1.一种非正交多址系统下行功率及无速率码联合优化方法,首先基站根据其收到各用户的统计信道状态信息,对各用户无速率码度数分布以及为各用户分配的下行发射功率分配进行优化,然后系统开始传输;在之后的传输过程中,基站将原始信息根据度数分布进行无速率编码,码字经调制后按优化的功率分配因子,将功率分配后叠加,再将其发送到两个用户,在两个用户处对接收的码字进行译码恢复信号,最后将恢复的信号在无速率译码图上利用置信传播算法BP进行译码恢复用户信息;
基站到两个用户的信道为块衰落信道,该信道在两个用户的一轮接收码字中保持不变,系统中基站向两个用户下行传输;其中传输方法具体包括如下步骤:
2.1)基站把各用户原始信息先通过低密度奇偶校验码LDPC编码器进行无速率码的预编码,再经过卢比变换LT编码器再次编码得到无速率码,对于用户i来说:
2 D
LT码度数分布为Ωi(x)=Ωi,1x+Ωi,2x+…+Ωi,Dx ,i∈{1,2},Ωi,k是用户i的无速率码度数为k的概率,k=1,…,D;其中D表示合理设定的常量;
为每一个编码比特c随机地选择一个度数k,从所有的预编码字比特中,等概率地选取k个比特进行模二和运算生成无速率码字比特ci,由此为每个用户源源不断地生成无速率码字;
2.2)基站将无速率码字比特0和1根据二进制相移键控BPSK调制分映射为发送符号1和‑1,以此得到各用户i的发送符号xi;
2.3)基站发送信号为 其中x1和x2分别表示用户1和用户2的发送符号,分配给用户1的功率为P1=(1‑α)P,分配给用户2的功率为P2=αP,α为功率分配因子,P为基站发送的总功率;用户1和用户2收到的信号分别为 和 其中h1和h2分别表示用户1和用户2的信道增益,n1表示用户1的均值为0、方差 的加性高斯白噪声,n2表示用户2的均值为0、方差 的加性高斯白噪声;
2.4)当α>0.5或α=0.5时,则用户2直接使用BP译码算法对x2进行译码;用户1先恢复x2,将其从接收信号中去除,再译码x1;
2.4.1)对于用户2而言,用户2译码x2的信道输出对数似然比LLR表示为:上述公式(1)中xi(s)表示xi的取值为s,其中i∈{1,2},s∈{1,‑1};
根据上述LLR,采用BP译码算法恢复x2,整个译码过程中可分为两个阶段:在第一阶段,对整个译码图执行译码迭代,直到输入节点的平均LLR超过预定阈值;在第二阶段中,在LDPC译码子图上单独执行译码迭代以去除残留误差;
当译码迭代达到最大次数或译码未满足无速率码的所有校验约束时,译码终止;
2.4.2)对于用户1而言,用户1译码x2的信道LLR表示为:用户1中x2的译码过程和用户2中x2的译码过程相同,均是采用BP译码算法;用户1译码恢复的x2用 进行表示,然后根据串行干扰消除方法SIC,将 从用户1收到的信号r1中删去,得到修整信号 此时 为:因此,根据上式译码x1,其信道输出LLR表示为:
用户1中x1的译码和x2的译码过程相同,都是采用BP算法进行译码;
2.5)当α<0.5,则用户1直接使用译码算法对x1进行译码;而用户2先恢复x1,将其从接收信号中去除,再译码x2;
2.5.1)对于用户1而言,用户1译码x1的信道输出LLR表示为:根据上述LLR,采用BP译码算法恢复x1,整个译码过程中可分为两个阶段:在第一阶段,对整个译码图执行译码迭代,直到输入节点的平均LLR超过预定阈值;在第二阶段中,在LDPC译码子图上单独执行译码迭代以去除残留误差;
当译码迭代达到最大次数或译码未满足无速率码的所有校验约束时,译码终止;
2.5.2)对于用户2而言,用户2译码x1的信道LLR表示为:用户2中x1的译码过程和用户1中x1的译码过程相同,均是采用BP译码算法,用户2译码恢复的x1用 进行表示,然后根据串行干扰消除方法SIC,将 从用户2收到的信号r2中删去,得到修整信号 此时 为:因此,根据上式译码x2,其信道输出LLR表示为:
对于用户2中x2的译码和x1的译码过程相同,都是采用BP算法进行译码。
2.如权利要求1所述的一种非正交多址系统下行功率及无速率码联合优化方法,其特征在于各用户处无速率码根据网络信道状态和功率分配在传输开始前进行优化,进行优化的过程具体包括以下步骤:
3.1)获得用户译码过程中LT输出节点向输入节点传递的外信息更新公式:首先在用户
2译码x2的无速率译码图上分析外信息EI更新过程:
步骤1:LLR消息从用户2的x2的输入节点传送到LDPC校验节点,LLR消息的外信息EI是:其中 是在第(l‑1)次迭代中从输出节点传送到输入节点消息的EI,αi,d是用户i度数为d的输入节点在输入节点中所占的比例,dv表示输入节点的最大度数,其中J是服从均值为τ、方差为2τ的LLR消息的外信息:步骤2:从LDPC校验节点到用户2的x2的输入节点的EI是:其中ξd是度数为d的LDPC变量节点在LDPC变量节点中所占的比例,d′v为最大的LDPC变量节点度数;其中 是随机选择的一条边连接到度数为d的LDPC校验节点的概率,并且d′c是LDPC校验节点最大的度数;
步骤3:从用户2的x2的输入节点到输出节点的EI是:其中 是用户i边连接到具有度数d的输入节点的概率;
步骤4:从用户2的x2的输出节点到输入节点的EI更新:其中ωi,d表示用户i边连接到具有度数d的输出节点的概率;
同样地,能够推断出用户1译x2的EI更新过程为:
用户1继而恢复x1的EI更新过程为:
其中用户i译码信号xj的互信息Ii,j,i∈{1,2},j∈{1,2},互信息Ii,j是根据下式(16)‑(18)进行计算:对于用户2译码x2,互信息I2,2为:
I2,2=I(x2,L(x2|r2)) (16)对于用户1译码x2,互信息I1,2为:
I1,2=I(x2,L(x2|r1)) (17)对于用户1译码x1,互信息I1,2为:
I1,1=I(x1,L(x1|r1)) (18)上式(16)‑(18)等式右边的互信息均是由蒙特卡洛方法获得;
3.2)根据3.1)过程的外信息更新公式,联合优化功率分配因子α以及用户1和用户2的无速率码度数分布,优化步骤如下:步骤1:当α>0.5或α=0.5时,则对应的优化目标为求取无速率码平均码长的最小值,优化目标和限定条件如下所示:a).优化目标公式中:
m表示块衰落信道的Q种信道状态;
tm表示第m种信道状态下能够保证用户1和用户2成功译码的无速率码码长;Lm表示用户i译码xj的无速率码码长;
表示块衰落信道的Q种信道状态中第m种信道状态下的信道概率,其中每种信道状态的情况都是等概率出现的;
b).在公式(19)的限定条件中:
C1和C2条件分别表示x1和x2的无速率码输出节点的边度数分布概率之和为1,ωi,d表示边度数分布概率,其中d表示边度数,dc为合理设定的常量;
C3和C4分别表示用户i进行BP译码的初始条件,ωi,1表示xi边度数为1的概率,ε是大于零的小数常量;
C5、C6和C7条件中 分别表示在第m种信道状态下用户i译码xj的信道输出外信息EI,l′是最大译码迭代次数, 为在第m种信道状态下用户i译码xj的正确译码时的外信息最小门限;
C8、C9、C10条件中 表示在第m种信道状态下用户i译码xj所需的无速率码长,其中K表示基站发给用户的消息长度;Rp表示LDPC预编码的编码速率, 表示第m种信道状态下xi的信道外信息输出为1时的输入节点平均度数,Ii,j,m表示第m种信道状态下用户i译码xj信道的互信息;
步骤2:穷举功率分配因子α,通过线性规划方法优化出信号xi的最优边度数分布ωi(x),以及最优功率分配因子;
步骤3:当α<0.5时,对应的联合优化问题如下所示:步骤4:穷举功率分配因子α,通过线性规划方法优化出信号xi的最优边度数分布ωi(x),以及最优功率分配因子;
步骤5:根据以上4个步骤获得的目标函数值,选取其中的较小值,其对应的功率分配因子和边度数分布,即为最优的功率分配因子和边度数分布;通过公式 换算得到最优无速率码度数分布Ω(x)。
3.如权利要求2所述的一种非正交多址系统下行功率及无速率码联合优化方法,其特征在于ε取值为0.001。