本發明涉及信號檢測，尤其是一種多天線正交時頻空稀疏碼分多址系統信號檢測方法。

背景技術：

1、正交時頻空(orthogonal?time-frequency-space,otfs)調制通過在時延-多普勒域中復用信息符號，能夠將時變多徑信道轉化為時不變的二維時延-多普勒信道，從而在高速移動環境下顯著提升誤碼率性能。多輸入多輸出(multi-input?multi-output,mimo)技術通過利用多個天線進行并行傳輸和接收，顯著提升系統容量、吞吐量和鏈路可靠性，是現代通信系統中的關鍵技術。稀疏碼多址接入(sparse?code?multiple?access,scma)是一種高效的多用戶接入技術，通過設計稀疏碼字實現用戶間的高效復用，提升頻譜利用率。在多用戶場景中，scma通過不同的稀疏碼區分多個用戶，支持大規模連接需求。將otfs與mimo結合，能夠進一步提高頻譜效率和傳輸可靠性，而scma的引入則有效解決了otfs在大規模連接場景中的容量限制。

2、現有技術的多天線正交時頻空稀疏碼分多址方案中，多個用戶使用不同的稀疏碼本進行編碼，利用otfs對碼字向量進行調制，調制后的發送信號在信道中傳輸后達到接收端。接收端接收多個用戶經信道傳輸后的疊加信號，在時延-多普勒域中對信號進行聯合otfs和scma檢測，得到多個用戶的發送碼字，從而完成多用戶檢測。

3、現有的信號檢測主要包括最大后驗檢測器、線性檢測器、以及基于高斯消息傳遞gamp和基于因子圖的近似期望傳播gaep的檢測算法、基于期望傳播ep的信號檢測算法。然而，最佳的最大后驗檢測器由于其復雜性隨著系統維度呈指數級增長，實際上難以實現。現有的線性檢測器，如迫零和線性最小均方誤差檢測器，盡管計算復雜度較低，但會導致顯著的性能損失。基于高斯消息傳遞gamp和基于因子圖的近似期望傳播gaep的檢測算法，雖然能夠實現較優的多用戶檢測性能，但其計算復雜度依然較高。此外，基于期望傳播ep的信號檢測算法雖然在性能上表現良好，但由于多天線正交時頻空稀疏碼分多址系統中的等效信道矩陣維度較高，該算法在處理過程中涉及的矩陣求逆操作的復雜度限制了系統的整體性能。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明提供一種多天線正交時頻空稀疏碼分多址系統信號檢測方法，本發明能夠利用多天線正交時頻空系統中時域等效信道矩陣和稀疏碼分多址碼本的稀疏性，降低信號檢測算法實現的復雜度。

2、本發明的技術方案為：一種多天線正交時頻空稀疏碼分多址系統信號檢測方法，包括如下步驟：

3、s1)、對每個用戶的原始比特流進行初始化處理，得到時延多普勒域和時域的發送信號向量、接收信號向量、等效信道矩陣，以及變換矩陣；

4、s2)、基于后驗概率，使用非歸一化高斯分布對時域發送信號向量的先驗分布進行近似，設置可迭代更新的參數，并進行參數初始化；

5、s3)、基于一階矩、二階矩參數和時域接收信號向量和時域等效信道矩陣，獲取時域空腔分布的均值向量和方差向量；

6、s4)、對時域空腔分布的均值向量和方差向量進行變換，得到時延多普勒域空腔分布的均值向量和方差向量；

7、s5)、基于時延多普勒域空腔分布的均值向量和方差向量，得到時延多普勒域后驗分布的均值向量和方差向量；

8、s6)、對時延多普勒域后驗分布的均值向量和方差向量進行變換，得到時域后驗分布的均值向量和方差向量；

9、s7)、基于矩匹配方法對時域先驗一階矩和二階矩參數進行更新；

10、s8)、重復步驟s3)-s7)，直至達到預設迭代次數，得到原始比特流的檢測結果。

11、作為優選的，步驟s1)中，具體包括如下步驟：

12、s11)、對每個用戶的原始比特流進行調制和向量化，得到時延多普勒域發送信號向量；

13、s12)、對時延多普勒域發送信號向量進行逆辛有限傅里葉變換和海森堡變換，采用矩形波進行脈沖成形，得到時域發送信號向量；

14、s13)、基于信道構建時域等效信道矩陣，對時域等效信道矩陣和時域發送信號向量進行矩陣乘積運算，得到時域接收信號向量；

15、s14)、采用矩形波進行接收匹配脈沖對時域接收信號向量進行維格納變換和辛有限傅里葉變換，得到時延多普勒域接收信號向量；

16、s15)、基于稀疏碼分多址碼字的稀疏性，得到原始時延多普勒域和時域的發送信號向量、接收信號向量的非零位置索引；

17、s16)、基于信號中非零元素的位置索引，得到時延多普勒域和時域的發送信號向量、接收信號向量、等效信道矩陣，以及變換矩陣。

18、作為優選的，步驟s11)中，根據原始比特流從每個用戶的scma碼本中選擇相應的碼字進行scma編碼，得到scma編碼后的數據符號；并將將scma編碼后的數據符號沿時延軸放置在時延多普勒域網格上得到時延多普勒域信號矩陣。

19、作為優選的，步驟s12)中，所述的逆辛有限傅里葉變換對時延多普勒域信號矩陣的列進行m點離散傅里葉變換，對行進行n點離散逆傅里葉變換，以將時延域轉換到頻域，將多普勒域轉換到時域；所述的海森堡變換將時間頻率域二維信號矩陣換到時域向量并應用矩形脈沖成形。

20、作為優選的，步驟s3)中，獲取時域空腔分布的均值向量和方差向量，具體包括如下步驟：

21、s31)、基于一階矩、二階矩參數和降維后的時域接收信號向量和等效信道矩陣，獲取時域后驗均值向量和方差矩陣；

22、s32)、基于時域后驗方差矩陣和時域等效信道矩陣，獲取目標求逆矩陣的稀疏結構；

23、s33)、基于目標求逆矩陣的稀疏結構，對目標求逆矩陣進行稀疏反向卡希爾-麥基排序得到準帶狀矩陣，對準帶狀矩陣采用科列斯基分解，對分解后的下三角矩陣進行求逆，相乘后重排序得到目標求逆矩陣的求逆結果；

24、s34)、基于時域后驗均值向量和方差矩陣，獲取時域空腔分布的均值向量和方差向量。

25、作為優選的，步驟s5)中，計算時延多普勒域后驗分布的均值向量和方差向量，具體包括如下步驟：

26、s51)、基于時延多普勒域空腔分布的均值向量和方差向量，得到時延多普勒域中稀疏碼分多址符號的后驗概率；

27、s52)、基于時延多普勒域中稀疏碼分多址符號的后驗概率，得到時延多普勒域后驗分布的均值向量和方差向量。

28、本發明的有益效果為：

29、1、本發明利用稀疏碼分多址碼本的稀疏性對時域和時延多普勒域信號進行降維處理，采用高斯分布近似時域信號的先驗分布，在時域和時延多普勒域中僅通過均值和方差傳遞信息，降低了算法復雜度；

30、2、本發明在時域，通過獲取信號的空腔分布實現初步檢測；在時延多普勒域，基于稀疏碼分多址碼本計算信號的后驗概率；

31、3、本發明基于多天線正交時頻空稀疏碼分多址系統中的變換關系，實現時域與時延多普勒域之間的信息交換；

32、4、本發明利用多天線正交時頻空稀疏碼分多址系統中時域矩陣的稀疏結構，降低了迭代算法中所需矩陣求逆的復雜度，實現了低復雜度的基于期望傳播的信號檢測算法。