基于无速率码的多用户随机接入系统及其编译码方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无速率码的多用户随机接入系统及其编译码方法，利用无速率码的自适应链路适配特性，以及其编码时的随机特性，在各个用户发送机无需知道信道状态信息，以及在传输过程中无需任何反馈重传机制的条件下，能够自适应的调整各自的传输码率，且能够有效利用多个用户冲突重叠的信息，实现多个用户信息同时有效可靠的传输及正确的检测分离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种。
技术介绍
在现代无线移动通信系统中，必须采用良好的多用户传输方式来保证多个用户同时有效可靠地传输信息。传统的ALOHA技术虽然能够实现多用户单信道条件下的传输，但不能利用多个用户冲突或重叠的信息，效率不高。而传统的CDMA (Code-DivisionMultiple-Access)传输方式，是通过不同的扩频序列来区分不同用户的信息，以完成多用户信息的接入传输。Li Ping提出的IDMA(Interleave-Division Multiple-Access)传输方式(见Interleave DivisionMultiple_Access，，， IEEE Trans. Wireless Comm皿.，vol. 5， no. 4， pp. 938-947， Apr. 2006.)，则是不同用户通过使用不同的交织器，有效的利用用户混叠的信息，来实现不同用户的信号分离，以完成多用户信息的接入传输。但无论是CDMA还是IDMA，系统中每个用户所使用的都是传统的码率固定的编码方式，在进行信息传输之前，通常需要根据信道状态信息估计信道参数，根据信道参数设计一个码率固定为R的信道纠错编码。当估计的信道参数大于实际的信道参数时，虽然可以实现可靠传输，但是造成了传输的浪费，因为此时可以使用更高码率的信道纠错编码；当估计的信道参数小于实际的信道参数时，则不能实现可靠传输。为了使发送端得知信道的状态信息以设计码率固定的编码方式，以及在传输过程中重传丢失的数据包，往往需要采用一定的反馈机制，例如ARQ(AutoR印eat-Request)等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种，在各个用户发送机无需知道信道状态信息，以及在传输过程中无需任何反馈重传机制的条件下，能够自适应地调整各自的传输码率，且能够有效利用多个用户冲突重叠的信息，实现多个用户信息同时有效可靠的传输及正确的检测分离。 本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种基于无速率码的多用户随机接入系统，由发送端和接收端组成。其中发送端包含K(K为任意正整数)个单路输入、单路输出的发送机，接收端包含一个单路输入、K路输出的接收机。该系统运行于通信两端。在发送端，每一个用户都拥有一个发送机，每个发送机的结构均相同。对于用户k(k = 1，2，...，K)，其发送机包括串行连接的编码器_k，映射器-k和接入控制器_k : 编码器-k，用于将用户k的消息数据包编为源源不断产生的Rateless Code编码包，其输入端接外部消息数据包的数据流，其输出端接至映射器_k的输入端； 映射器-k，用于完成由编码包数据比特到编码包传输符号的映射，可用通常的线性调制映射器来实现，其输入端接编码器_k的输出端，其输出端接至接入控制器_k的输入丄山顺； 接入控制器_k，主要完成对编码包的发送控制，即按事先确定的概率随机决定是 否将当前编码包在当前时隙中接入信道进行发送，其输入端接映射器-k的输出端，其输出 端接至信道； K个用户的发送机并行接入信道，组成系统的发送端。 在接收端，其单路输入、K路输出的接收机在内部分为并行的K路，每一个用户都 对应其中相应的一路，并具有相同的结构。对于用户k(k二 1，2， ...， K)，其所对应的那一 路结构包括串行连接的解映射及译码软信息估计器_k和判决译码器_k : 解映射及译码软信息估计器-k，用于根据接收到的来自信道的混叠编码包完成各用户信号分离，以及通过解映射完成对用户k的编码包比特Log似然比软信息的估计，其输 入端接接收机的来自于信道的输入以及除了判决译码器-k之外其余各判决译码器的软信 息输出端，其输出端接至判决译码器_k的输入端； 判决译码器-k，用于完成对用户k编码包的译码，其输入端接解映射及译码软信 息估计器-k的输出端，其判决结果输出端输出译码结果，作为接收机的一路输出，其软信 息输出端接至除了解映射及译码软信息估计器_k之外的其余各解映射及译码软信息估计 器的输入端； K路结构并行构成接收机，组成系统的接收端。 我们把这种基于无速率码的多用户随机接入系统简称为 薩(RatelessMultiple-Access)系统。 —种上述基于无速率码的多用户随机接入系统的编译码方法，包括编码方法和译 码方法。在发送端，按照编码方法完成各用户的编码接入，将各用户的编码包接入信道进行 发送；在接收端，按照译码方法，根据接收到的混叠编码包，完成各用户编码包的检测分离 和译码； 编码方法如下设每个用户的发送机均需要发送m个消息数据包，每个消息数据 包由b个数据比特组成，其中包括一个循环冗余校验码，用于译码器判断译码是否成功，用 dk(i)表示消息数据包，其中i为消息数据包的编号(i = 1，2， ... ， m)，下标k为用户的编 号(k = 1，2， ... ，K); 考虑其中的第k个用户(k= 1，2，...，K)，按照如下步骤进行编码接入 1)利用编码器-k进行编码； 将消息数据包dk(i)送入编码器-k，通过Rateless编码方式(如LT Code, R即torCode等)，得到源源不断产生的编码包序列以及该码的Tanner图，用vk(s)表示编码 所得的编码包，其中s为编码包的编号(s = 1， 2，...)，下标k为用户的编号(k = 1， 2，...， K); 各用户独立完成自己的编码过程，编码时使用不同于其他用户的随机数生成器， 以得到与其他用户不同的、相互独立的Ta皿er图，这样可以保证各用户信号的不相关性， 为译码时各用户的信号分离提供可行性； 2)利用映射器-k，进行由编码包数据比特到编码包传输符号的映射； 将由编码器-k得到的编码包vk(s)送入映射器-k，映射方式可采用普通的 线性调制方式(如BPSK、 QPSK等)，完成由编码包数据比特到编码包传输符号的映射 vk(s) —Wk(s)，其中s为编码包的编号(s = 1，2，...)，下标k为用户的编号(k= 1，2，...，K); 3)利用接入控制器_k，进行对编码包的发送控制； 将由映射器-k得到的经过映射的编码包wk (s)送入接入控制器_k，在任一个时隙j (j = 1 ， 2，...)，用户k以概率pk顺序将wk (s)接入信道发送用xk (j)表示用户k在时隙j经信道发送的符号，如果决定在当前时隙j将编码包Wk(S)接入信道，则在编码包Wk(S)包头增加K个比特的用户标示信息，其中第k位置l，其余各位置O，组成发送编码包Wk' (s)， 令Xk(j) =wk' (s)，在下一个时隙判断是否将Wk(s+l)接入信道；否则令Xk(j) =0，下一 个时隙继续判断是否将Wk(s)接入信道； 由于采用的是Rateless编码方式，所以经过编码及映射后的序列ik = {wk(l)， wk(2) ，. . . ，wk(s) ，. . . }是源源不断产生的，于是经信道发送的序列ik = {xk(l) ，xk(2)，...， xk(j) ， . . . }也是源源不断的，长度并不是固定的，lk的每一个长度都对应相应的一个码率； 每个用户的发送机根据以上规则，源源不断的产生编码包并接入信道，直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无速率码的多用户随机接入系统，其特征在于，它主要由发送端和接收端构成；其中，发送端由Ｋ个单路输入、单路输出的发送机并行接入信道组成，接收端由一个单路输入、Ｋ路输出的接收机组成；每个发送机由编码器，映射器和接入控制器依次串行连接组成；接收机在内部分为并行的Ｋ路，每一路由解映射及译码软信息估计器和判决译码器串行连接而成，其中，Ｋ为任意正整数。

【技术特征摘要】
一种基于无速率码的多用户随机接入系统，其特征在于，它主要由发送端和接收端构成；其中，发送端由K个单路输入、单路输出的发送机并行接入信道组成，接收端由一个单路输入、K路输出的接收机组成；每个发送机由编码器，映射器和接入控制器依次串行连接组成；接收机在内部分为并行的K路，每一路由解映射及译码软信息估计器和判决译码器串行连接而成，其中，K为任意正整数。2. —种权利要求1所述接入系统的编码方法，在发送端按照编码方法完成各用户的编 码接入，将各用户的编码包接入信道进行发送，其特征在于，该编码方法如下设每个发送 机均需要发送m个消息数据包，每个消息数据包由b个数据比特组成，其中包括一个循环冗 余校验码，用于译码器判断译码是否成功，用dk(i)表示消息数据包，其中i为消息数据包 的编号(i = 1，2，...，m)，下标k为用户的编号(k= 1，2，...，K);考虑其中的第k个用户 (k = 1 ， 2， . . . ， K)，按照如下步骤进行编码接入:(1) 利用编码器-k进行编码将消息数据包dk(i)送入编码器-k，通过Rateless编码 方式，得到源源不断产生的编码包序列以及该码的Ta皿er图，用vk(s)表示编码所得的编 码包，其中s为编码包的编号(s = 1，2，...)，下标k为用户的编号(k = 1，2， ... ， K):各 用户独立完成自己的编码过程，编码时使用不同于其他用户的随机数生成器，以得到与其 他用户不同的、相互独立的Tanner图，这样可以保证各用户信号的不相关性，为译码时各 用户的信号分离提供可行性。(2) 利用映射器-k，进行由编码包数据比特到编码包传输符号的映射将由编码器-k 得到的编码包Vk(s)送入映射器-k，映射方式可采用普通的线性调制方式，完成由编码包数 据比特到编码包传输符号的映射Vk(s) — Wk(s)，其中s为编码包的编号(s = 1，2，...)， 下标k为用户的编号(k= 1，2，...，K)。(3) 利用接入控制器-k，进行对编码包的发送控制将由映射器-k得到的经过映射的 编码包wk (s)送入接入控制器-k，在任一个时隙j (j = 1 ， 2，...)，用户k以概率pk顺序将 Wk(S)接入信道发送用Xk(j)表示用户k在时隙j经信道发送的符号，如果决定在当前时隙 j将编码包Wk(s)接入信道，则在编码包Wk(s)包头增加K个比特的用户标示信息，其中第k位置l，其余各位置O，组成发送编码包Wk' (S)，令Xk(j) = wk' (s)，在下一个时隙判断 是否将Wk(S+l)接入信道；否则令Xk(j) = O，下一个时隙继续判断是否将Wk(S)接入信道；由于采用的是Rateless编码方式，所以经过编码及映射后的序列ik = {wk(l) ， wk(2)，...， wk(s) ，. . . }是源源不断产生的，于是经信道发送的序列2Lk = {xk (1) ， xk (2) ，. . . ， xk(j) ，. . . }也是源源不断的，长度并不是固定的，lk的每一个长度都对应相应的一个码率；每个用户的 发送机根据以上规则，源源不断的产生编码包并接入信道，直至接收端告知它停止发送。3. —种权利要求1所述接入系统的译码方法，在接收端根据接收到的混叠编码包，完 成各用户编码包的检测分离和译码；该译码方法如下接收机接收到来自信道的，源源不 断的，各个用户相互混叠且加上了噪声的编码包，各用户的信号分离及译码同时进行，对于 用户k(k二 1，2， ...， K)，其判决译码器-k采用和编码器-k相同的随机数生成器，所以可 以准确的重构该码的Tanner图，按照如下步骤进行信号分离和译码(A) 接收机首先接收到N = m个来自信道的混叠编码包。附(B) 接收机再接收AN个混叠编码包，令N二N+AN，此时的码率为及T7。(C) 将接收到的编码包送入解映射及译码软信息估计器-k，采用基于无速率码的多用户随机接入系统的译码软信息估计方法，在当前码率R下进行运算，利用除了判决译码 器-k之外其余各用户的判决译码器的输出软信息(初始化时为O)，更新估计软信息。(D) 将由解映射及译码软信息估计器_k更新得到的估计软信息作为判决译码器_k的 输入，在重构的当前码率R下的Tanner图上运行BP (Belief-Propagation)译码算法，完成 一轮迭代译码运算，并更新判决译码器_k的输出判决结果信息和输出软信息。(E) 利用判决译码器_k的输出判决结果信息判断译码结果是否满足Tanner图中校验 节点所限制的校验关系，或者迭代次数已经达到所限定的最大次数，如果满足上述两个条 件之一，则转入步骤6);否则转入步骤3)。(F) 利用各个包内的循环冗余校验码判断数据包是否都译码正确，如果都正确，转入步 骤7);否则转入步骤2)。(G) 译码结束，接收机发送一个信号告知用户k的发送机停止发送。4.根据权利要求3所述译码方法，其特征在于，所述步骤(C)中，所述基于无速率码的 多用户随机接入系统的译码软信息估计方法具体如下设接收机接收到来自信道的，源源不断的，各用户混叠且加上了噪声的编码包序列为X ={y(l)，y(2)，...，y(j)，...}:x/)j,co+c/) (j = i， 2， )其中，j为时隙标号，下标i为用户的编号(i = 1， 2， . . . K) ， & = {Xi (1) ， Xi (2)，...， Xi(j)， ...}为第i个用户经信道发送的源源不断的序列，h为信道参数，n= {n(l)， n(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈少磊，张朝阳，吴可镝，陈晓明，林泽，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[]