本發(fā)明涉及無線通信技術領域，特別涉及一種基于門限的低復雜度mpa算法。。

背景技術：

隨著4glte系統(tǒng)投入商用，面對不斷增長的用戶數(shù)量、無處不在的網(wǎng)絡接入以及更高的通信質(zhì)量需求，人們開始了對5g的研究。稀疏碼分多址(scma)系統(tǒng)因為其優(yōu)于lte系統(tǒng)的鏈路傳輸質(zhì)量和成倍的系統(tǒng)容量而成為新的研究熱點。

scma技術作為一種新型的非正交多址技術，由于碼字具有稀疏特性，即碼字中非零元個數(shù)遠小于碼字長度，接收機可以利用消息傳遞算法(mpa)進行多用戶聯(lián)合譯碼。

mpa算法是一種基于因子圖求邊緣概率分布的迭代算法，該算法中外信息在變量節(jié)點(vn)和函數(shù)節(jié)點(fn)之間不斷的傳遞，最后獲得一個穩(wěn)定的概率分布作為判決量，最終最優(yōu)的判決量對應的碼字即為判決輸出結(jié)果。相對于聯(lián)合最優(yōu)最大后驗概率(map)檢測算法，mpa是一種次優(yōu)的方法，但是mpa利用了碼本的稀疏性，極大地降低了多用戶檢測的復雜度。

雖然mpa算法的復雜度相對于最優(yōu)的map有所降低，但是在系統(tǒng)嚴重過載或碼本尺寸過大的情況下，硬件實現(xiàn)仍然很困難。事實上，在迭代過程中用戶碼字的收斂速度存在差異，收斂快的碼字不需要迭代到最大迭代步數(shù)就可以譯碼，同時對于一些置信度極低的碼字可以在迭代過程中舍棄。然而，在原始mpa的迭代過程中所有的碼字都被同等對待，每次迭代都需要更新所有的節(jié)點消息，直到迭代到最大迭代步數(shù)后才對所有的用戶進行譯碼，這種不顧碼字置信度的迭代譯碼方式導致很多冗余的計算復雜度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于門限的低復雜度mpa算法，該算法通過設置置信度門限來及時對可靠的碼字進行譯碼，或?qū)Πl(fā)送概率極低的碼字進行舍棄，從而有效地降低了原始mpa算法的復雜度。

一種基于門限的低復雜度mpa算法，具體步驟如下：

s1、輸入基帶信號；

s2、初始化變量節(jié)點消息，具體為：其中，表示第t次迭代中用戶j在頻點k上傳輸碼字χ的概率，表示用戶j的碼本中第m個碼字，m表示碼本尺寸，j表示所有的用戶數(shù)，表示用戶j占用的頻點集合，j＝1,...,j,m＝1,...,m，t為不為零的自然數(shù)；

s3、根據(jù)公式更新函數(shù)節(jié)點和變量節(jié)點消息，其中，yk表示第k個頻點的觀測值，表示合成碼字第k維的取值，表示頻點k上疊加的用戶集合，表示從集合中除去用戶j，表示在第t次迭代中在頻點k上檢測到用戶j傳輸碼字χ的概率，normalize(·)表示歸一化，為傳輸條件下接受到y(tǒng)k的條件概率；

s4、根據(jù)公式計算各碼字的置信度，其中，表示第t次迭代完成后用戶j傳輸?shù)趍個碼字的概率；

s5、判斷s4所述碼字置信度是否滿足門限，確定對碼字進行譯碼、舍棄還是繼續(xù)迭代，具體如下：

s51、判斷置信度最高的碼字是否滿足第一門限，若是則直接將該碼字作為譯碼結(jié)果輸出，反之，則進入s52，其中，所述第一門限為經(jīng)驗設定；

s52、判斷置信度最低的碼字是否滿足第二門限，若否則進入步驟s6，若是則舍棄該碼字并進入s53，其中，所述第二門限為經(jīng)驗設定，第一門限與第二門限不相等；

s53、判斷舍棄一個置信度最低的碼字后剩余的碼字個數(shù)是否為1，若是則將剩下的碼字作為譯碼結(jié)果輸出，反之則進入步驟s3，且迭代步數(shù)加1；

s6、當s5完成后若存在未被譯碼的用戶，則判斷是否達到最大迭代步數(shù)，若達到最大迭代步數(shù)則對用戶進行譯碼，反之，則回到步驟s3，且迭代步數(shù)加1。

進一步地，s3所述計算方式為

其中，σ²表示噪聲方差，hj,k表示第j個用戶的第k個分量經(jīng)歷的信道衰落系數(shù)，xj,k表示第j個用戶發(fā)送碼字的第k維取值。

本發(fā)明的有益效果是：

利用門限將迭代過程中的置信度足夠高的碼字挑選出來進行譯碼，從而減少同一頻點上疊加的用戶數(shù)；同時，對置信度足夠低的碼字進行舍棄，可以縮小后續(xù)迭代過程中消息更新所需的搜素范圍，有效地降低算法復雜度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的算法流程圖。

圖2為原始mpa算法流程圖。

圖3為上行scma系統(tǒng)模型圖。

圖4為scma編碼器工作原理圖。

圖5為scma因子圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明方法進行進一步說明。

本實施例在matlab仿真平臺進行實驗，實施例中的系統(tǒng)參數(shù)如表1所示，碼本如表2所示，其系統(tǒng)模型如圖3所示。在awgn信道下對6個用戶共享4個頻率資源，過載率為150％的scma系統(tǒng)進行仿真，包括發(fā)送端處理過程和接收端處理過程。

表1仿真系統(tǒng)參數(shù)

表2所用碼本

發(fā)送端處理流程包括以下步驟：

s101：隨機生成6組長度為2的二進制比特流；

s102：利用scma編碼器進行編碼，將各用戶數(shù)據(jù)中的2個比特映射為一個碼字，分別獲得碼字x1,x2,...,x6，編碼器工作原理圖如圖4所示；

s103：經(jīng)過編碼后的碼字經(jīng)歷不同的信道衰落后疊加在一起發(fā)送到接收端；

接收端處理流程包括以下步驟：

s201：接收到長度為4的向量y，其表達式如下：

其中xj＝(xj,1,xj,2,···,xj,4)^t表示第j個用戶發(fā)送的碼字，hj＝(hj,1,hj,2,...,hj,4)^t表示第j個用戶經(jīng)歷的信道衰落，n＝(n1,n2,...,n4)表示白高斯噪聲向量，且n服從均值為零，方差為σ²i的復高斯分布。

s202：將y輸入到本發(fā)明的譯碼器中進行譯碼，如圖1所示，具體包括以下步驟：

s2021：初始化變量節(jié)點消息；

其中表示第t次迭代中用戶j在頻點k上傳輸碼字χ的概率，表示用戶j的碼本中第m個碼字，表示用戶j占用的頻點集合。

s2022：更新函數(shù)節(jié)點和變量節(jié)點消息，消息沿著如圖5所示的因子圖的邊傳遞；

其中yk表示第k個頻點的觀測值，表示合成碼字第k維的取值，表示頻點k上疊加的用戶集合，表示從集合中除去用戶j，表示在第t次迭代中在頻點k上檢測到用戶j傳輸碼字χ的概率，normalize(·)表示歸一化，為傳輸條件下接受到y(tǒng)k的條件概率，其計算方式如下：

其中σ²表示噪聲方差，hj,k表示第j個用戶的第k個分量經(jīng)歷的信道衰落系數(shù)，xj,k表示第j個用戶發(fā)送碼字的第k維取值。

s2023：計算各碼字的置信度；

其中表示第t次迭代完成后用戶j傳輸?shù)趍個碼字的概率。

s2024：判斷碼字置信度是否滿足門限，來決定對碼字進行譯碼、舍棄還是繼續(xù)迭代，具體包括以下步驟：

s20241：判斷置信度最高的碼字是否滿足第一門限th1，若是則直接將該碼字作為譯碼結(jié)果輸出，反之，則進入下一步；

s20242：判斷置信度最低的碼字是否滿足第二門限th2，若否則進入步驟s2022，反之，則舍棄該碼字并進入下一步；

s20243：判斷舍棄一個置信度最低的碼字后剩余的碼字個數(shù)是否為1，若是則將剩下的碼字作為譯碼結(jié)果輸出，反之則進入步驟s3，且迭代步數(shù)加1；

s2025：當s2024完成后若存在未被譯碼的用戶，則判斷是否達到最大迭代步數(shù)，若是則對剩下的所有用戶進行譯碼，反之，則回到步驟s2022；且迭代步數(shù)加1；

本發(fā)明在接收端利用基于門限的mpa算法進行多用戶聯(lián)合譯碼，能夠及時譯碼置信度高的碼字，同時也能及時舍棄置信度低的碼字，從而避免了原始mpa中不管碼字置信度造成的多余的消息更新，如圖2所示，有效地降低了算法復雜度。