"映射/反映射"節點，利用當前消息計算用戶端發送的變量符號對應的各發送比特 的最大似然比LLR并將計算得到的最大似然比LLR發送至"編碼/譯碼"節點； "編碼/譯碼"節點進行譯碼操作得到譯碼結果并輸出更新后的編碼比特的最大似然比 LLR； 其中，所述變量節點代表各用戶在各子載波上的發送符號；函數節點代表信道對應于 各天線陣元的各接收子載波上的分量； 步驟102)判斷是否滿足了迭代要求，如果滿足了迭代條件則結束迭代并將譯碼器在最 后一次迭代中的譯碼結果作為用戶的譯碼結果進行輸出； 否則返回步驟101)對接收的所有用戶的發送信息開始再一次迭代。3. 根據權利要求2所述的陣列天線衛星通信系統的多用戶聯合干擾消除和譯碼方法， 其特征在于，所述步驟101)之前還包含： 步驟100)初始化與多用戶檢測節點相關的消息； 其中，當節點間傳遞的消息均為高斯近似時，所述與多用戶檢測節點相關的消息包含： 均值和方差。4. 根據權利要求3所述的陣列天線衛星通信系統的多用戶聯合干擾消除和譯碼方法， 其特征在于，當節點間傳遞的消息均為高斯近似時，所述步驟100)進一步包含： 步驟100-1)假設4為t時刻第η個用戶發送的第k個子載波上的符號，i為迭代計算次 數，初始化過程包含對W下參數賦初值：其中，二分別為從函數節點/nt傳遞至變量節點端的消息在第"i-1"次迭代 時高斯分布的均值和方差;·為從函數節點傳遞至變量節點誠的消息在第i 次迭代時高斯分布的均值和方差；自分別為從變量節點讀傳遞至函數節點gf, 的消息在第"i-r次迭代時的均值和方差； 步驟100-2)發送時用戶將編碼比特信息站f映射為發送符號延，鴻，為t時刻第η個用戶 發送符號4的第q位編碼比特，所述編碼比特項,取值為0或1，在第i = l次迭代中編碼比特的 概率分布初始化為：其中，q=l，2,3. . .Q，Q為系統調制階數。5.根據權利要求4所述的陣列天線衛星通信系統的多用戶聯合干擾消除和譯碼方法， 其特征在于，所述步驟101)進一步包含： 步驟lOl-U計算變量節點4與信道轉移函數節點總之間傳遞的消息(誠)和 請)，通過高斯近似的方法采用如下公式計算傳遞的消息的均值和方差：其中，0<n<N+l、0<m<M+l、0<k<K+l，N為系統用戶數量、M為衛星天線陣元數量、K 為子載波數目；.巧^;,、哨為消息/堪(4 )的均值和方差，鳴Ad、為消息 嫂-r,V(誠)的均值和方差，4-1;,、rjli,為第"i-1"次迭代時函數節點記，傳遞至變量節點 讀消息/貨(讀)的均值和方差，.?一、、嘴一4為第i次迭代時函數節點詔傳遞至變量節 點誠消息端一,,,(4)的均值和方差，.?:過、為第"i-1"次迭代變量節點苗時傳遞至 函數節點癥t消息/<瓦4(冶）的均值和方差，誠為t時刻衛星第m個天線陣元接收的第k個子 載波上的信號，σ2為信道加性高斯白噪聲的方差，wmn系統頻域信道矩陣的第m行第η列的分 量； 步驟101-2)基于更新后的和方差從變量節點誠傳遞至函數節點的 消息表示為，通過高斯近似計算更新消息的均值和方差：g中，鳴^自、結分別為消，島均值芽η方^，蹲^'禮為消，島 片<,^；^、^_^4!)的均值和方差，*^^系統頻域信道矩陣的第111行第11列的分量； 步驟101-3)基于更新后的均值i?^q;,和方差^54g自，從函數節點g^傳遞至變量節點妓的 消息表示為，(乂,），通過高斯近似計算更新消息片24,;>;")的均值和方差：其中，·分別為撤島的均值和方差，巧^^' 分別為第i次 迭代變量節點4,傳遞至函數節點茲消息αΓ；。。自(攻)的均值和方差，<；U.、墻分別為消 息八^_>,^"^；：,)的均值和方差^為傅里葉變換矩陣，。1^為。中第4行第1列的元素； 步驟1〇1_4)變量節點這流向映射節點玻的消息表示為成K)，計算消息成Ui (與，） 對應的高斯近似在第i迭代中的均值和方差;其中，堪一,4、墻一^"分別為消息冷U',, (乂,)在第i次迭代時的均值和方差，切傅里葉變 換矩陣，Fki為F中第k行、第1列的元素； 步驟101-5)在步驟101-4)計算結果的基礎上，計算第i次迭代符號4對應編碼比特的最 大似然比LLR;對于符號么對應的第q位編碼比特瑞，計算出瑞的最大似然比LLR:其中，0<q<Q+l，Q為系統調制階數，A為29階調制符號集合，A^e、Agi分別為第q位比特 為0或1的符號子集，堿)為第q位比特的概率分布； 譯碼器W計算得到的·(巧，(端作為輸入并輸出外信息·(皆i (瑞)}; 對于編號q，更新編碼比特項/的概率分布，其中:〇<q<Q+l:其中，有〇<n<N+巧Ρ0<1<Κ+1; 步驟loi-e)利用·(王…(瑞)}，計算更新映射節點《傳遞向變量節點4的消息誠'一心片,）；其中，0<n<N+l、0< 1 <Κ+1;瑞為符號達對應的第q位比特； 步驟101-7)基于更新后的(乂,)，對于編號n、l計算變量節點凍的歸一化置信度 巧'K)，并進一步計算嫂倒的均值巧和方差嘴:其中，0<n<N+l、0<l<K+l，嘴、蝶為第i次迭代中撤島卷《(乂，)的均值和方差； 步驟101-7)對于編號n、k、l，更新從變量節點攻傳遞至函數節點公,的消息乂1)， 計算消高斯近似的均值.和方差其中，0<n<N+l、0<k<K+l、0<1<Κ+1;^、為步驟101-6計算的歸一化置信度 巧1片）的均值和方差，墻_";,,、墻^、,，分別為消息的均值和方差，F為傅里葉變換 矩陣，Fki為F中第k行、第1列的元素； 步驟101-8)對于編號n、k，更新函數節點傳遞至變量節點^的消息(.詩)，計算 消息高斯近似的均和方差=其中，0<n<N+l、0<k<K+l，?^_巧5、?U?；^為消息片??一s4K)高斯近似的均值和方 差，F為傅里葉變換矩陣，Fki為F中第k行、第1列的元素。6.根據權利要求1-5中任一項所述的陣列天線衛星通信系統的多用戶聯合干擾消除和 譯碼方法，其特征在于，根據迭代輸出結果是否滿足系統需求或者迭代次數是否達到規定 次數兩個原則之一判斷是否滿足了迭代條件。
【文檔編號】H04L25/03GK105978662SQ201610302674
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月9日
【發明人】吳勝, 張劍, 匡麟玲, 倪祖耀
【申請人】清華大學