稀疏码多址接入系统中码本设计研究

发布时间：2020-04-14 01:08

【摘要】：未来第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communication System,5G)中的海量机器类通信(Massive Machine Type Communications,mMTC)场景要求同时实现海量的设备接入量。在该场景下,面对频谱资源匮乏困境,传统的正交多址接入技术(Orthogonal Multiple Access,OMA)显得力不从心,于是,非正交多址接入技术(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)成为解决该困境的关键技术。中国华为公司提出的稀疏码多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)技术是众多NOMA方案中具有竞争力的一种。SCMA技术将用户的比特数据直接映射成为事先设计好的SCMA码本中的高维码字符号,接收端利用码字符号的稀疏性,采用基于因子图的消息传递算法(Message Passing Algorithm,MPA)进行多用户检测,该算法在极大降低译码复杂度的条件下可取得逼近最大后验概率(Maximum a Posteriori,MAP)的性能。然而,在SCMA系统中,设计一个优良的SCMA码本可在不牺牲物理资源的条件下来有效地提升系统的性能。为此,本文针对SCMA系统中的码本优化设计展开深入地研究。具体内容如下:1.基于母星座星座点间功率差异化的SCMA码本设计。首先在固定最小欧氏距离以及初始相位的条件下设计出具有最小能量的4层圆周结构的振幅相移键控(Amplitude Phase Shift Keying,APSK)星座;随后利用所设计的APSK星座上处于各层圆周上的星坐点间的功率差异性的特点来设计SCMA母星座,从而使得SCMA母星座中,不仅处于不同维度上的星座点间存在功率差异,而且处于相同维度上的不同星座点间亦存在功率差异,然后,将与所设计的APSK星座中的4个子星座对应的相位作为旋转操作因子并结合置换操作来设计操作因子矩阵;最后将操作因子矩阵与映射矩阵结合,对母星座进行映射,以得到多用户SCMA码本。仿真结果表明,所提方法设计的SCMA码本性能优于经典的SCMA码本以及LDS码本。2.融合星座旋转与Q路坐标交织的SCMA码本设计。首先通过旋转基准星座和母星座,实现了母星座在各个维度上投影点间的最小欧氏距离以及叠加在单个资源块上的总星座中与各用户对应的星座图上星座点间的最小欧氏距离的最大化,以提升SCMA码本在高斯信道下的性能;进而在保持总星座上星座点间最小欧氏距离不变的条件下,通过旋转叠加在单个资源块上多个用户的总星座,优化了叠加在单个资源块上的与各用户对应的星座图中星座点间最小乘积距离和信号空间分集(Signal Space Diversity,SSD)阶数,最后结合Q路坐标交织技术获得额外的分集增益,以提升了系统抗信道衰落的能力。仿真结果表明,所提的SCMA码本设计方法设计出的SCMA码本性能优于官方码本以及低密度符号多址接入(LowDensity Signature Multiple Access,LDS)码本。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5

【参考文献】