块衰落信道场景下基于索引调制和多级正交导频的无源随机接入方法、系统、设备及介质

本发明涉及无线通信，具体涉及一种块衰落信道场景下基于索引调制和多级正交导频的无源随机接入方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、无源随机接入是一种高效的多址接入技术，其适用于大规模机器类通信场景。在无源随机接入中，海量用户共享公共码本，基站接收端只需要解码消息列表而不需要识别发送用户的身份。

2、2022年，mohammadjavadahmadi等人在“unsourcedrandomaccesswitha massivemimoreceiverusingmultiplestagesoforthogonalpilots”(2022ieee internationalsymposiumoninformationtheory(isit),espoo,finland,2022,pp.2880-2885)中提出了一种适用于块衰落信道场景的基于多级正交导频的无源随机接入方案，称为msop-ura，其采用维度为l×l的哈达玛矩阵作为正交导频码本矩阵。在发送端，一个传输帧划分为g个时隙，活跃用户随机选择一个时隙传输数据包，数据包分为导频阶段和数据阶段，导频阶段传输信号由多级正交导频组成，数据阶段传输信号是编码调制后的发送信号。具体地，活跃用户发送的比特信息总长为b，其分为两部分：第一部分长度为b1的信息映射到时隙内传输的q级长为l的正交导频跳频模式；第二部分是长度为b2的有效负载信息。总长为b的信息添加bcrc长的循环冗余校验(crc)比特后通过(nc,b+bcrc)极化(polar)编码器得到长为nc的编码信息，进而经过正交相移键控(qpsk)后得到长为nc/2的星座点序列在数据阶段传输，则活跃时隙内发送的数据包总长t＝ql+nc/2。在接收端，解码方案包含四个步骤，具体如下：第一步采用基于能量的活跃导频检测通过已知的接收信号来检测活跃的正交导频码字；第二步利用活跃正交导频进行信道估计；第三步基于最大比合并得到对数似然比软信息，进而送入polar译码器进行译码并得到通过crc校验的信息集合；第四步执行信道重估计并通过串行干扰消除过程重构接收信号。迭代执行上述步骤即可恢复活跃用户的发送信息集合。但是由于用户仅在一个活跃时隙内传输数据，故无法利用信道分集增益降低每用户错误概率，也无法利用其他时隙中重复传输的正确估计信息集合来减少当前时隙未检测出的活跃用户数量进而减小多用户干扰。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种块衰落信道场景下基于索引调制和多级正交导频的无源随机接入方法、系统、设备及介质，通过串行干扰消除过程利用信道分集增益有效降低每用户错误概率，并通过减少当前时隙未检测出的活跃用户数量减小多用户干扰。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、块衰落信道场景下基于索引调制和多级正交导频的无源随机接入方法，包括以下步骤：

4、步骤1：将传输信息进行划分，划分出的序列通过索引调制技术分别映射到活跃时隙和选择的正交导频；

5、步骤2：编码并调制步骤1的传输信息得到数据信号，并使得到的数据信号在步骤1的活跃时隙传输；

6、步骤3：发送端将步骤1选择的正交导频和步骤2得到的数据信号进行拼接，再根据拼接后的结果计算接收端的接收信号；

7、步骤4：根据步骤3的接收信号在接收端进行活跃导频检测、信道估计并计算对数似然比软信息；

8、步骤5：根据步骤4得到的对数似然比软信息进行极性译码，得到正确估计信息集合并执行串行干扰消除过程；

9、步骤6：在接收端迭代执行步骤4、步骤5得到所有时隙的累计正确估计信息集合，根据步骤5得到的正确估计信息集合判断迭代停止条件。

10、所述的步骤1包括：

11、步骤1.1：将总共ka个活跃用户中用户k(k＝1,2,...,ka)的总长为b的传输信息比特uk分为长为b1的序列uk,1和长为b2的序列uk,2，满足b＝b1+b2，再将长为b1的序列uk,1分为长为b1,at的序列和长为b1,ph的序列满足b1＝b1,at+b1,ph；

12、步骤1.2：将步骤1.1的序列划分为ga组，即相应地，g个总时隙也被划分为ga组，每个组由g/ga个连续时隙组成；

13、步骤1.3：在步骤1.2划分的ga组中的第ga组中激活一个时隙使其处于活跃状态，时隙索引由通过索引调制映射获得，即其中，d(·)表示二进制转十进制操作，进而可以获得所有ga组激活的活跃时隙索引集合为且满足关系

14、步骤1.4：将步骤1.1的序列首先划分为qga组，即

15、步骤1.5：在步骤1.4划分的qga组中的第(ga-1)q+q组，通过索引调制技术将映射为正交导频矩阵的第列，其中，进而令选择的共qga个正交导频分别在由步骤1.3得到的ga个活跃时隙上的导频子时隙传输，每个活跃时隙有q级正交导频，在第ga个活跃时隙的第q级导频上，选择导频最后将k选择的qga个正交导频列的跳频模式表示为且满足关系b1,ph＝qgalog2l。

16、所述的步骤2包括：

17、传输信息比特uk首先通过循环冗余校验增加bcrc位校验比特，然后发送到(2(n1-ql),b+bcrc)的极性编码器生成码字，其中，n1表示每个时隙内的信道使用个数，再将生成的码字进一步通过正交相移键控获得数据信号最后将数据信号在由活跃时隙索引集合表示的ga个活跃时隙中的数据子时隙中进行重复传输。

18、所述的步骤3包括：

19、步骤3.1：若时隙g(g＝1,2,...,g)对应第ga个活跃时隙，即则将步骤1.5得到的正交导频和步骤2得到的数据信号进行拼接，得到拼接结果为若时隙g不活跃则得到拼接结果为xk,g＝0；

20、步骤3.2：将第g(g＝1,2,...,g)个时隙中从用户k到接收端的信道表示为其中m是接收端天线数，是小尺度衰落，γk是大尺度衰落且假设已知，功率分配设置如下：活跃时隙内每天线处导频信号对应接收功率设为ρ0＝ρpγk，数据信号对应接收功率设为ρ1＝ρdγk；若第g个时隙的活跃用户集为导频信号表示为满足则根据步骤3.1的拼接后结果计算时隙g的接收信号为其中第g个时隙第q级导频子时隙对应的接收信号为数据子时隙对应的接收信号为是均值为0方差为1的加性复高斯白噪声。

21、所述的步骤4包括：

22、步骤4.1：在第g(g＝1,2,...,g)个时隙的导频子时隙中，将步骤3.2的接收信号右乘正交导频矩阵的第l(l＝1,2,...,l)列al得到则其中ml,g,q表示第g个时隙第q级导频选择第l个正交导频列的用户个数，假设对应al不活跃，假设对应al活跃，再根据bl,g,q的统计特性及奈曼皮尔逊准则，获得活跃导频检测结果为集合其中γn(·)表示自由度为n的卡方分布的累积分布函数，是预设的虚警概率门限值；

23、步骤4.2：根据步骤4.1的活跃导频检测结果集合计算得到相对应的信道估计值为其中用户k在第q级导频选择第l个导频；

24、步骤4.3：在第g(g＝1,2,...,g)个时隙的数据子时隙中，根据步骤3.2的接收信号和步骤4.2的信道估计值计算得到其中第一项信号项的能量为第二项干扰项的能量为第三项噪声项的能量为再根据计算得到对数似然比软信息其中t＝1,...,n1-ql。

25、所述的步骤5包括：

26、步骤5.1：将步骤4.3的对数似然比软信息fk,g送入极性译码器中得到恢复出的传输信息序列为其中根据步骤1.3的映射关系得到活跃时隙索引集合为根据步骤1.5的映射关系得到跳频模式为当通过循环冗余校验并且步骤4.1中的时隙和步骤4.1中的活跃导频列同时满足时，将放入此次迭代的正确估计信息集合中，最后更新累计正确估计信息集合即

27、步骤5.2：在第g(g＝1,2,...,g)个时隙中，首先将根据步骤5.1得到的第g′(g′＝1,2,...,g,g′≠g)个时隙的累计正确估计信息集合表示为则根据步骤1.3的映射关系，中部分活跃用户在时隙g也处于活跃状态，然后将这些活跃用户对应的正确估计信息集合表示为

28、

29、步骤5.3：根据步骤5.2的集合更新累计正确估计信息集合即再结合步骤1～3的传输信息到拼接后信号的形成过程得到与相对应的发送信号矩阵为然后将时隙g内接收信号重新表示为并且通过最小二乘方法计算信道重估计值为最后将接收信号yg更新为

30、所述的步骤6包括：

31、将步骤5.3更新后的接收信号yg代入步骤4中进行计算并迭代执行步骤4、步骤5，当所有g个时隙中根据步骤5.1的计算结果都为空集时停止迭代，则所有时隙的累计正确估计信息集合记为

32、块衰落信道场景下基于索引调制和多级正交导频的无源随机接入系统，包括：

33、发送端模块，根据用户传输信息得到拼接后结果xk,g；

34、接收端模块，计算接收端的接收信号，并根据接收信号迭代执行检测过程得到所有时隙的累计正确估计信息集合。

35、块衰落信道场景下基于索引调制和多级正交导频的无源随机接入设备，包括：

36、存储器：用于存储实现所述的块衰落信道场景下基于索引调制和多级正交导频的无源随机接入方法的计算机程序；

37、处理器：用于执行所述计算机程序时实现所述的块衰落信道场景下基于索引调制和多级正交导频的无源随机接入方法。

38、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的块衰落信道场景下基于索引调制和多级正交导频的无源随机接入方法的步骤。

39、相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

40、1.相比于现有的msop-ura结构，本发明通过索引调制技术激活多个传输时隙，并且在这些时隙上重复传输数据，在时隙内部的检测过程中可以利用其他时隙所提供的先验信息，从而可以利用信道分集增益降低每用户错误概率性能。

41、2.相比于现有的msop-ura结构，本发明在当前时隙迭代检测过程中消除其他时隙中重复传输的正确估计信息集合，从而减少当前时隙未检测出的活跃用户数量，因此能够减小多用户干扰。

42、综上所述，本发明通过索引调制技术激活多个传输时隙，并且在这些时隙上重复传输数据，在时隙内部的检测过程中可以利用其他时隙所提供的正确估计信息集合，并在当前时隙迭代检测过程中消除其他时隙中重复传输的正确估计信息集合，可以利用信道分集增益并减少当前时隙未检测出的活跃用户数量，从而降低每用户错误概率性能并减小多用户干扰。