CN107026805A - 非正交多址接入传输系统的接收方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非正交多址接入传输系统的接收方法及装置，其中该方法包括：获取多址接入信道的N个用户的总接收信号、以及N个用户解调解码所需的多用户传输信息；选择N个用户中的N₁个用户，并将其余N‑N₁个用户的接收信号作为干扰以对总接收信号中的N₁个用户进行联合解码，得到N₁个用户的联合解码结果；根据N₁个用户的联合解码结果，从N个用户的总接收信号中恢复并减去成功解码的N₁'个用户的接收信号，并保存剩余N‑N₁'个用户的总接收信号，设置N＝N‑N₁'；重复联合解码，直至N₁'＝N或者多级联合解码的执行次数K达到预设阈值；输出在K次多级联合解码的过程中成功解码用户的解码结果。该方法能够有效降低多用户接收的复杂度，提高多用户接收的性能。

Description

非正交多址接入传输系统的接收方法及装置

技术领域

本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其涉及一种非正交多址接入传输系统的接收方法及装置。

背景技术

在典型的移动通信系统中，基站需要与覆盖范围内的多个用户进行通信。传统的多用户上行接入采用正交多址接入技术，将信道带宽资源正交分割后分配给多个用户，从而各用户之间的信号是相互正交的。正交多址接入技术实现简单、灵活。但是，网络信息论指出，采用正交多址接入时，多用户的联合可达速率域上界距离多址接入信道容量域的理论界(简称“理论界”)有较大差距。

采用非正交多址接入技术，不同用户发送的信号在基站接收端直接叠加；相应地，基站接收端通过SIC(Successive Interference Cancellation，串行干扰消除)或JD(JointDecoding，联合解码)技术依次或同时解调解码这些叠加的信号。目前典型的基于叠加编码和JD技术的非正交多址接入技术有：LDS-MA(Low Density Signature/Spreading-Multiple Access，稀疏扩频序列的多址接入)、SCMA(Sparse Code Multiple Access，稀疏码多址接入)、IDMA(Interleave Division Multiple Access，交织分割多址接入)和MU-BICMID(Multi-UserBit-Interleaved-Coded-Modulation with Iterative Decoding，迭代多用户检测的比特交织编码调制)。非正交多址接入技术，结合信道的功率资源区分不同用户，从而相同信道带宽资源的不同用户之间的信号是相互重叠的。选择合适的非正交多址接入技术可以使多用户联合可达速率域上界逼近理论界。实际系统中，由于多个用户信号传输信道的多样性，非正交多址接入技术相对于正交多址接入技术可以进一步挖掘多用户传输的分集增益。

IDMA是面向低信噪比和较低速率的应用场景设计。采用IDMA时，不同用户通过不同交织方式进行区分，因此可以同时接入的用户数很多。并且IDMA有逼近多址接入信道容量域的理论界的性能。虽然IDMA可显著地增加系统同时接入的用户数，但是受限于简化的接收机算法，仅适用于低信噪比区域，并且每个用户的传输速率受限，每个用户单位信息比特的运算量很大。

LDS-MA和SCMA通过采用不同的扩频图案或扩频码本区分不同用户。两种方法在接收端均采用消息传递算法(Message Passing Algorithm，MPA)算法实现近似的最大似然多用户检测。IDMA、LDS-MA和SCMA均是多址接入信道的联合编码多址接入技术(即基于叠加编码和JD技术的多址接入技术)。需要指出的是：一些稀疏扩频图案或扩频码本之间是相互正交的，因此在扩频图案或扩频码本数量较少时，SCMA和LDS-MA的方案和性能接近正交多址接入；而扩频图案或扩频码本数量较多时，SCMA和LDS-MA方案的接收复杂度急剧增加，例如，由于扩频的处理，导致每个接收符号的用户信号叠加层数成倍增加。

比特交织编码多址接入(Bit-Interleaved Coded Multiple Access，BICMA)是一种多址接入信道的联合编码多址接入技术，是比特交织编码调制技术(Bit-Interleaved CodedModulation)在多用户叠加编码领域的应用。MU-BICMID是BICMA多址接入技术的多用户编码调制方案。采用MU-BICMID时，通过联合优化不同用户的编码调制方案和发送功率使实际传输性能逼近多址接入信道容量域的理论界，并且传输方案适用于多址接入信道下高、中、低频谱效率的各种应用场景。MU-BICMID的基本思想是：通过用户各自的编码调制参数和发送功率区分不同用户。MU-BICMID不需要扩频处理，因此相同用户信号叠加层数下，用户负载率更高。

上述基于叠加编码和JD技术的非正交多址接入技术和方案也可以充分利用多用户传输信道的差异，提供多用户分集增益，提高传输可靠性。用户叠加层数越多，多用户和速率的容量增益越大，多用户分集增益越高。但是，受限于用户传输需求和接收复杂度，现有方案的叠加用户数有限。

另一方面，SIC接收机常用于接收基于多层编码的叠加编码非正交多址接入传输系统。SIC技术需要依次解调解码相互叠加的多个用户的信号，并依次消除已解调解码用户信号对后续用户信号的干扰，因此不同用户信号的优先级是不同的。基于叠加编码和SIC技术的非正交多址接入技术和方案由于依次解调解码消除每一层用户的信号，接收复杂度较小，但在一次传输中只能逼近多址接入信道容量域边界的某些点，而且存在接收延时和错误传递的问题。

对于信道存在不确定性的多址接入传输系统，接收机采用JD技术是最优的，对基于联合编码和多层编码的叠加编码非正交多址接入传输系统均适用。但当用户叠加层数过高时，单纯采用JD技术的接收机复杂度显著提高。而单纯采用SIC技术接收的非正交多址接入系统，存在接收延时和错误传递问题，并且传输性能因信道的不确定性显著下降。

因此非正交多址接入系统的接收机存在JD接收和SIC接收方案的选择问题，同时，存在解码复杂度和解码性能的折中问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种非正交多址接入传输系统的接收方法，该方法能够每级解调解码一个或多个用户的发送信息并进行干扰消除，可以有效降低多用户接收的复杂度，提高多用户接收的性能，充分挖掘多址接入信道的多用户叠加编码带来的容量增益和分集增益。

本发明的第二个目的在于提出一种非正交多址接入传输系统的接收装置。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种非正交多址接入传输系统的接收方法，包括以下步骤：S1，获取多址接入信道的N个用户的总接收信号、以及所述N个用户解调解码所需的多用户传输信息，并初始化多级联合解码的执行次数K＝0，其中，所述多个用户的总接收信号为已叠加干扰和噪声的信号，N为正整数，且K为自然数；S2，选择所述N个用户中的N₁个用户，并将其余N-N₁个用户的接收信号作为干扰以对总接收信号中的所述N₁个用户进行联合解码，得到所述N₁个用户的联合解码结果，并设置所述多级联合解码的执行次数K＝K+1，其中，0<N₁≤N；S3，根据所述N₁个用户的联合解码结果，从所述N个用户的总接收信号中恢复并减去成功解码的N₁'个用户的接收信号，并保存剩余N-N₁'个用户的总接收信号，设置N＝N-N₁'，其中，所述成功解码包括解码结果正确或解码结果收敛；S4，重复执行所述步骤S2和步骤S3，直至N₁'＝N、或者所述多级联合解码的执行次数K达到预设阈值；S5，输出在K次多级联合解码的过程中成功解码用户的解码结果。

根据本发明实施例的非正交多址接入传输系统的接收方法，获取N个用户的总接收信号及N个用户解调解码需要的多用户传输信息，将N-N₁个用户的接收信号作为干扰以对总接收信号中的N₁个用户进行联合编码得到N₁个用户的联合解码结果，根据联合解码结果正确或收敛，从N个用户的总接收信号中恢复并减去成功解码的N₁'个用户的接收信号，并保存剩余N-N₁'个用户的总接收信号，设置N＝N-N₁'；重复联合解码，直至N₁'＝N或者多级联合解码的执行次数K达到预设阈值，输出在K次多级联合解码的过程中成功解码用户的解码结果。该方法能够每级解调解码一个或多个用户的发送信息并进行干扰消除，可以有效降低多用户接收的复杂度，提高多用户接收的性能，充分挖掘多址接入信道的多用户叠加编码带来的容量增益和分集增益。

在本发明的一个实施例中，所述多用户传输信息包括叠加用户的个数、每个用户数据信号的信道状态信息和所述每个用户数据信号的编码调制模式。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S2，包括：S21，根据所述每个用户数据信号的信道状态信息和编码调制模式从所述N个用户中选择所述N₁个用户；S22，将所述N-N₁个用户的接收信号作为干扰信号以对总接收信号的所述N₁个用户进行联合编码，得到所述N₁个用户的联合解码结果，并设置所述多级联合解码的执行次数K＝K+1。

在本发明的一个实施例中，当所述N个用户的传输速率相同的条件下，所述步骤S21包括：根据所述每个用户数据信号的信道状态信息计算所述N个用户各自假定进行单用户传输时的信道容量；将所述N个用户按所述信道容量从大到小进行排序，并选择所述信道容量最大的前N₁个用户。

在本发明的一个实施例中，当所述N个用户的传输速率不同的条件下，所述步骤S21包括：根据所述每个用户数据信号的信道状态信息和编码调制模式从所述N个用户中任意选择所述N₁个用户。

为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种非正交多址接入传输系统的接收装置，包括：获取模块，用于获取多址接入信道的N个用户的总接收信号、以及所述N个用户解调解码所需的多用户传输信息，并初始化多级联合解码的执行次数K＝0，其中，所述多个用户的总接收信号为已叠加干扰和噪声的信号，N为正整数，且K为自然数；解码模块，用于选择所述N个用户中的N₁个用户，并将其余N-N₁个用户的接收信号作为干扰以对所述总接收信号中的所述N₁个用户进行所述联合编码，得到所述N₁个用户的联合解码结果，并设置所述多级联合解码的执行次数K＝K+1，其中，0<N₁≤N；干扰消除模块，用于根据所述N₁个用户的联合解码结果，从所述N个用户的总接收信号中恢复并减去成功解码的N₁'个用户的接收信号，并保存剩余N-N₁'个用户的总接收信号，设置N＝N-N₁'，其中，所述成功解码包括解码结果正确或解码结果收敛，并重复执行所述解码模块和干扰消除模块，直至N₁'＝N、或者所述多级联合解码的执行次数K达到预设阈值；输出模块，用于输出在K次多级联合解码的过程中成功解码用户的解码结果。

根据本发明实施例的非正交多址接入传输系统的接收装置，获取模块获取N个用户的总接收信号及N个用户解调解码需要的多用户传输信息，解码模块将N-N₁个用户的接收信号作为干扰以对总接收信号中选择的的N₁个用户进行联合解码得到N₁个用户的联合解码结果，干扰消除模块根据联合解码结果正确或收敛，从N个用户的总接收信号中恢复并减去成功解码的N₁'个用户的接收信号，并保存剩余N-N₁'个用户的总接收信号，设置N＝N-N₁'，重复联合解码，直至N₁'＝N或者多级联合解码的执行次数K达到预设阈值，输出模块输出在K次多级联合解码的过程中成功解码用户的解码结果。该装置能够每级解调解码一个或多个用户的发送信息并进行干扰消除，可以有效降低多用户接收的复杂度，提高多用户接收的性能，充分挖掘多址接入信道的多用户叠加编码带来的容量增益和分集增益。

在本发明的一个实施例中，所述多用户传输信息包括:叠加用户的个数、每个用户数据信号的信道状态信息和所述每个用户数据信号的编码调制模式。

在本发明的一个实施例中，所述解码模块包括：选择单元，用于根据所述每个用户数据信号的信道状态信息和编码调制模式从所述N个用户中选择所述N₁个用户；解码单元，用于将所述N-N₁个用户的接收信号作为干扰信号以对所述总接收信号中的所述N₁个用户进行联合解码，得到所述N₁个用户的联合解码结果，并设置所述多级联合解码的执行次数K＝K+1。

在本发明的一个实施例中，当所述N个用户的传输速率相同的条件下，所述选择单元具体用于：根据所述每个用户数据信号的信道状态信息计算所述N个用户各自假定进行单用户传输时的信道容量；将所述N个用户按所述信道容量从大到小进行排序，并选择所述信道容量最大的前N₁个用户。

在本发明的一个实施例中，当所述N个用户的传输速率不同的条件下，所述选择单元具体用于：根据所述每个用户数据信号的信道状态信息和编码调制模式从所述N个用户中任意选择所述N₁个用户。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1为根据本发明一个实施例的非正交多址接入传输系统的接收方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的联合编码过程的流程图；

图3为根据本发明一个具体实施例的非正交多址接入传输系统的接收方法的仿真结果的示例图；

图4为根据本发明另一个具体实施例的非正交多址接入传输系统的接收方法的仿真结果的示例图；

图5为根据本发明又一个具体实施例的非正交多址接入传输系统的接收方法的仿真结果的示例图；

图6为根据本发明一个实施例的非正交多址接入传输系统的接收装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

为后续描述方便，本发明一些名词简要说明如下。

基站：多址接入信道的控制端和接收端。

信道：如无特殊说明，本发明特指多址接入信道。多址接入信道占用的时、频、空、码域的符号资源统称信道带宽资源，多址接入信道在基站接收端接收信号的功率统称信道功率资源。如果接收信号是多个用户信号的叠加，则说明信道功率资源被多个用户分享。

基本传输单元：特指用于上行多址接入的信道带宽资源的基本单位，基本传输单元是由RE(Resource Element,资源粒子)组成的RB(Resource block,资源块)，可以是时域符号、频域子载波符号、空域符号、码域符号，或时频空码域符号的任意组合。

下面参考附图描述本发明实施例的非正交多址接入传输系统的接收方法及装置。

图1为根据本发明一个实施例的非正交多址接入传输系统的接收方法的流程图。

如图1所示，该非正交多址接入传输系统的接收方法可以包括以下步骤：

S1，获取多址接入信道的N个用户的总接收信号、以及N个用户解调解码所需的多用户传输信息，并初始化多级联合解码的执行次数K＝0，其中，N为正整数，且K为自然数。

可以理解，在本发明的实施例中，该多个用户的总接收信号为已叠加干扰和噪声的信号。

需要说明的是，对于有专用信令信道的调度接入和多用户传输条件确定的固定接入，多用户传输信息可以由基站的信令和控制模块提供；对于直接传输数据信号或有随路信令的随机接入，多用户传输信息可以由多址接入信道中对应每个用户数据信号的导频信号进行解调解码得到的。

还需要说明的是，在本发明的实施例中，多用户传输信息包括叠加用户的个数、每个用户数据信号的信道状态信息和每个用户数据信号的编码调制模式。其中，编码调制模式包括信道编码、比特交织、星座映射和星座符号扩频图样或扩频码本。

更具体而言，每个用户的数据信号在发送端可以通过以下方式产生：用户信息比特经过信道编码得到编码比特，编码比特经过比特交织得到交织比特，交织比特经过星座映射得到星座符号，然后通过扩频处理得到基带发送符号。

S2，选择N个用户中的N₁个用户，并将N-N₁个用户接收信号作为干扰以对总接收信号中的N₁个用户进行联合解码，得到N₁个用户的联合解码结果，并设置多级联合解码的执行次数K＝K+1，其中，0<N₁≤N。

此外，N₁在每一次执行步骤S2的过程中可以相同，也可以不同，也就是说，N₁的数值可以改变。

需要说明的是，每次从N个用户选择N₁个用户可以受基站的信令和控制模块的控制。

具体而言，在本发明的一个实施例中，如图2所示，选择N个用户中的N₁个用户，并将N-N₁个用户的接收信号作为干扰以对总接收信号中的N₁个用户进行联合解码，得到N₁个用户的联合解码结果的具体实现过程，即步骤S2可以包括：

S21，根据每个用户数据信号的信道状态信息和编码调制模式从N个用户中选择N₁个用户。

在本发明的一个实施例中，当N个用户的传输速率相同的条件下，步骤S21可以包括：根据每个用户数据信号的信道状态信息计算N个用户各自假定进行单用户传输时的信道容量；将N个用户按信道容量从大到小进行排序，并选择信道容量最大的前N₁个用户。

在本发明的另一个实施例中，当N个用户的传输速率不同的条件下，步骤S21可以包括：根据每个用户数据信号的信道状态信息和编码调制模式从N个用户中任意选择N₁个用户。

举例而言，如果设置N₁＝1，则选择N个用户中任意1个用户；或者如果设置N₁＝2，则选择N个用户中任意2个用户；依次类推，或者如果设置N₁＝N，则选择所有用户进行多用户联合解码。更为具体地，受基站的信令和控制模块的控制，在对同样的N个用户多次执行步骤S2时，每次选择不完全相同的N₁个用户。

S22，将N-N₁个用户的接收信号作为干扰信号以对总接收信号中的N₁个用户进行联合解码，得到N₁个用户的联合解码结果，并设置多级联合解码的执行次数K＝K+1。

需要说明的是，选择的N₁个用户进行联合解码，当N₁＝1时，指的是对N₁个用户进行的单用户解调解码，当N₁>1时，指的是对N₁个用户进行的多用户联合解调解码。可以说单用户解调解码和多用户联合解调解码均是联合解码模块的具体操作。

可以看出，每当进行一次联合解码时，可将执行次数K加1，并继续执行后续步骤，即步骤S3。

S3，根据N₁个用户的联合解码结果，从N个用户的总接收信号中恢复并减去成功解码的N₁'个用户的接收信号，并保存剩余N-N₁'个用户的总接收信号，设置N＝N-N₁'。

其中，在本发明的实施例中，该成功解码可理解为包括解码结果正确或解码结果收敛。

具体地，可根据步骤S2得到的N₁个用户的联合解码结果，从N₁个用户中选择解码结果正确或解码结果收敛的N₁'个用户进行接收信号的恢复和消除。其中，N₁'＝0表示没有解码结果正确或解码结果收敛的用户，此时可保留之前存储的N个用户的总接收信号。

也就是说，可根据N₁个用户的联合解码结果恢复N₁'个用户各自的接收信号，并从总接收信号中减去恢复的N₁'个用户的接收信号，得到叠加了干扰和噪声的N-N₁'个其他用户的总接收信号并保存，并设置N＝N-N₁'，并重复执行步骤S2和步骤S3。

S4，判断N₁'是否等于N、或者多级联合解码的执行次数K是否达到预设阈值。

具体地，如果N₁'等于N、或者多级联合解码的执行次数K达到预设阈值，则执行步骤S5。可以理解，当N₁'＝N，或者多级联合解码的执行次数K达到预设阈值时，结束多级联合解码，并继续执行步骤S5。

如果N₁'不等于N、或者多级联合解码的执行次数K未达到预设阈值，则返回步骤S2。

S5，输出在K次多级联合解码的过程中成功解码用户的解码结果。

也就是说，输出进行过的各次步骤S2中，解码结果正确或解码结果收敛的用户的解码结果，结束接收机解码。

根据本发明实施例的非正交多址接入传输系统的接收方法，获取N个用户的总接收信号及N个用户解调解码需要的多用户传输信息，将其余N-N₁个用户的接收信号作为干扰以对总接收信号中选择的N₁个用户进行联合解码得到N₁个用户的联合解码结果，根据联合解码结果正确或收敛，从N个用户的总接收信号中恢复并减去成功解码的N₁'个用户的接收信号，并保存剩余用户的总接收信号，设置N＝N-N₁'，重复联合解码，直至N₁'＝N或者多级联合解码的执行次数K达到预设阈值，输出在K次多级联合解码的过程中成功解码的所有用户的联合解码结果。该方法能够每级解调解码一个或多个用户的发送信息并进行干扰消除，可以有效降低多用户接收的复杂度，提高多用户接收的性能，充分挖掘多址接入信道的多用户叠加编码带来的容量增益和分集增益。

可以理解，一般多址接入信道存在不确定性的一种典型场景可以是：信道存在慢衰落，而当前信道状态信息在用户发送端是未知的，用户发送端仅知道长期平均的信道状态信息。对信道状态信息在用户发送端未知的慢衰落多址接入信道，多用户的遍历信道容量域为0，因此，给定用户的传输速率，必然存在中断概率，或者，给定中断概率的门限，有相应的中断信道容量域。

因此，对于慢衰落多址接入信道下进行突发数据传输的场景，相比于多用户联合可达速率，更关注单个用户的可达速率。根据网络信息论相关知识，采用多层编码结合接收端串行干扰消除的技术时，多址接入信道单次传输的单个用户可达速率域受限。相应地，采用JD(JointCoding，联合编码)结合接收端联合解码的技术时，多址接入信道单次传输的单个用户可达速率域与理论的可达速率域重叠。

实际的非正交多址接入方案受限于具体的多址接入技术(例如，一些技术结合了序列扩频，相比于直接线性叠加，多用户联合可达速率域和单个用户的可达速率域有所不同)、编码调制技术(包括星座图非高斯分布，信道编码码长受限、性能受限)、和多用户解码技术(例如，联合解码和SIC解码差别较大，联合解码的迭代多用户检测次数、多用户检测算法、信道解码算法和迭代次数等)，导致性能评估很难一致。

直接线性叠加结合发送端的联合编码和接收端的联合解码技术可以逼近多址接入信道的传输极限，因此，假设多址接入信道的输入信号为高斯分布，采用直接线性叠加结合发送端的联合编码和接收端的联合解码技术，并假设编码和解码是理想的(即，用户传输速率落在可达速率域内，则用户信息传输成功，否则，用户信息传输失败)，以此得到多址接入信道采用非正交多址接入技术的信噪比和中断概率的理论界。

基于本发明非正交多址接入传输系统的接收方法不同配置参数的理论界，说明基站接收端采用本发明接收方法在复杂度和性能之间的折中。下面将举例详细说明。

举例而言，在独立同分布的瑞利块衰落多址接入信道下，基站采用单天线接收多址接入信道的叠加了干扰和噪声的6个用户的总接收信号。6个用户输入多址接入信道的信号均为高斯分布，假设理想多用户编码和解码，因此得到在此情况下采用本发明非正交多址接入传输系统的接收方法使用3种不同配置参数时中断概率性能。具体配置参数可以如下所示：

第1种情况可以是在第一次执行步骤S2时，设置N₁＝6，直接对全部6个用户进行联合解码。

第2种可以是在第一次执行步骤S2时，设置N₁＝5，根据步骤S21的信道状态信息计算每一个用户的信道容量，选择信道容量最高的5个用户，将剩下的1个用户当做干扰，对这5个用户进行联合解码；之后执行步骤S2时，设置N₁不超过5，即每次对不超过5个用户进行联合解码。

第3种可以是在第一次执行步骤S2时，设置N₁＝4，根据步骤S21的信道状态信息计算每一个用户的信道容量，选择信道容量最高的4个用户，将剩下的2个用户当做干扰，对这4个用户进行联合解码；之后执行步骤S2时，设置N₁不超过4，即每次对不超过4个用户进行联合解码。

具体地，采用本发明非正交多址接入传输系统的接收方法使用3种不同配置参数具体的仿真结果如图3所示：

其中圆圈、方块和菱形曲线分别代表第1种、第2种和第3种情况，从图3仿真结果可以看出，第1种、第2种和第3种情况的中断概率性能依次有所恶化，但三者差别很小。但第1种情况需要对6个用户进行联合解码，而第2种情况只需要对至多5个用户进行联合解码，第3种情况只需要对至多4个用户进行联合解码，复杂度下降很多。从分析可以看出，采用本发明非正交多址接入传输系统的接收方法，设置N₁＝4，相比于接收端直接进行所有用户联合解码，中断概率性能略有下降，但接收端复杂度却显著下降。

进一步地，在ITU组织规范的Urban Macro(ITU-Uma)信道下采用MU-BICMID多址接入方案的系统基于本发明接收方法不同配置参数的实际性能，说明基站接收端在复杂度和性能之间的折中。下面将举例详细说明。

举例而言，在ITU-Uma信道下，4个用户采用MU-BICMID多址接入方案同时接入基站，4个用户的编码调制方案相同，传输速率均为0.25bit/channel-use/user，基站采用单天线接收。其它具体仿真参数如下表1所示：

表1仿真参数

基站采用本发明非正交多址接入传输系统的接收方法，按照步骤S1-S5进行多级联合解码，其中实际参数如下：在进行步骤S2时，可以设置参数N₁＝3，并选择信道容量最大的前N₁个用户进行联合解码；在进行步骤S3时，根据步骤S2中3个用户的联合解码结果，若N₁'≤3个用户均解码结果正确或者解码结果收敛，则恢复并消除这N₁'个用户各自的接收信号，返回步骤S2；否则，继续步骤S4，直至N₁'＝N、或者多级联合解码的执行次数K达到预设阈值结束接收机解码。

具体地，4个用户采用MU-BICMID多址接入方案同时接入基站的具体仿真结果如图4所示：其中菱形曲线即为基站基于本发明非正交多址接入传输系统的接收方法在上述配置参数下的实际性能。同时，还给出了两个参考性能，方形曲线为4个用户按照上述仿真条件和MU-BICMID方案，但接收端直接对4个用户采用联合解码技术得到的参考性能；圆形曲线为4个用户为高斯输入时，采用直接线性叠加结合发送端的联合编码和接收端的联合解码技术，在理想多用户编码和解码的情况下理论性能极限。

从仿真结果可以看出，先将1个用户视为干扰，对其中3个用户进行联合解码的中断概率性能仿真结果，与直接对4个用户进行联合解码的仿真结果略有下降，但接收端接收复杂度却相比显著降低。

再举例而言，在ITU-Uma信道下，4个用户采用MU-BICMID多址接入方案同时接入基站，让4个用户均采用1/4码率的LDPC码，传输速率均为0.50bit/channel-use/user，其它仿真条件和参数均相同得到的仿真结果如图5所示。

从仿真结果可以看出，先将1个用户视为干扰，对其中3个用户进行联合解码的中断概率性能仿真结果，与直接对4个用户进行联合解码的仿真结果有所下降，但接收端接收复杂度却显著降低。

综上所述，本发明实施例的非正交多址接入传输系统的接收方法具有以下有益效果：

1)兼容多址接入信道的联合编码和多层编码两种多址接入技术和多种现有方案；

2)接收机可以灵活配置参数，在复杂度和传输性能之间取得折中；

3)在多址接入信道存在不确定性或编码调制方案性能有限的条件下，可有效提高多层编码多址接入传输系统的性能；

4)可有效降低联合编码多址接入传输系统的接收机复杂度，大幅度提高叠加用户数。

与上述几种实施例提供的非正交多址接入传输系统的接收方法相对应，本发明的一种实施例还提供一种非正交多址接入传输系统的接收装置，由于本发明实施例提供的非正交多址接入传输系统的接收装置与上述几种实施例提供的非正交多址接入传输系统的接收方法相对应，因此在前述非正交多址接入传输系统的接收方法的实施方式也适用于本实施例提供的非正交多址接入传输系统的接收装置，在本实施例中不再详细描述。图6为根据本发明一个实施例的非正交多址接入传输系统的接收装置的结构示意图。如图6所示，该非正交多址接入传输系统的接收装置可以包括:获取模块10、解码模块20、干扰消除模块30和输出模块40。

其中，获取模块10用于获取多址接入信道的N个用户的总接收信号、以及N个用户解调解码所需的多用户传输信息，并初始化多级联合解码的执行次数K＝0，其中，多个用户的总接收信号为已叠加干扰和噪声的信号，N为正整数，且K为自然数。

解码模块20用于选择N个用户中的N₁个用户，并将其余N-N₁个用户的接收信号作为干扰以对总接收信号中的N₁个用户进行联合解码，得到N₁个用户的联合解码结果，并设置多级联合解码的执行次数K＝K+1，其中，0<N₁≤N。

干扰消除模块30用于根据N₁个用户的联合解码结果，从N个用户的总接收信号中恢复并减去成功解码的N₁'个用户的接收信号，并保存剩余用户的总接收信号，设置N＝N-N₁'，其中，成功解码包括解码结果正确或解码结果收敛，并重复执行解码模块和干扰消除模块，直至N₁'＝N、或者多级联合解码的执行次数K达到预设阈值。

输出模块40用于输出在K次多级联合解码的过程中成功解码用户的解码结果。

在本发明的一个实施例中，多用户传输信息包括：叠加用户的个数、每个用户数据信号的信道状态信息和每个用户数据信号的编码调制模式。

在本发明的一个实施例中，如图6所示，解码模块20包括：选择单元21和解码单元22。其中，选择单元21用于根据每个用户数据信号的信道状态信息和编码调制模式从N个用户中选择N₁个用户。解码单元22用于将N-N₁个用户的接收信号作为干扰信号以对总接收信号中的N₁个用户进行联合编码，得到N₁个用户的联合解码结果，并设置多级联合解码的执行次数K＝K+1。

具体而言，在本发明的一个实施例中，当N个用户的传输速率相同的条件下，选择单元21可根据每个用户数据信号的信道状态信息计算N个用户各自假定进行单用户传输时的信道容量，并将N个用户按信道容量从大到小进行排序，并选择信道容量最大的前N₁个用户。

在本发明的另一个实施例中，当N个用户的传输速率不同的条件下，选择单元21可根据每个用户数据信号的信道状态信息和编码调制模式从N个用户中任意选择N₁个用户。

根据本发明实施例的非正交多址接入传输系统的接收装置，获取模块获取N个用户的总接收信号及N个用户解调解码需要的多用户传输信息，解码模块将N-N₁个用户的接收信号作为干扰以对总接收信号中选择的N₁个用户进行联合解码得到N₁个用户的联合解码结果，干扰消除模块根据联合解码结果正确或收敛，从N个用户的总接收信号中恢复并减去成功解码的N₁'个用户的接收信号，并保存剩余用户的总接收信号，设置N＝N-N₁'，重复联合解码，直至N₁'＝N或者多级联合解码的执行次数K达到预设阈值，输出模块输出在K次多级联合解码的过程中成功解码的所有用户的联合解码结果。该装置能够每级解调解码一个或多个用户的发送信息并进行干扰消除，可以有效降低多用户接收的复杂度，提高多用户接收的性能，充分挖掘多址接入信道的多用户叠加编码带来的容量增益和分集增益。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种非正交多址接入传输系统的接收方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，获取多址接入信道的N个用户的总接收信号、以及所述N个用户解调解码所需的多用户传输信息，并初始化多级联合解码的执行次数K＝0，其中，所述多个用户的总接收信号为已叠加干扰和噪声的信号，N为正整数，且K为自然数；

S2，选择所述N个用户中的N₁个用户，并将其余N-N₁个用户的接收信号作为干扰以对所述总接收信号中的所述N₁个用户进行联合解码，得到所述N₁个用户的联合解码结果，并设置所述多级联合解码的执行次数K＝K+1，其中，0<N₁≤N；

S3，根据所述N₁个用户的联合解码结果，从所述N个用户的总接收信号中恢复并减去成功解码的N₁'个用户的接收信号，并保存剩余N-N₁'个用户的总接收信号，设置N＝N-N₁'，其中，所述成功解码包括解码结果正确或解码结果收敛；

S4，重复执行所述步骤S2和步骤S3，直至N₁'＝N、或者所述多级联合解码的执行次数K达到预设阈值；

S5，输出在K次多级联合解码的过程中成功解码用户的解码结果。

2.如权利要求1所述的非正交多址接入传输系统的接收方法，其特征在于，其中，所述多用户传输信息包括叠加用户的个数、每个用户数据信号的信道状态信息和所述每个用户数据信号的编码调制模式。

3.如权利要求2所述的非正交多址接入传输系统的接收方法，其特征在于，所述步骤S2，包括：

S21，根据所述每个用户数据信号的信道状态信息和编码调制模式从所述N个用户中选择所述N₁个用户；

S22，将所述N-N₁个用户的接收信号作为干扰以对所述总接收信号的所述N₁个用户进行联合解码，得到所述N₁个用户的联合解码结果，并设置所述多级联合解码的执行次数K＝K+1。

4.如权利要求3所述的非正交多址接入传输系统的接收方法，其特征在于，当所述N个用户的传输速率相同的条件下，所述步骤S21包括：

根据所述每个用户数据信号的信道状态信息计算所述N个用户各自假定进行单用户传输时的信道容量；

将所述N个用户按所述信道容量从大到小进行排序，并选择所述信道容量最大的前N₁个用户。

5.如权利要求3所述的非正交多址接入传输系统的接收方法，其特征在于，当所述N个用户的传输速率不同的条件下，所述步骤S21包括：

根据所述每个用户数据信号的信道状态信息和编码调制模式从所述N个用户中任意选择所述N₁个用户。

6.一种非正交多址接入传输系统的接收装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取多址接入信道的N个用户的总接收信号、以及所述N个用户解调解码所需的多用户传输信息，并初始化多级联合解码的执行次数K＝0，其中，所述多个用户的总接收信号为已叠加干扰和噪声的信号，N为正整数，且K为自然数；

解码模块，用于选择所述N个用户中的N₁个用户，并将其余N-N₁个用户的接收信号作为干扰以对所述总接收信号中的所述N₁个用户进行所述联合解码，得到所述N₁个用户的联合解码结果，并设置所述多级联合解码的执行次数K＝K+1，其中，0<N₁≤N；

干扰消除模块，用于根据所述N₁个用户的联合解码结果，从所述N个用户的总接收信号中恢复并减去成功解码的N₁'个用户的接收信号，并保存剩余N-N₁'个用户的总接收信号，设置N＝N-N₁'，其中，所述成功解码包括解码结果正确或解码结果收敛，并重复执行所述解码模块和干扰消除模块，直至N₁'＝N、或者所述多级联合解码的执行次数K达到预设阈值；

输出模块，用于输出在K次多级联合解码的过程中成功解码用户的解码结果。

7.如权利要求6所述的非正交多址接入传输系统的接收装置，其特征在于，其中，所述多用户传输信息包括:叠加用户的个数、每个用户数据信号的信道状态信息和所述每个用户数据信号的编码调制模式。

8.如权利要求7所述的非正交多址接入传输系统的接收装置，其特征在于，所述解码模块包括：

选择单元，用于根据所述每个用户数据信号的信道状态信息和编码调制模式从所述N个用户中选择所述N₁个用户；

解码单元，用于将所述N-N₁个用户的接收信号作为干扰信号以对所述总接收信号中的所述N₁个用户进行联合解码，得到所述N₁个用户的联合解码结果，并设置所述多级联合解码的执行次数K＝K+1。

9.如权利要求8所述的非正交多址接入传输系统的接收装置，其特征在于，当所述N个用户的传输速率相同的条件下，所述选择单元具体用于：

根据所述每个用户数据信号的信道状态信息计算所述N个用户各自假定进行单用户传输时的信道容量；

将所述N个用户按所述信道容量从大到小进行排序，并选择所述信道容量最大的前N₁个用户。

10.如权利要求8所述的非正交多址接入传输系统的接收装置，其特征在于，当所述N个用户的传输速率不同的条件下，所述选择单元具体用于：

根据所述每个用户数据信号的信道状态信息和编码调制模式从所述N个用户中任意选择所述N₁个用户。