CN112787758B - 串行干扰消除的海量媒介调制设备上行多址接入系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应串行干扰消除的海量媒介调制设备多址接入系统，所述发射端包括数据包生成模块、第一信道编码模块和第一媒介调制模块；发射端利用数据包生成模块在待发送数据中插入特征序列bs；接收端包括无编码检测算法模块、似然比计算模块、软解码模块、解码准确度判决模块、第二信道编码模块、第二媒介调制模块和干扰消除模块；解码准确度判决模块计算特征序列的解码结果
与真实的特征序列bs的汉明距离，仅对汉明距离小于预设值的活跃设备的有效数据进行干扰消除。使用本发明能够进一步提升有信道编码系统中海量媒介调制设备多址接入的数据解调正确率。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信中的数据传输领域，尤其涉及一种自适应串行干扰消除的海量媒介调制设备的上行免授权多址接入系统。
背景技术
物联网具有节约成本，增加收入来源以及提高效率等优势，已经在各个垂直领域发挥着重要作用。物联网的一个典型特征是海量的低功耗设备。三星的6G白皮书指出，到2030年，接入蜂窝网络的物联网设备数量将高达500亿，是那时人口总数的59倍，这就要求未来基站能够实现与数百亿设备之间的海量连接。尽管大规模机器类型通信(MassiveMachine-Type Communications,mMTC)已被列入5G三大应用场景之一，低时延高可靠地支持海量设备接入对于目前的网络来说依然十分具有挑战性。
海量设备多址接入协议一般可以分为两类：基于授权的方式和免授权方式。在未来海量连接的场景下，基于授权的多址接入协议普遍需要复杂的接入调度，从而产生难以忍受的接入时延。作为一种有前途的替代方案，免授权的多址接入协议最近在学术界和工业界都引起了极大的关注。在免授权的多址协议中，需要接入网络的用户无需基站授权，可直接向基站上行发送导频和数据；基站根据接收信号进行用户识别和数据检测。
为了进一步提高物联网海量连接的频谱效率和能量效率，物联网设备采用空间调制的方案也被广泛探讨和研究。空间调制是一种低复杂度，高能量效率的单射频或射频少于发射天线数的多天线技术。典型的空间调制方案在发射端配备多根发射天线以及单射频链路，输入比特流在每一时隙被划分成空间域信息比特与符号域信息比特：前者决定该时隙中哪一根发射天线激活，称其为“活跃天线”，而其它发射天线在本时隙保持静默；后者确定需要传输的星座符号，并在本时隙由活跃天线发送。接收端通过相应的检测方案，检测出活跃天线的下标以及星座符号，即可解映射获得传输的比特信息。在下一个符号周期重复上述过程，时隙与时隙间相互独立，不同时隙间的信息比特彼此无关。由此可见，典型空间调制技术的单射频链路配置有利于减小发射机尺寸，降低能耗，提升能量效率；空间域符号的传输可以弥补单射频带来的速率损失，从而获得频谱效率和能量效率的较好折衷。
近些年来，很多新型调制技术层出不穷，例如：广义空间调制，媒介调制，以及元表面调制等等，它们保留了典型空间调制技术的低复杂度和高能量效率的特点，同时可以实现更高的频谱效率。其中，基于媒介调制的海量接入问题成为学术界和工业界的热点。具体而言，媒介调制采用单射频链路，单个发射天线，以及多个低成本低开销的射频镜面。其中，每个射频镜面可以有ON/OFF两种状态，多个射频镜面的不同ON/OFF状态的组合作用于发射天线的发送信号可以产生不同的辐射图样。因此，空间信息可以编码在射频镜面的ON/OFF状态组合上，接收端通过检测不同辐射图样即可解调出空间信息。与典型空间调制不同的是，媒介调制的空间比特数目取决于可以区分的辐射图样的数目，因而有望编码更多的空间比特，从而进一步提高频谱效率。由于媒介调制的上述优越性，基于媒介调制的海量接入作为基于空间调制方案的改进而被广泛研究，涌现了许多基于压缩感知的活跃用户检测和媒介调制数据解调算法。然而，针对上述海量媒介调制设备的上行免授权接入场景，现有方案都是在无信道编码的系统下进行收发端设计，对于有信道编码系统的收发端方案设计亟需进一步研究。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种自适应串行干扰消除的海量媒介调制设备多址接入系统，用以进一步提升有信道编码系统中海量媒介调制设备多址接入的数据解调正确率。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的。
一种自适应串行干扰消除的海量媒介调制设备多址接入系统，包括发射端和接收端；
所述发射端包括数据包生成模块、第一信道编码模块和第一媒介调制模块；
数据包生成模块，用于产生海量媒介调制设备多址接入系统中所在设备的发送数据包；发送数据包中插入一段收发端已知的特征序列bs；
第一信道编码模块，用于对数据包生成模块生成的发送数据包进行信道编码；
第一媒介调制模块，用于对第一信道编码模块编码后的发送数据包进行媒介调制，以媒介调制符号的形式发送出去；
所述接收端设计媒介调制信号迭代解码器，每次迭代中基于解码的特征序列自适应地选择部分设备进行串行干扰消除；接收端包括无编码检测算法模块、似然比计算模块、软解码模块、解码准确度判决模块、第二信道编码模块、第二媒介调制模块和干扰消除模块；
无编码检测算法模块，用于根据接收信号和估计得到信道状态信息构成的观测矩阵进行活跃设备检测，同时得到活跃设备发送的媒介调制符号的后验概率；
似然比计算模块，用于根据所述媒介调制符号的后验概率计算每个数据比特的似然比信息；
软解码模块，用于依据发射端的信道编码方式，对活跃设备的所述似然比信息进行软解码，软解码结果包含所述特征序列的解码结果
解码准确度判决模块，用于计算特征序列的解码结果
与真实的特征序列bs的汉明距离，若该汉明距离小于预设值，则认为该活跃设备的有效数据可以用来进行干扰消除，进而通知第二信道编码模块、第二媒介调制模块和干扰消除模块执行干扰消除工作；否则不执行后续干扰消除步骤，最终实现自适应串行干扰消除；
第二信道编码模块，用于采用与发射端第一信道编码模块相同的信道编码方式，对将要进行干扰消除的活跃设备的解调数据进行编码；
第二媒介调制模块，用于采用与发射端第一媒介调制模块相同的媒介调制参数，对第二信道编码模块获得的编码数据进行媒介调制，获得媒介调制符号；
干扰消除模块，用于利用第二媒介调制模块产生的媒介调制符号，对解码准确度判决模块判决的活跃设备进行干扰消除，分别更新无编码检测算法模块的接收信号和观测矩阵，回到无编码检测算法模块进行迭代。
优选地，发射端的第一信道编码模块和第一媒介调制模块之间增加一个块交织器，信道编码模块、块交织器与第一媒介调制模块构成“比特交织编码的媒介调制”模块；所述块交织器的宽度等于第一媒介调制模块的有效辐射图样数目，块交织器的深度由编码后的数据包的长度决定，从而有效应对媒介调制符号的信道空间选择性衰落；
同时，在接收端的似然比计算模块和软解码模块之间增加与发射端对应的解交织器，在第二信道编码模块和第二媒介调制模块之间增加与发射端相同的块交织器。
优选地，所述特征序列bs采用伪随机的0-1序列。
优选地，所述无编码检测模块采用联合结构化近似消息传递(JS-AMP)算法实现活跃设备检测和活跃设备发送的媒介调制符号的后验概率计算。
优选地，所述无编码检测模块在执行JS-AMP算法时，对活跃因子增加离差标准化操作。
优选地，接收端实现自适应串行干扰消除的迭代过程，利用定义的集合Ω0、Ω1、Ω2、Ω3实现，具体为：
对于无编码检测算法模块，定义第k个设备的活跃因子为ak∈{0,1}，k＝{1,2,…,K}，K为发射端的媒介调制设备总数，0和1分别表示不活跃和活跃；定义JS-AMP算法输出的活跃因子的估计值为
对估计出的活跃因子
作离差标准化操作得到
其中，离差标准化操作具体为：
定义符号min(·)和max(·)分别表示取向量元素的最小值和最大值的操作；将
中元素大于0.5的判断为活跃设备，记活跃设备的集合为Ω0；在后续迭代中，活跃设备的集合Ω0不再更新，迭代过程以降低活跃设备的误码率为目标；
定义集合Ω1表示尚未进行干扰消除的活跃设备集合；第一次迭代时，赋值Ω1＝Ω0，后续每次迭代都要从Ω1中减掉已经被干扰消除的设备编号，直到Ω1变成空集；
定义集合Ω2表示集合Ω1中活跃因子最大的
个活跃设备的编号集合，集合Ω2中的活跃设备将由解码准确度判决模块在本次迭代中进行解码准确度判决；
是设定的常数，当Ω1中元素个数小于
时，令Ω2＝Ω1；
解码准确度判决模块比较集合Ω2中活跃设备的解码后的特征序列
与真实的特征序列bs之间的汉明距离；对于汉明距离小于预设值的设备，记这些活跃设备的集合为Ω3，将Ω3发送给第二信道编码模块，由第二信道编码模块及其后续模块对Ω3中的设备进行干扰消除；汉明距离大于预设值的设备不进行后续操作；如果不存在汉明距离小于预设值的设备，即Ω3为空集，则终止迭代，直接输出余下活跃设备的软解码数据；
干扰消除模块的干扰消除步骤包括：从接收信号中减掉集合Ω3中设备对应的信号成分，同时更新信道状态信息构成的观测矩阵，从集合Ω1中减掉被干扰消除的Ω3部分，将新的Ω1和观测矩阵告知无编码检测算法模块，进行下一次迭代。
有益效果：
(1)本发明通过设计发射端数据包结构，在接收端可以根据特征序列的解码准确程度判断有效数据的解码准确程度，进而为后续的自适应串行干扰消除操作提供依据。同时本发明通过在接收端设计一种活跃设备检测和媒介调制信号迭代解码器，可以在每次迭代中基于特征序列自适应地选择少部分设备进行串行干扰消除，或者不进行干扰消除，从而减少串行干扰消除的误差传播，有效提升媒介调制信号解调的精度，降低误码率。
(2)本发明通过在发射端的媒介调制之前加入比特交织编码，构成比特交织编码的媒介调制方式，可以有效对抗媒介调制信号的信道空间选择性衰落。
(3)本发明通过在联合结构化近似消息传递(JS-AMP)算法中对估计出的活跃因子增加离差标准化(min-max标准化)步骤，可以显著提升原始算法在低信噪比下的活跃设备检测性能。(对于JS-AMP算法，参见文献“译名：基于空间调制的海量机器类型通信中的联合活跃设备与数据检测”，其作者、英文名称及出处为“L.Qiao and Z.Gao,"Joint activedevice and data detection for massive MTC relying on spatial modulation,"2020IEEE Wireless Communications and Networking Conference Workshops(WCNCW),Seoul,Korea(South),2020,pp.1-6.”)。
附图说明
图1为典型的海量媒介调制设备的上行免授权接入示意图。
图2为本发明基于自适应串行干扰消除的海量媒介调制设备多址接入方案的实现流程图，其中重点标注了所提出的比特交织编码的媒介调制模块和自适应串行干扰消除模块。
图3为增加离差标准化(min-max标准化)前后的JS-AMP算法随信噪比变化的ADER(活跃检测错误率,Activity Detection Error Rate)性能评估对比图。
图4为不同的媒介调制设备上行免授权接入的收发方案随信噪比变化的SER(误符号率,Symbol Error Rate)性能评估对比图。
图5为不同的媒介调制设备上行免授权接入的收发方案随信噪比变化的BER(误比特率,Bit Error Rate)性能评估对比图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种自适应串行干扰消除的海量媒介调制设备多址接入系统，其基本思想是接收机利用已知的特征序列可以判断设备解码的准确度，进而对于解码准确的设备进行干扰消除，多次迭代即可提高活跃设备整体的解码准确度。其中，特征序列的引入可以有效减少低信噪比下干扰消除可能引起的误差传播。此外，发射端采用加入了比特交织的媒介调制方式可以有效对抗媒介调制符号传播中的空间选择性衰落信道，进一步降低误码率。
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明考虑典型大规模MIMO基站服务海量媒介调制物联网设备的上行免授权数据传输，如图1所示。在该系统中，接收端采用典型的全数字架构的具有Nr＞＞1根天线的大规模MIMO，服务K个媒介调制设备，其中同一时刻有Ka(K＞＞Ka)个设备正在进行上行数据传输，即处于活跃状态，每个设备采用单个射频链路、单个天线和NRF个低成本的射频镜面组成的媒介调制。其中，每个媒介调制设备的射频镜面有ON/OFF两种可控状态，从而NRF个射频镜面可以形成
种排列组合，也称为Nt种镜面激活状态(Mirror activationpatterns,MAPs)，对应Nt种不同的信道实现。以单个设备为例，假设采用M元正交幅度调制(M-ary quadrature amplitude modulation,M-QAM)，则每个媒介调制符号可以携带η＝log2M+NRF比特的信息，其中log2M比特由M-QAM符号携带，NRF＝log2Nt比特调制在Nt种不同的媒介调制信道的选择上，称之为媒介调制空间符号。我们不失一般性的假设活跃设备的上行数据以相邻的J个时隙(J个媒介调制符号)构成的帧为基本单位进行传输，K个设备的帧和时隙都已经进行了完美同步。因此，不失一般性的，我们以任意一个数据帧为例，基站端在该数据帧的第j
个时隙接收到的信号
可以表示为
其中，活跃因子ak∈{0,1}等于1表示设备活跃，等于0表示设备不活跃；第k个设备的M-QAM符号表示为sk,j；
是Nt维度的媒介调制空间符号，其中只有一个元素为1，其他元素为0，表示从Nt种不同的媒介调制信道中选择一个信道；
表示第k个设备的等效发射信号；
表示第k个设备与基站之间的MIMO信道；
表示接收机产生的加性高斯白噪声；
表示K个用户联合的MIMO信道矩阵；
表示K个用户联合的等效发射信号。
不失一般性的，我们假设信道估计已经完成，全部K个设备与基站之间的信道已经估计得到，只考虑后续的活跃设备和媒介调制符号联合检测步骤。由于某一时刻的活跃设备数目远小于总的设备数目带来的稀疏性，以及媒介调制符号固有的结构稀疏性，问题(1)中
的恢复可以看成一个单矢量观测的稀疏信号恢复问题，可以通过利用和改进压缩感知方法，如贪婪算法或基于近似消息传递的算法等，实现低复杂度的接收机检测算法。由于一个数据帧内设备具有相同的活跃性，可以将一个数据帧内的J个单矢量观测问题(1)联合考虑成一个多矢量观测问题，进而可以大大提升活跃用户检测的正确率。
在发射端，包括数据包生成模块、信道编码模块和媒介调制模块。其中，数据包生成模块，用于产生海量媒介调制设备多址接入系统中每个媒介调制设备的发送数据包；发送数据包中插入一段收发端已知的特征序列bs；第一信道编码模块，用于对数据包生成模块生成的发送数据包进行信道编码；第一媒介调制模块，用于对第一信道编码模块编码后的发送数据包进行媒介调制，以媒介调制符号的形式发送出去。在发送数据包插入特征序列bs的目的是在接收端解码出来之后进行比对，根据准确度判定对相应设备是否进行干扰消除操作。因此，对特征序列bs只要求其是收发双方已知的即可，特征序列bs可以是伪随机的0-1序列。
在一优选实施例中，发射端的信道编码模块和媒介调制模块之间增加一个块交织器，信道编码模块、块交织器与媒介调制模块构成“比特交织编码的媒介调制”模块；块交织器的宽度等于第一媒介调制模块的有效辐射图样数目，块交织器的深度由编码后的数据包的长度决定，从而有效应对媒介调制符号的信道空间选择性衰落。
下面对于发射端进行详细描述。我们考虑有编码的系统，每个数据帧的发射信号由信道编码后的比特流经过比特交织编码的媒介调制生成，如图2所示。可以看到，发射端由数据包生成模块和比特交织编码的媒介调制模块组成。其中，数据包生成模块生成长度为L的比特流，包括Ls长的特征序列bs和Ld长的发送数据比特，构成一个发送数据帧。随后，该二进制的数据帧经过比特交织编码的媒介调制模块，包括信道编码、比特交织以及媒介调制三步处理，形成发射信号。不失一般性地假设编码后的数据有L'比特，则块交织器采用宽度为η高度为J＝L'/η(不失一般性地假设L'可以被η整除)的块交织器，比特流逐列读入，逐行读出，完成比特级的交织；媒介调制部分将交织器每行输出的η个比特调制到一个媒介调制符号中，包括log2M比特调制在M-QAM符号上，以及NRF比特调制在媒介调制空间符号上。可以看到，每个活跃设备的L长度的比特流被调制成了J个媒介调制符号，组成相邻的J个时隙。Ka个活跃设备都采用上述的发射方案，同时进行免授权的上行数据(发射符号)传输。
在基站端，接收检测器是可以分为八个模块的迭代检测器，如图2所示，包括：无编码检测算法模块，似然比计算模块，解交织模块，软解码模块，解码准确度判决模块，信道编码模块，块交织器模块，以及干扰消除模块。如果发射端没有块交织器，则接收检测器没有解交织模块和块交织器模块。下面，我们以任意一次检测为例，详细介绍各模块的具体作用以及接收机如何进行迭代检测。
1、无编码检测算法模块：该模块的作用是根据接收信号Y和估计得到的信道状态信息构成的观测矩阵H，恢复发射活跃设备的编号以及其对应的发射媒介调制符号。注意在第一次迭代中，有接收信号
和观测矩阵
后续迭代中Y和H都要不断更新。由于该过程是典型的稀疏信号恢复问题，可以采用压缩感知算法。
为了便于下一步骤计算对数似然比(LLR)软信息，采用基于近似消息传递的JS-AMP算法的改进，但该模块也可以是其他可以输出软信息的联合设备检测和数据解调算法。这里JS-AMP算法的输出是媒介调制符号的后验概率q(xk,j|yj)，对于
以及每个设备对应的活跃因子的估计值
对估计出的活跃因子
作离差标准化操作得到
中元素大于0.5的判断为活跃设备，记活跃设备的集合为Ω0。通过离差标准化操作，活跃设备的活跃因子和不活跃设备的活跃因子可分性更明显，在低信噪比下可以有效降低活跃性判决的误差。具体而言，离差标准化操作如下：
定义符号min(·)和max(·)分别表示取最小值和最大值的操作。在后续迭代中，活跃设备的集合不再更新，迭代过程以降低活跃设备的误码率为目标。
定义集合Ω1表示尚未进行干扰消除的活跃设备集合。第一次迭代时，令Ω1＝Ω0，后续每次迭代都要从Ω1中减掉已经被干扰消除的设备编号，直到Ω1变成空集。
定义集合Ω2表示集合Ω1中活跃因子最大的
个活跃设备的编号集合，集合Ω2中的活跃设备将在本次迭代中进行解码准确度判决。根据经验，JS-AMP算法得到的活跃因子越接近1，表明该设备的解码准确度较高，因而所述Ω2的获取可以基于活跃因子进行。
是一个常数，可以根据实际系统自由设计。当Ω1中元素个数小于
时，令Ω2＝Ω1。
2、似然比计算模块：用于根据所述媒介调制符号的后验概率计算每个数据比特的似然比信息。
本模块根据前一模块得到的媒介调制符号后验概率q(xk,j|yj)，可以计算集合Ω2对应的活跃设备的比特流的LLR信息。对于媒介调制符号xk,j，
其对应的媒介调制空间符号比特
的LLR和对应的M-QAM符号比特
的LLR分别可以表示为
其中，属于集合
或
的xk,j使得媒介调制空间符号比特
为1或0；属于集合
或
的xk,j使得M-QAM符号比特
为1或0。
3、解交织模块：该模块为与发射端的块交织器相对应的解交织器。以任意一个集合Ω2对应的活跃设备为例，前一模块得到的其L'长度的LLR信息流对应发射端编码后的L'长度的比特流。解交织模块同样采用宽度为η高度为J＝L'/η的结构，信息流逐行读入，逐列读出，完成LLR信息流的解交织。
4、软解码模块：用于依据发射端的信道编码方式，对活跃设备的所述似然比信息进行软解码，软解码结果包含所述特征序列的解码结果
5、解码准确度判决模块：该模块计算活跃设备解码后的特征序列
与真实特征序列bs的汉明距离，若该汉明距离小于预设值，则认为该活跃设备的有效数据可以用来进行干扰消除，进而可以针对该活跃设备执行后续模块，否则不执行后续干扰消除步骤，最终实现自适应串行干扰消除。
具体而言，该模块的目的是进一步判断集合Ω2中的设备的解码准确度，进而决定是否进行干扰消除以及对集合Ω2中的哪些设备进行干扰消除。首先比较集合Ω2中活跃设备的解码后的特征序列与真实的特征序列之间的汉明距离。对于汉明距离小于预设值的设备，下面将对这些设备进行媒介调制符号重构和干扰消除，记这些活跃设备的集合为Ω3。汉明距离大于预设值的设备不进行后续操作。如果不存在汉明距离小于预设值的设备，即：Ω3为空集，则终止迭代，直接输出余下活跃设备的软解码数据。注意判决的汉明距离预设值可以根据实际系统设计。
6、信道编码模块：用于采用与发射端第一信道编码模块相同的信道编码方式，对将要进行干扰消除的活跃设备的解调数据进行编码。
7、媒介调制模块：用于采用与发射端第一媒介调制模块相同的媒介调制参数，对第二信道编码模块获得的编码数据进行媒介调制，获得媒介调制符号。
每次迭代时，假如Ω3不为空集，则执行该步骤。具体而言，该模块采用与发射端相同的信道编码方式，首先对将要进行干扰消除的活跃设备的解调数据进行编码，编码后的比特经过与发射端相同的交织器和相同参数的媒介调制模块，进行媒介调制符号重构。
8、干扰消除模块：用于利用第二媒介调制模块产生的媒介调制符号，对解码准确度判决模块判决的活跃设备进行干扰消除，分别更新无编码检测算法模块的接收信号矩阵和观测矩阵，回到无编码检测算法模块进行迭代。
每次迭代时，假如Ω3不为空集，则执行该步骤。该步骤的主要目的是从接收信号中消除掉Ω3中设备对应的部分。在下一次迭代中，稀疏信号的支撑集个数减少，而观测维度不变，从而提升了媒介调制信号的检测性能。具体而言，从接收信号Y中减掉集合Ω3中设备对应的信号成分，同时更新观测矩阵H，从集合Ω1中减掉被干扰消除的Ω3部分。如果更新后的Ω1不为空集更新后的接收信号Y和观测矩阵H将反馈到步骤1，从而开始下一次迭代解码。
以上便是本发明公开的自适应串行干扰消除的海量媒介调制设备多址接入方案。
为了说明本发明所提出的基于离差标准化(min-max标准化)的改进JS-AMP算法相比于原始JS-AMP算法在活跃设备检测上的优越性，这里用图3来说明本发明的效果。考虑媒介调制设备总数为500，其中活跃设备数为50，信道服从瑞利MIMO信道，设备采用4QAM调制，携带2bit信息，媒介调制的镜面数为2，可以编码2bit空间信息，考虑一个数据帧包含12个时隙，JS-AMP算法的最大迭代次数为15。定义ADER为：(虚警设备数+漏检设备数)÷潜在设备总数。从图3可以看出，采用min-max标准化改进的JS-AMP算法在信噪比低于3dB的情况下ADER性能显著提升。
为了说明本发明所提出的基于特征序列的自适应串行干扰消除方法以及发射端比特交织编码的媒介调制方式在提高解码准确率上的优势，这里用图4和图5来说明本发明的效果。其中，图4和图5中图例所示对比算法的具体内容如表格1所示。值得注意，编码方案3没有特征序列，其接收端串行干扰消除(SIC)的依据是活跃因子大小，每次消除活跃因子较大的
(这里假设
)个设备对应的信号，直至解调出全部活跃设备的数据。为了保证对比的公平性，所有方案均采用长度为120bit的数据包，其中如果存在特征序列，则特征序列为20bit长度的随机0-1序列，采用码率为1/3、尾码12bit的Turbo编码，编码后的数据包长度为372bit。考虑媒介调制设备总数为500，其中活跃设备数为50，信道服从瑞利MIMO信道，设备采用4QAM调制，携带2bit信息，媒介调制的镜面数为2，可以编码2bit空间信息，因而编码后的数据包可以调制在连续的93个媒介调制符号上,形成一个数据帧(93个相邻时隙)。此外，我们将SER定义为：(漏检设备的媒介调制符号数+正确检测设备的错误媒介调制符号数)÷总的活跃用户的媒介调制符号数，其中一个媒介调制符号检测出错表示对应的QAM符号或者空间符号出错；定义BER为：(漏检设备的全部比特数+正确检测设备的错误比特数)÷总的活跃用户的传输比特数。令解调准确度判决模块的汉明距离预设值为0。
表格1对应图4和图5中图例所示方案
具体而言，从图4可以看出，无编码方案的SER性能是全部方案中最差的，编码方案1利用Turbo信道编码极大提升了系统的SER性能。可以看到，编码方案2相比于编码方案1的SER性能进一步提升，这说明了块交织模块可以有效对抗信道空间选择性衰落。编码方案3的SER性能相较于编码方案2，在高信噪比下(SNR>2dB)有明显的优势，表明了接收端串行干扰消除可以明显提升解码性能。然而，在低信噪比下(SNR<-2.5dB)，编码方案3的SER性能恶化，比编码方案1的SER性能更差，这是串行干扰消除的误差传播造成的。可以看到，所提方案的全面优于所有其他对比方案，表明特征序列的引入可以显著降低串行干扰消除中可能存在的误差传播。图5比较了所提方案与其他对比方案的BER性能随SNR变化的关系，可以得到与图4相似的结论，所提方案具有更好的BER性能。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种自适应串行干扰消除的海量媒介调制设备多址接入系统，包括发射端和接收端；其特征在于：
所述发射端包括数据包生成模块、第一信道编码模块和第一媒介调制模块；其中，
数据包生成模块，用于产生海量媒介调制设备多址接入系统中所在设备的发送数据包；发送数据包中插入一段收发端已知的特征序列bs；
第一信道编码模块，用于对数据包生成模块生成的发送数据包进行信道编码；
第一媒介调制模块，用于对第一信道编码模块编码后的发送数据包进行媒介调制，以媒介调制符号的形式发送出去；
所述接收端设计媒介调制信号迭代解码器，每次迭代中基于解码的特征序列自适应地选择部分设备进行串行干扰消除；接收端包括无编码检测算法模块、似然比计算模块、软解码模块、解码准确度判决模块、第二信道编码模块、第二媒介调制模块和干扰消除模块；
无编码检测算法模块，用于根据接收信号和估计得到信道状态信息构成的观测矩阵进行活跃设备检测，同时得到活跃设备发送的媒介调制符号的后验概率；
似然比计算模块，用于根据所述媒介调制符号的后验概率计算每个数据比特的似然比信息；
软解码模块，用于依据发射端的信道编码方式，对活跃设备的所述似然比信息进行软解码，软解码结果包含所述特征序列的解码结果
解码准确度判决模块，用于计算特征序列的解码结果
与真实的特征序列bs的汉明距离，若该汉明距离小于预设值，则认为该活跃设备的有效数据可以用来进行干扰消除，进而通知第二信道编码模块、第二媒介调制模块和干扰消除模块执行干扰消除工作；否则不执行后续干扰消除步骤，最终实现自适应串行干扰消除；
第二信道编码模块，用于采用与发射端第一信道编码模块相同的信道编码方式，对将要进行干扰消除的活跃设备的解调数据进行编码；
第二媒介调制模块，用于采用与发射端第一媒介调制模块相同的媒介调制参数，对第二信道编码模块获得的编码数据进行媒介调制，获得媒介调制符号；
干扰消除模块，用于利用第二媒介调制模块产生的媒介调制符号，对解码准确度判决模块判决的活跃设备进行干扰消除，分别更新无编码检测算法模块的接收信号和观测矩阵，回到无编码检测算法模块进行迭代。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，发射端的第一信道编码模块和第一媒介调制模块之间增加一个块交织器，信道编码模块、块交织器与第一媒介调制模块构成“比特交织编码的媒介调制”模块；所述块交织器的宽度等于第一媒介调制模块的有效辐射图样数目，块交织器的深度由编码后的数据包的长度决定，从而有效应对媒介调制符号的信道空间选择性衰落；
同时，在接收端的似然比计算模块和软解码模块之间增加与发射端对应的解交织器，在第二信道编码模块和第二媒介调制模块之间增加与发射端相同的块交织器。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述特征序列bs采用伪随机的0-1序列。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无编码检测算法 模块采用联合结构化近似消息传递(JS-AMP)算法实现活跃设备检测和活跃设备发送的媒介调制符号的后验概率计算。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述无编码检测算法 模块在执行JS-AMP算法时，对活跃因子增加离差标准化操作。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，接收端实现自适应串行干扰消除的迭代过程，利用定义的集合Ω0、Ω1、Ω2、Ω3实现，具体为：
对于无编码检测算法模块，定义第k个设备的活跃因子为ak∈{0,1}，k＝{1,2,…,K}，K为发射端的媒介调制设备总数，0和1分别表示不活跃和活跃；定义JS-AMP算法输出的活跃因子的估计值为
对估计出的活跃因子
作离差标准化操作得到
其中，离差标准化操作具体为：
定义符号min(·)和max(·)分别表示取向量元素的最小值和最大值的操作；将
中元素大于0.5的判断为活跃设备，记活跃设备的集合为Ω0；在后续迭代中，活跃设备的集合Ω0不再更新，迭代过程以降低活跃设备的误码率为目标；
定义集合Ω1表示尚未进行干扰消除的活跃设备集合；第一次迭代时，赋值Ω1＝Ω0，后续每次迭代都要从Ω1中减掉已经被干扰消除的设备编号，直到Ω1变成空集；
定义集合Ω2表示集合Ω1中活跃因子最大的
个活跃设备的编号集合，集合Ω2中的活跃设备将由解码准确度判决模块在本次迭代中进行解码准确度判决；
是设定的常数，当Ω1中元素个数小于
时，令Ω2＝Ω1；
解码准确度判决模块比较集合Ω2中活跃设备的解码后的特征序列
与真实的特征序列bs之间的汉明距离；对于汉明距离小于预设值的设备，记这些活跃设备的集合为Ω3，将Ω3发送给第二信道编码模块，由第二信道编码模块及其后续模块对Ω3中的设备进行干扰消除；汉明距离大于预设值的设备不进行后续操作；如果不存在汉明距离小于预设值的设备，即Ω3为空集，则终止迭代，直接输出余下活跃设备的软解码数据；
干扰消除模块的干扰消除步骤包括：从接收信号中减掉集合Ω3中设备对应的信号成分，同时更新信道状态信息构成的观测矩阵，从集合Ω1中减掉被干扰消除的Ω3部分，将新的Ω1和观测矩阵告知无编码检测算法模块，进行下一次迭代。
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