基于概率計算的高效迭代譯碼算法研究.pdf

1、未來移動通信系統(tǒng)將是以滿足社會對海量連接、海量數(shù)據(jù)以及綠色通信的需求為目標。為了實現(xiàn)這一目標，非正交多址接入技術(shù)將代替第四代移動通信系統(tǒng)采用的正交頻分復(fù)用多址接入技術(shù)提高系統(tǒng)的頻譜效率，提升系統(tǒng)的連接能力。稀疏碼分多址接入（SCMA）技術(shù)是一種非正交的多址接入技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者均認為其會成為下一代移動通信系統(tǒng)的多址方式來滿足海量連接需求。在未來的移動通信中，高階調(diào)制成為一種實現(xiàn)超高速率通信手段，然而，目前存在的性能最優(yōu)的SCMA檢測算法的

2、計算復(fù)雜度具有隨著調(diào)制階數(shù)呈指數(shù)增長的缺陷，這將成為SCMA技術(shù)最終成為標準的一個亟待解決的問題。特別是為了實現(xiàn)綠色通信，在未來大鏈接和低功耗場景下的通信系統(tǒng)如何實現(xiàn)將是一個巨大的挑戰(zhàn)。
　　本文以應(yīng)付未來大鏈接和低功耗場景的移動通信系統(tǒng)為研究目標，針對Turbo碼編碼的SCMA系統(tǒng)提出了低復(fù)雜度和低功耗的多種檢測譯碼算法。本論文的主要創(chuàng)新點包括：
　　1.提出了一種收斂快速和硬件開銷低的概率Turbo譯碼算法。針對目前傳統(tǒng)

3、概率 Turbo譯碼器由于縮放概率加法器的引入而導(dǎo)致的收斂速度緩慢的問題，提出了一種無符號的全飽和進位的概率加法器加速了譯碼器的收斂速度；針對指數(shù)域概率Turbo譯碼算法中概率歸一化單元復(fù)雜度高和精度低的缺陷提出了一種高精度、快速收斂和低復(fù)雜度的新型概率歸一化單元。所提出的新型概率Turbo譯碼算法較目前最優(yōu)的概率Turbo譯碼器的收斂速度提高了約7倍，并且硬件開銷僅為指數(shù)域概率Turbo譯碼器的55％。
　　2.針對傳統(tǒng)SCMA

4、檢測算法復(fù)雜度高的問題，提出了3種低復(fù)雜度的檢測算法。首先，提出了基于Gibbs采樣方法的JUP-MCMC檢測算法克服了傳統(tǒng) SCMA檢測算法的計算復(fù)雜度隨著調(diào)制階數(shù)呈指數(shù)增長的弊端，所提出的JUP-MCMC算法在調(diào)制階數(shù)為64時，其計算復(fù)雜度僅為傳統(tǒng)算法的4%，并且利用多段分解的概率乘法器實現(xiàn)的 JUP-MCMC算法能夠進一步降低35%左右的硬件開銷。然后，提出了基于概率計算的SCMA檢測算法，包括二元概率SCMA檢測算法和多元概率S

5、CMA檢測算法，所提出的概率 SCMA檢測算法能夠在不損失檢測性能的條件下，硬件開銷僅分別占傳統(tǒng)算法的9.88%和10.85%。
　　3.提出了聯(lián)合檢測譯碼算法及其基于概率計算的實現(xiàn)方案。針對傳統(tǒng)的迭代檢測譯碼算法收斂速度緩慢、計算復(fù)雜度高以及與正交多址接入方案仍有不小差距的問題，提出了基于聯(lián)合因子圖的聯(lián)合檢測譯碼算法，所提出的算法在適當增加計算復(fù)雜度時能夠逼近正交多址接入方案的系統(tǒng)性能；同時，聯(lián)合檢測譯碼算法具有更快的收斂速度，