非正交多址中的SCMA技术研究

发布时间：2020-10-27 19:14

　　 自20世纪80年代诞生至今,移动通信系统历经四代发展与变迁,多址接入技术也随之不断变革。在万物互连的5G时代,非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NMA)技术能够大幅提升频谱效率并增加有限资源下的用户连接数,因而比传统的正交多址接入技术更受青睐。稀疏码多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)是NMA中的代表性技术,其不仅让通信系统的容量与频谱效率大幅提升,且能使系统引入免调度的竞争接入机制。本文在介绍了SCMA的研究背景、性能优势、技术原理的基础上,重点分析了过载率对上行SCMA系统的具体影响,并提出了两种新型上行SCMA系统接收机。本文主要贡献如下:1)针对5G时代大量用户同时接入带来的过载问题,分析了过载率对上行SCMA系统检测性能、传输速率的影响。SCMA的技术特性使其更适用于移动通信系统的上行链路,而5G时代无处不在的接入需求,使得SCMA要承受过载传输的考验。因此,本文从两个方面对上行SCMA系统的过载性能进行了研究:一是从误码率性能与计算复杂度两个角度,分析了过载率对系统多用户检测的影响,并给出了过载率与系统检测计算量的定量关系;二是通过建立过载率与系统平均和速率的关系模型,分析了过载率对系统传输速率的具体影响。随后,通过仿真验证了所作分析的合理性与准确性。2)针对现有接收机存在先验误差、复杂度高的问题,提出了两种新型上行SCMA系统接收机。由于其非正交特性,上行SCMA系统中用户信息之间存在较大干扰,接收机性能的重要性不言而喻。目前上行SCMA系统一般采用消息传递算法(Message Passing Algorithm,MPA)接收机,本文对其原理进行了详细介绍,指出其在多用户检测方面存在的不足,即存在先验误差且计算量庞大。随后,本文对MPA进行更新策略和计算方式两方面的优化,得到新型检测算法L-S-MPA;并结合SCMA的码本特性对软MMSE进行改进,得到另一种新型检测算法G-MMSE。在此基础上提出了两种基于联合检测思想的新型上行SCMA系统接收机,称之为R-MPA接收机和G-M-MPA接收机。理论分析和仿真结果表明,与传统MPA接收机相比,所提两种接收机检测精度更高而实施复杂度更低。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：

杭州电子科技大学硕士学位论文'' ' '2 2( 1) , [1, ]n rrn k n d kM d M ， ，M’代表用户扩频序列的长度，dr’代表一个 OFDM 子载波上承载的用户这一优化操作的示意图如图 2.7 所示。结果如图 2.8 所示，可以看出 SCMA 系统的检测误码率性能明显优于 L随着系统过载率的增大，SCMA 系统的性能优势逐渐增大。

噪声设定为高斯白噪声。图 3.6 不同过载率下上行 SCMA 系统的检测误码率仿真实验的结果如图 3.6 与图 3.7 所示：图 3.6 展示了过载率与系统检测误码率的相互关系，图 3.7 则展示了过载率对系统检测运算量的影响。在图 3.6 中，在 BER 达到 10-4时，OF由 100%增至 150%，SNR 要求增大约 3.5dB；OF 由 100%增至 150%，SNR 要求增大约 5.5dB。这意味着若传输信号的 SNR 给定，上行 SCMA 系统的 OF 增大时，接收信号的误码率也随之增大。而图 3.7 直观反映出

图 3.7 不同过载率下上行 SCMA 系统检测运算量果表明随着系统过载率的增大，上行 SCMA 系统的检测误码率性能逐渐衰度大幅度增大。这也验证了第 3.3 节所做分析的合理性。率与平均和速率证第 3.4 节的分析，本节进行了两种过载传输场景下的上行 SCMA 系统统模型采用 3.2 节所示模型，仿真设置如表 3.4 所示，实验结果如图 3.8 所值等于用户传输 SNR。表 3.4 仿真设置 3-2场景 系统 J K OF d0α1 OFDMA 4 4 - 3 42 SCMA 6 4 150% 3 43 SCMA 8 4 200% 3 4.8可以看出，当该上行SCMA系统的过载率大于100%时，其ASR明显大于
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本文编号：2858932