基于串行策略的SCMA多用户检测算法
第38卷第8期 电 子 与 信 息 学 报 Vol.38No.8 2016年8月 Journal of Electronics & Information Technology Aug. 2016
基于串行策略的SCMA 多用户检测算法
杜 洋*
董彬虹 王显俊 党冠斌 高鹏宇
(电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室 成都 611731)
摘 要：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。 关键词：稀疏码多址接入；多用户检测；消息传递算法；串行策略
中图分类号： TN929.5 文献标识码： A 文章编号：1009-5896(2016)08-1888-06 DOI : 10.11999/JEIT151259
Multiuser Detection Scheme for SCMA Systems Based on Serial Strategy
DU Yang DONG Binhong WANG Xianjun DANG Guanbin GAO Pengyu
(National Key Laboratory of Science and Technology on Communications , University of Electronic
Science and Technology of China , Chengdu 611731, China )
Abstract : Sparse Code Multiple Access (SCMA) is a promising air-interface technology for 5 G wireless communication networks, which can enable massive connectivity. The existing multiuser detection schemes are based on a parallel message updating for Message Passing Algorithm (MPA), thus it is not efficient in terms of convergence. In this paper, an efficient multiuser detection scheme for uplink SCMA is proposed based on serial
updating of function nodes ,
messages. Compared to the existing detection schemes, the proposed scheme accelerates the convergence due to that the updated messages can join the belief propagation immediately in current iteration, which avoids being used in the next iteration. Furthermore, the proposed scheme can reduce the storage burden, which fuses message passing process on the basis of the relationship between messages. Numerical results show that the proposed scheme can offer a good trade-off between complexity and Bit Error Rate (BER) performance.
Key words : Sparse Code Multiple Access (SCMA); Multiuser detection ；Message Passing Algorithm (MPA); Serial updating
1 引言
目前，全球第4代(4 G)移动通信网络建设方兴未艾，面向2020年及未来的第5代(5 G)移动通信的研究已在全世界范围内开启[1]。与4 G 相比，5 G 需
收稿日期：2015-11-09；改回日期：2016-03-28；网络出版：2016-05-09 *通信作者：杜洋 yangdu1988@https://www.wendangku.net/doc/7e10987856.html,
基金项目：华为创新研究计划(YB2015040056)，国家自然科学基金(61201126)，新世纪优秀人才支持计划(NCET-11-0058)，四川省青年科技基金(2012JQ0020)，国家级重点实验室基金(150C02006) Foundation Items: Huawei HIRP Project (YB2015040056), The
National Natural Science Foundation of China (61201126), New Century Excellent Talents in University (NCET-11-0058), Sichuan
Youth Science and Technology Fund (2012JQ0020), Open Research Fund of the National Laboratory (150C02006)
提供更高的频谱效率以及更多的用户连接数。为解决这些需求，5 G 就需要高效的多址接入技术，而这些多址接入技术正经历着从正交多址到非正交多址技术的演变[2,3]。
码分多址接入(Code Division Multiple Access, CDMA)[4,5]是当前以及未来物理层中一类极具潜力的空口技术。作为一种特殊的CDMA ，低密度信号(Low Density Signature, LDS)的CDMA 技术已经被提出来，用以解决海量连接的系统过载情况[68] 。最近几年，LDS-CDMA 技术进一步发展，将高维调制与稀疏扩频融合在一起，直接把比特数据流映射为预先设定码本里的复数域多维码字，演进为性能更好的稀疏码多址接入(Sparse Code Multiple