一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法_CN109639607A
一种应用于MIMO场景的非正交多址接入方法[发明专利]
![一种应用于MIMO场景的非正交多址接入方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/eee3763fc1c708a1294a4468.png)
专利名称：一种应用于MIMO场景的非正交多址接入方法专利类型：发明专利
发明人：王荆宁,董超,王传友,卢泳兵,吴新华
申请号：CN201910807986.6
申请日：20190829
公开号：CN110504996A
公开日：
20191126
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种应用于MIMO场景的非正交多址接入方法，通过对多组资源的因子图进行交织设计优化信号系统的信号发送方式，获得传输系统性能增益。
在MIMO传输场景下提出一种新的基于因子图交织的非正交多址资源映射方式，通过基于因子图扩展的资源映射方式可以提高系统的可靠性，而将基于因子图扩展的资源映射方式应用到大规模MIMO场景下，可以进一步提高传输系统的吞吐率以及可靠性。
申请人：中国电子科技集团公司第五十四研究所
地址：050081 河北省石家庄市中山西路589号第五十四所微散部
国籍：CN
代理机构：河北东尚律师事务所
代理人：王文庆
更多信息请下载全文后查看。
非正交多址接入系统的检测及量化算法研究
非正交多址接入系统的检测及量化算法研究从第二代移动通信中最基本的低速率语音服务到第四代移动通信中高速的网络多媒体数据业务(100Mbps-1Gbps),现代无线通信技术得到了快速的发展。
随着移动网络用户数增加和人们对通信服务种类和服务质量要求的提高,目前的移动通信网络传输速率已经远远无法满足快速发展的社会需求。
近期相关研究表明,非正交多址接入(NOMA)技术、多天线发送和多天线接收(MIMO)技术以及大规模MIMO-NOMA(Massive MU-MIMO)技术可以极大地提高无线通信网络的传输速率和服务质量,因而受到越来越多的关注。
首先,由于用户数量的急剧增加和频谱资源的限制,NOMA是未来无线通信系统中无法避免的接入方式。
NOMA技术不仅能让多个用户共享同一个频谱资源,而且可以获得比现有正交多址技术(如时域正交多址接入TDMA、频域正交多址接入OFDMA)更高的频谱效率。
其次,MIMO传输技术在不增加额外的频谱资源和天线发送总功率的情况下可以有效地提高传输速率,并且大规模多接入MIMO系统在系统传输速率和能量效率方面有极大的改善。
此外,多址接入中继系统是多址接入信道和中继信道相结合的更复杂、更普遍的一个基本通信单元,在未来无线通信网络中有很好的应用前景,因而对于多址接入中继信道的高效通信策略的研究非常关键。
本论文针对多址接入信道和多址接入中继信道(包括过载和欠载),结合NOMA、MIMO和大规模天线等关键技术,利用信息理论、编码和检测相关理论来分析和设计NOMA信道的检测和量化方案,为下一代5G相关技术的标准化提供理论支撑和技术指导。
本论文的主要内容和创新点如下:首先,针对大规模MIMO-NOMA通信系统,系统研究了低复杂度的高斯消息传递迭代检测(GMPID)方案。
MIMO-NOMA系统中的GMPID是在一个含有大量环的因子图上进行的消息传递算法,而含环消息传递算法的收敛性问题(如:收敛条件、收敛速度、收敛性能等)是一个公开的难题。
非正交多址接入系统的检测及量化算法研究
非正交多址接入系统的检测及量化算法研究非正交多址接入系统（Non-Orthogonal Multiple Access，简称NOMA）是一种创新的无线通信技术，能够改善频谱利用效率和连接密度。
为了提高NOMA系统的性能，准确地检测和量化是至关重要的。
本文将探讨非正交多址接入系统的检测及量化算法研究。
首先，我们需要了解NOMA系统的基本原理。
NOMA系统采用非正交信号设计，在时间、频率或码上进行重叠传输，从而实现多用户之间的并行传输。
由于非正交信号的传输特性，不同用户之间的信号会发生干扰。
因此，准确地检测和量化是解决干扰问题的关键。
在NOMA系统中，检测算法的目标是将不同用户的信号进行分离并恢复原始信号。
一种常用的检测算法是基于最大似然准则的信号分离算法。
该算法基于接收到的信号和已知的信道状态信息，通过求解优化问题来恢复原始信号。
然而，由于NOMA系统中存在多用户之间的干扰，信号分离问题变得更加复杂。
因此，研究人员提出了一些改进算法来提高信号分离性能。
一种改进的信号分离算法是基于压缩感知理论的算法。
该算法通过对接收到的信号进行稀疏表示，将信号分离问题转化为优化问题。
通过最小化稀疏表示的误差，可以准确地分离出不同用户的信号。
此外，研究人员还提出了基于机器学习的信号分离算法。
这些算法利用机器学习技术，通过对大量数据的训练来优化信号分离模型。
通过对接收到的信号进行特征提取和分类，可以实现准确的信号分离。
除了信号分离算法，量化算法也是NOMA系统中的关键问题。
量化算法用于将恢复的信号转化为数字信号，以便进行进一步的处理和传输。
传统的量化算法包括均匀量化和非均匀量化。
然而，这些算法在复杂信号分离问题上表现不佳。
因此，研究人员提出了一些新的量化算法来提高NOMA系统的性能。
一种新的量化算法是基于小波变换的算法。
该算法利用小波变换技术将恢复的信号分解为不同的频带，然后对每个频带进行独立的量化。
通过选择合适的小波基函数和量化步长，可以实现高精度的量化。
一种低复杂度SCMA多用户检测算法
一种低复杂度SCMA多用户检测算法朱翠涛;吴蓓【摘要】为了进一步降低稀疏码多址接入系统中多用户检测算法的复杂度,提出了一种基于部分资源块高斯近似的多用户检测算法.首先对资源块优势等级进行比较;然后选择译码优势等级高的n个资源块使用加权消息传递算法,剩下的资源块使用高斯近似消息传递算法.同时联合资源块和用户优势等级,在每次迭代后对译码优势等级较高的用户直接译码并剔除,使得后续每轮迭代的复杂度依次降低.仿真结果表明,通过合理选择资源块个数,可以在保证检测性能的同时,有效地降低检测复杂度.因此,提出的算法较好地实现了译码性能和复杂度之间的平衡.【期刊名称】《西安电子科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(046)004【总页数】7页(P80-86)【关键词】稀疏码多址接入;消息传递算法;资源块;高斯近似【作者】朱翠涛;吴蓓【作者单位】中南民族大学智能无线通信湖北省重点实验室,湖北武汉 430074;中南民族大学智能无线通信湖北省重点实验室,湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TN929.5稀疏码多址接入(Sparse Code Multiple Access，SCMA)，是应5G需求设计产生的一种非正交多址技术。
其非正交叠加的码字个数可以成几倍大于使用的资源块个数，从而大大提高了频谱利用率。
为了使稀疏码多址接入成为更具竞争力的空口技术，需要解决的关键问题是性能优良的码本设计及低复杂度的多用户检测算法。
笔者研究的重点在于多用户检测算法。
利用稀疏码多址接入码字的稀疏结构[1]，基站能够通过低复杂度的消息传递算法(Message Passing Algorithm，MPA)实现接近最大后验概率检测和最大似然检测。
然而，在多用户情况下，各用户的发送信号在接收端叠加[2]，随着用户数的增加，消息传递算法译码的复杂度将呈指数增长。
为了减少复杂度，文献[3]提出了线性滤波高斯近似置信传播算法，迭代地消除干扰。
一种非正交多址接入下行链路信号检测方法
一种非正交多址接入下行链路信号检测方法王茜竹;唐超;吴广富;彭大芹【期刊名称】《重庆邮电大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(028)005【摘要】非正交多址接入（non-orthogonal multiple access，NOMA）下行链路存在严重的多址干扰。
软解调-串行干扰消除（successive interference cancellation，SIC）检测方法是一种性能较好的信号检测方法，但是接收机的复杂度比较高。
考虑到软解调算法对其他用户信号的信号特征信息并未充分利用，提出一种基于软解调算法改进的联合检测算法，该算法直接利用多用户叠加信号的联合星座图计算用户信号信息比特的软信息，不需要对干扰信号进行检测和重构，可以降低接收机的复杂度。
仿真分析表明，与软解调-SIC检测方法相比，联合检测方法在性能损失不超过1．5 dB的情况下，可以将接收机的复杂度降低一半。
【总页数】8页(P686-693)【作者】王茜竹;唐超;吴广富;彭大芹【作者单位】重庆邮电大学电子信息与网络工程研究院，重庆400065;重庆邮电大学电子信息与网络工程研究院，重庆400065;重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室，重庆400065;重庆邮电大学电子信息与网络工程研究院，重庆400065【正文语种】中文【中图分类】TN929.5【相关文献】1.一种高效的TD-SCDMA下行链路帧头检测方法及FPGA实现 [J], 鲍俊华;孟利民;华惊宇;徐志江2.一种非正交多址接入下行链路信号检测方法 [J], 王茜竹;唐超;吴广富;彭大芹3.非正交多址接入下行链路用户匹配与功率优化算法 [J], 李钊;戴晓琴;陈柯宇;肖丽媛4.一种基于SIC的NOMA下行链路信号检测方法 [J], 唐超5.非正交多址接入系统下行链路簇内用户数最大化研究 [J], 冯郑慧;李莉;林振;彭张节因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第2i-1列中第1行到M行的元素，Q2i-1表示矩阵Q的第2i-1列；
计 算 Q中 奇 数 列的 二范 数 模值的 平方 ，记为
其中
表示对矩阵Q的第2i-1列做转置；i表示第一迭代计数器，N表示迭代总次数，与发送天
线数相等； 计算矩阵Q和矩阵R中的元素。 4 .根据权利要求3所述的一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法，其特征
R2j,2j与R2j-1 ,2j计算过程如下： 因为Q2j-1与Q2j正交，所以||Q2j-1||与||Q2j||相等，R2j-1 ,2j-1＝||Q2j-1||，将Q2j-1的标准化 值映射到Q2j上得到R2j-1 ,2j，R2j-1 ,2j表示为：
步骤2 .45：设置迭代次数N-j，令第四迭代计数器n＝j+1； 步骤2 .46：按照式(3)计算
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910055664 .0
(22)申请日 2019 .01 .21
(71)申请人 南京邮电大学 地址 210003 江苏省南京市鼓楼区新模范 马路66号
(72)发明人 唐加山 朱婧菁
(74)专利代理机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224
2
CN 109639607 A
权 利 要 求 书
2/4 页
其中 ，R2j-1 ,2j-1表示矩阵R的第2j-1行第2j-1列的元素、normj表示向量norm的第j列、 Q2j-1表示矩阵Q的第2j-1列、R2j,2j表示矩阵R的第2j行第2j列的元素、R2j-1 ,2j表示矩阵R的第 2j-1行第2j列的元素、Q2j表示矩阵Q的第2j列、QM+1:2M ,2j-1T表示对矩阵Q第2j-1列中第M+1行 到2M行的元素所组成的向量做转置、Q1:M ,2j-1T表示对矩阵Q第2j-1列中第1行到M行的元素所 组成的向量做转置；
权利要求书4页 说明书8页 附图1页
CN 109639607 A
CN 109639607 A
权 利 要 求 书
1/4 页
1 .一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法，其特征在于，所述方法包括以 下步骤：
获取加性高斯白噪声信道的复信道系数矩阵、接收信号向量、发送信号向量、发送天线 数和接收天线数 ，对所述复信道系数矩阵进行实数化处理 ，得到实数矩阵 ，所述实数矩阵的 行数和列数分别是复信道系数矩阵的两倍；
转置、Q2n-1表示矩阵Q的第2n-1列、R2j-1 ,2n表示矩阵R的第2j-1行第2n列的元素、Q2n表示矩阵 Q的第2n列、R2j ,2n-1表示矩阵R的第2j行第2n-1列的元素、R2j ,2n表示矩阵R的第2j行第2n列的 元素、normn表示向量norm的第n列、QM+1:2M ,2n-1T表示对矩阵Q第2n-1列中第M+1行到2M行的元
3
CN 109639607 A
权 利 要 求 书
3/4 页
素所组成的向量做转置、Q1:M ,2n-1T表示对矩阵Q第2n-1列中第1行到M行的元素所组成的向量 做转置、Q1:M ,2jT表示对矩阵Q第2j列中第1行到M行的元素所组成的向量做转置、QM+1:2M ,2jT表 示对矩阵Q第2j列中第1行到M行的元素所组成的向量做转置、Q1:M ,2nT表示对矩阵Q第2n列中 第1行到M行的元素所组成的向量做转置、QM+1:2M ,2nT表示对矩阵Q第2n列中第1行到M行的元
其中R2j,2n ,R2j,2n-1与Q2n计算过程如下：
R2j-1 ,2n-1的计算过程同R2j ,2n，Q2n＝Q2n-R2j-1 ,2nQ2j-1-R2j ,2nQ2j，由以上结果得出：Q2n与Q2n-1
对称，Q2n＝[-QM+1:2M
T ,2n-1
,Q1:M
,2n-1T]T；
其中，R2j-1,2n-1表示矩阵R的第2j-1行第2n-1列的元素、 表示对矩阵Q的第2j-1列做
代理人 董建林 范青青
(51)Int .Cl . H04L 25/03(2006 .01) H04L 1/00(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109639607 A (43)申请公布日 2019.04.16
( 54 )发明 名称 一种低复杂度的非正交多址接入系统信号
检测方法 ( 57 )摘要
在于，计算矩阵Q和矩阵R中的元素过程包括： 步骤2 .41：设置迭代总次数N，令第二迭代计数器j＝0； 步骤2 .42：k＝argminl＝j,...,Nnorml，其中k表示二范数模值平方最小向量的坐标，l表示
第三迭代计数器，norml表示向量norm的第l列； 步骤2 .43：交换R，Q，p，norm的2j-1与2k-1项，交换R，Q，p的2j与2k项； 步骤2 .44：按照式(2)计算；
式中 ：G为复信道系数矩阵 ；H为实数矩阵。
3 .根据权利要求2所述的一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法，其特征
在于，所述排序QR的分解方法包括如下步骤：
令Q＝H，R＝0，排列向量p＝[1 ,(1+C) ,2 ,(2+C) ,...,C ,2C]，其中C表示实数矩阵H的列
数，C的大小与发送天线数相等；
根据发送天线数 、接收天线数对所述实数矩阵 进行对称的 排序QR分解 ，得到一个正交 矩阵Q和一个上三角矩阵R；
根据所述发送信号向量对所述接收信号向量进行实数化处理、检测，得到发射信号估 计值。
2 .根据权利要求1所述的一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法，其特征 在于，所述复信道系数矩阵采用公式(1)进行实数化处理：
将矩阵Q中的矢量按照向量p重新排列 ，此时矩阵Q中相邻两列向量对称 ，即Q2i＝[-
QM+1:2M
T ,2i-1
,Q1:M
,2i-1T]T，且Q2i-1与Q2i正交
，
其中M表示矩阵Q的列数，M的大小与接收天线数相等，(·)T表示矩阵转置，Q2i表示矩阵
Q的第2i列，QM+1:2M ,2i-1表示取矩阵Q第2i-1列中第M+1行到2M行的元素，Q1:M ,2i-1表示取矩阵Q
本发明公开了一种低复杂度的非正交多址 接入系统信号检测方法 ，属于无线通信技术领 域。本发明依据信号的SNR值排序，通过对矩阵进 行排序QR检测，得到一个正交矩阵和一个上三角 矩阵 ，利用列向量之间的对称性，将矩阵中的一 对相邻列与另一对相邻列交换，减少了排序QR分 解算法中的正交计算，再根据迭代公式对接收端 输出的接收信号矩阵进行检测，以得到发射信号 的 估计值。在系统性能没有降 低的 前提下 ，本发 明降低了现有算法的复杂度，本发明的计算复杂 度几乎是传统方法的50％。