一种用于SCMA系统的混合期望传播检测方法

作为一种新的非正交多址接入技术,稀疏码多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)被提出以支持大规模连接.基于稀疏因子图,SCMA利用低复杂度的消息传递算法(Message Passing Algorithm,MPA)来实现接近最优的多用户检测.但是,传统MPA的复杂度仍然很高.为了灵活地控制算法的复杂性,提出了一种混合期望传播检测算法用于SCMA检测,建立算法复杂度与信道阈值之间的关系,利用信道阈值控制算法复杂度.此外,将混合期望传播检测算法与消息回退机制相结合以提高性能.仿真结果表明,与其他检测方案相比,所提算法可以灵活地在算法性能和计算复杂度之间进行折衷.     

基于变量节点门限的SCMA多用户检测算法

稀疏码分多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)采用消息传递算法(Message Passing Algorithm,MPA)来译码,原始的MPA算法复杂度较高,为了降低多用户检测算法复杂度,提出了一种变量节点门限的SCMA多用户检测算法。在每次消息更新后,对用户的变量节点可信度进行判断,当某一用户的所有变量节点传输码字可信度最大的位置均相同,且所有变量节点满足预设门限时,将该用户提前译码,已译码用户在以后的迭代中不再继续更新,从而降低算法的复杂度。仿真结果表明,提出算法在收敛速度和BER性能方面明显优于门限MPA算法,和原始MPA算法相比,该算法在保证BER性能的同时极大地降低了算法的复杂度。     

基于串行策略的SCMA多用户检测算法

稀疏码多址接入(SCMA)作为一个前景广阔的5 G无线空口技术,能够满足海量连接的需求。针对现有SCMA通信系统都是基于并行策略的消息传递算法(MPA)进行多用户检测,存在信息收敛速度不理想的问题,该文提出一种串行策略的多用户检测算法。该算法以资源节点为序,按串行方式依次进行消息更新与传递,保证更新的消息能够立即进入当前迭代过程,改善了消息传递的收敛速度,相比并行策略的多用户检测算法,降低了算法复杂度;同时,充分利用消息间相互关联的特点,融合消息传递步骤,降低了存储器的要求。理论与仿真结果表明,该算法在误比特率(BER)性能与算法复杂度之间可以达到较理想的平衡。     

一种新型上行SCMA系统接收机

稀疏码多址接入(SCMA)是一种码域非正交多址接入技术,以其优异性能成为5G多址接入技术的热门候选方案.上行SCMA系统一般采用消息传递算法(MPA)接收机,检测过程中存在由先验信息带来的误差.针对这一问题提出一种新型接收机,称为环MPA (R-MPA)接收机,其通过一种联合检测方案来消除上述误差对最终检测结果的影响.理论分析和仿真验证表明,与现有的log-MPA接收机及经典MPA接收机相比,所提R-MPA接收机是一种检测精度更高而实施复杂度较低的上行SCMA系统接收机.     

动态选择消息更新的SCMA多用户检测算法

稀疏码多址接入（SCMA）是上行链路（UP）无线空口技术之一,消息传递算法（MPA）是SCMA多用户检测的主要方法。MPA算法迭代更新所有码字消息,所有消息概率收敛后迭代结束。因此,MPA算法复杂度较高。针对这一问题,本文利用各消息概率收敛速度不同的特点,提出了一种动态选择消息更新的SCMA多用户检测算法。在每次迭代中找出收敛最快的码字消息,由于这些消息已接近收敛值,剩余迭代将不再更新这些消息,从而减少了复杂度。从仿真结果看,选择合适的比重因子,本文算法误比特率（BER）性能与MPA算法基本相同,算法复杂度明显降低。      

基于子图的边缘串行消息传递算法

稀疏码分多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)作为一种重要的码域非正交多址技术,能够满足5G通信的海量机器接入需求,但是接收端采用的消息传递算法(Message Passing Algorithm,MPA)存在收敛速度慢、计算复杂度较高的问题.本文提出一种基于子图的边缘串行消息传递算法(SE-MPA),将原始因子图划分为多个不同子图,在子图的基础上优化消息更新顺序,利用边缘串行更新序列集,被更新的用户节点消息立刻用来更新相连的资源节点.仿真结果表明,该算法在少量系统BER性能损失条件下,能够有效加快消息收敛速度,降低计算复杂度.     

基于部分码字消息传递的SCMA多用户检测算法

基于消息传递算法(MPA)进行多用户检测的稀疏码多址接入(SCMA)技术是一种面向5G的非正交多址技术(NOMA)。针对MPA复杂度较高的问题,该文首先分析接收信号概率密度函数值在不同信噪比(SNR)下的统计结果,并根据SCMA的非正交特性,综合考虑资源节点和用户节点之间的数据映射关系,提出基于概率密度函数值门限判决的部分码字搜索(PCS)MPA多用户检测算法(PCS-MPA)。仿真结果表明,在门限值合理的条件下,PCS-MPA在几乎不改变系统误比特率(BER)的条件下,降低了MPA的复杂度,尤其在高SNR条件下效果更好。     

基于部分码字译码的MPA检测算法

稀疏码多址接入技术(SCMA)是一种新型非正交多址接入技术。针对SCMA中消息传递算法进行多用户检测复杂度较高的问题,提出基于部分码字球形译码多用户检测算法(PCSD-MPA)。该算法通过设置球型半径减少参与迭代的用户码字,并根据SCMA的非正交特性引入信道质量这一新的判决机制,从而进一步降低MPA算法的计算复杂度。同时采用部分码字初始概率均等分配策略,有效提升了算法的收敛速率。仿真结果表明,在球形半径设定合理的条件下,PCSD-MPA在几乎不改变系统误比特率性能的情况下降低了MPA的复杂度,且该算法的计算复杂度随着SNR的增大明显降低。     

基于加权分组串行调度改进的MPA算法

随着卫星通信系统的广泛应用,传统的正交多址接入技术已经无法满足日益增长的数据信息和海量用户的连接要求,此时非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术中的稀疏码多址接入技术(Sparse Code Multiple Access,SCMA)成为研究的焦点。现有基于消息传递算法(Message Passing Algorithm,MPA)的SCMA系统多用户检测算法主要分为串行调度MPA算法和并行调度MPA算法,然而这些算法在降低算法复杂度上并不是最优的选择。为了进一步加快算法的收敛速度,在加权串行调度MPA算法(Weight Variable Node SS-MPA,WVN-SS-MPA)基础上,提出一种基于加权分组串行调度改进的MPA算法(Improved Group of WVN-MPA,IG-WVN-MPA),该算法可以通过降低迭代次数、码本大小和行重因子来加快收敛速度。仿真结果表明,所提出的IG-WVN-MPA算法可以在保证系统性能的同时,大幅度降低算法复杂度。     

基于模型驱动辅助MPA的SCMA多用户检测算法

稀疏码分多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)作为有应用前景的空口技术,在高吞吐量以及大规模连接中极具优势。针对SCMA通信系统中接收端消息传递算法(Message Passing Algorithm,MPA)计算复杂度较高的问题,提出了基于模型驱动辅助MPA法(Model driven Assisted MPA,MD MPA)的SCMA多用户检测算法。MD MPA在MPA算法迭代过程中节点更新后的信息矩阵和输出的概率矩阵之后添加权重参数,并通过神经网络训练更新参数。经训练所得权重参数可加快算法收敛速度,降低误码率,获得更佳的译码效果。仿真结果表明,MD MPA相较于MPA算法,误码率降低了20%,复杂度降低了33%。     

联合时域−波束域非正交多址接入

为了提高系统容纳连接设备的能力,提出了一种适用于毫米波大规模多输入多输出系统的联合时域?波束域非正交多址接入方案。该方案利用用户空间信道的相关性和差异性实现波束域接入,利用稀疏扩频技术实现时域接入,并以提高系统的通信可靠性为优化目标,构造并求解了联合域稀疏接入矩阵设计的优化问题。最后,基于联合域信道质量对接入矩阵进行重构,并在消息传递算法中加入干扰消除操作,降低译码复杂度的同时提高了通信可靠性。     

基于联合判决消息传递机制的LDPC码译码算法研究

采用消息传递算法(Message passing algorithm)对LDPC码进行译码时,变量消息的振荡会引起错误的发生.本文以(600.300)非规则LDPC码仿真实验为例分析了不同译码效果下判决消息均值的分布特点,并结合环的特点,分析了译码产生错误判决的原因.研究了"纠删"型消息传递机制和联合判决迭代停止准则,针对判决消息出现振荡情况,提出以"纠删"方式处理变量消息的更新,并结合变量节点判决消息均值分布趋势与伴随式结果确定迭代终止条件.在此基础上,提出一种新的LDPC码译码算法.仿真分析表明,新的译码算法能够在减少迭代次数和降低译码复杂度的同时,有效提高译码的纠错性能.     

基于消息传递的大规模多用户MIMO低复杂度的检测算法

针对大规模多用户多输入多输出(MIMO)系统中基站端检测复杂度高的问题,提出了一种低复杂度、基于强制收敛的变量节点全信息高斯消息传播迭代检测(VFI-GMPID-FC)算法.首先对传统的GMPID算法进行改进,得到VFI-GMPID算法,VFI-GMPID算法的检测性能逼近最小均方误差检测(MMSE)算法,但复杂度要大大低于MMSE算法.然后结合强制收敛思想和VFI-GMPID,提出VFI-GMPID-FC算法,进一步降低算法复杂度,提升检测效率.最后通过仿真结果表明,所提算法在保证检测性能的同时,能有效地降低算法的复杂度.     

一种基于量化预处理的低复杂度LDPC译码算法

为了降低低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)码译码算法的复杂度,提出了一种基于量化预处理的LDPC迭代大数逻辑译码算法。该算法在迭代译码过程中,校验节点采用基于伴随式的信息处理方式,避免了外信息的计算;同时,变量节点基于回传的伴随式信息进行可靠度偏移大小的计算,并结合与当前码位相对应的调制映射信息进行可靠度偏移方向的设计。迭代更新时,变量节点采用基于信息匹配的可靠度更新规则。迭代前的量化预处理能避免实数乘法运算进入迭代过程,使其只涉及整数加法操作和逻辑操作。仿真结果表明,在保持译码性能的前提上,所提算法具有更低的译码复杂度。     

FPGA implementation of low complexity LDPC iterative decoder

Low-density parity-check (LDPC) codes, proposed by Gallager, emerged as a class of codes which can yield very good performance on the additive white Gaussian noise channel as well as on the binary symmetric channel. LDPC codes have gained lots of importance due to their capacity achieving property and excellent performance in the noisy channel. Belief propagation (BP) algorithm and its approximations, most notably min-sum, are popular iterative decoding algorithms used for LDPC and turbo codes. The trade-off between the hardware complexity and the decoding throughput is a critical factor in the implementation of the practical decoder. This article presents introduction to LDPC codes and its various decoding algorithms followed by realisation of LDPC decoder by using simplified message passing algorithm and partially parallel decoder architecture. Simplified message passing algorithm has been proposed for trade-off between low decoding complexity and decoder performance. It greatly reduces the routing and check node complexity of the decoder. Partially parallel decoder architecture possesses high speed and reduced complexity. The improved design of the decoder possesses a maximum symbol throughput of 92.95 Mbps and a maximum of 18 decoding iterations. The article presents implementation of 9216 bits, rate-1/2, (3, 6) LDPC decoder on Xilinx XC3D3400A device from Spartan-3A DSP family.     

上行SCMA系统的动态子图检测算法

面对未来网络需求量的爆炸性增长,稀疏码多址接入（Sparse Code Multiple Access,SCMA）作为一种基于码本的非正交多址技术,在用户连接数、频谱效率和低时延都有很大的提升。由于码字的稀疏性,SCMA采用消息传递算法（Message Passing Algorithm,MPA）实现多用户检测,但是复杂度还是相对较高,以至于很难应用于实际系统。为了解决上述问题,提出了一种动态子图消息传递算法（Dynamic Sub-graph Message Passing Algorithm,DS-MPA）进行信号检测。DS-MPA利用剩余值来确定下一次迭代的子图,减少了资源节点的更新用户数量,达到了降低复杂度的目的。仿真结果显示算法性能几乎无损并且降低了1/3左右的复杂度。     

Low-Density Parity-Check Codes with 2-State Trellis Decoding

A class of low-density parity-check (LDPC) codes with a simple 2-state trellis structure is presented. For LDPC decoding, the conventional belief propagation (BP) algorithm consists of numerous sub-decoders of single-parity check codes and exchanges information between sub-decoders in an iterative manner. If the single-parity check codes can be constructed and grouped in a proper way, the decoder can be decomposed into few identical 2-state trellis decoders. Therefore, instead of numerous sub-decoders of single-parity check codes, an iterative decoding algorithm based on few sub-decoders over 2-state trellis is proposed. The proposed decoding algorithm improves the efficiency of message passing between sub-decoders and hence provides a fast convergent rate as compared to the standard BP algorithm. Simulation results show that the proposed scheme provides a better performance and a fast convergent rate as compared to those of standard BP algorithm. The result also shows that the proposed algorithm has a similar performance as that of asynchronous replica shuffled BP algorithm and has a slightly inferior performance than that of synchronous replica shuffled BP algorithm. However, complexity analysis shows that our proposed algorithm has complexity that is lower than that of the replica shuffled BP algorithm.     

LDPC码串行解码算法建模

消息传递机制是影响LDPC码解码性能的重要因素。简要介绍了Gallager提出的LDPC码和基于洪水消息传递机制的和积解码算法。在此基础上引入基于校验节点的串行消息传递机制并提出具体可实现的解码算法模型。该串行解码算法按照校验节点一定的顺序进行消息处理和传递,保证更新的消息能够马上进入迭代过程,从而改善消息传递的收敛特性;同时充分利用消息间相互关联的特点,融合消息传递步骤,可以降低所需的存储容量,简化解码复杂度。分别应用洪水解码算法和串行解码算法在AWGN信道下进行性能仿真。仿真结果表明串行解码算法使解码性能得到明显提高。