基于免信令传输机制的上行SCMA系统研究

发布时间：2020-07-03 02:28

【摘要】：自3GPP国际电信标准组织发布“独立版本的Release 15(R-15)”标准以来,作为第一阶段功能完整并具有独立部署能力的全新架构,非正交多址接入技术已纳入标准化制定范围。稀疏码分多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)是应第五代移动通信技术(The Fifth Generation of Mobile Communication Systems,5G)需求而设计的非正交多址接入技术之一。针对R-15版本标准中三大测试环境之一的低时延、高可靠通信场景,以及在无线接口功能模块中提到的应至少在该场景中实现上行免信令用户接入模式,本文研究上行免信令SCMA系统中导频序列设计及码本预分配算法,和接收端快速收敛的多用户检测算法,具体工作内容如下:在导频设计与活跃用户检测模块,针对由导频序列构成的压缩感知观测矩阵,提出两种基于观测矩阵优化导频序列的方案:方案一利用了ZC序列良好的相关性,为注册用户动态的分配根序列资源并调整序列长度,保证不同稀疏度或用户数情况下稀疏检测算法均有较高的检测性能。由于ZC根序列数量的限制,该方案可能会造成相邻小区导频的碰撞;方案二则通过优化Gram矩阵,降低了观测矩阵列向量间的互相关性,不存在导频数量限制的问题,但检测效果略低于方案一。随后本文提出基于动态观测矩阵的块稀疏正交匹配追踪(DSM-based BOMP)算法,验证了动态导频设计的活跃检测性能均优于高斯随机导频序列和固定长度的ZC序列,且稀疏信道估计后的译码BER性能接近完美信道估计。利用上一模块得到的活跃用户信道质量信息,针对传统码本预分配算法没有考虑稀疏过载造成的小区同频干扰的问题,提出基于干扰图的改进码本预分配算法。该算法利用穷举搜索得到码本分配的最优解,使得系统容量最大化。由于簇内用户数较多时,该算法时间复杂度过高,本文又提出一种次优的干扰图算法,并仿真验证了所提干扰图算法的系统容量相比传统预分配算法均有较大的提升。在上行SCMA译码部分,本文提出了正交分组混合MPA译码(MPA Decoding Based on Orthogonal Grouping,GMPA)和基于干扰图的置信度排序算法(Group MPA Decoding Based on Interference Graph Sorting,IS-GMPA)两种快速收敛译码算法。GMPA算法利用部分节点间的正交性,采用串并结合的方式进行消息更新;IS-GMPA算法加入了置信度排序过程,通过干扰图对组内用户SINR值进行排序,优先更新置信度高的用户。仿真证明所提码本预分配算法对译码BER性能有明显改善,IS-GMPA算法相比GMPA和传统MPA算法分别减少1和2次迭代次数。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5
【图文】：

图 2-2 免信令上行 SCMA 整体链路模型基站终端上行调度请求上行调度许可缓存状态报告上行调度许可上行数据确认字符SR SG BSR SG data ACKa) 传统的信令交互过程基站终端同步data ACK用户数据盲检测

( )F _ group1,N。图2-5 采用CSI码本预分配算法与随机分配算法系统容量对比由于每个用户在初始接入的时隙都需要盲检测，接收机在判定该用户为活跃用户后对其进行资源的预分配，在随后的连续时隙内，用户均依照预分配的资源竞争接入系统。图2-5为SCMA单蜂窝小区中，过载率为150%时六个用户基于CSI码本预分配算法与随机码本的系统容量对比，可以看出基于CSI的码本预分配算法能够使用户和码本资源合理匹配，从而提升总的系统容量。但这种算法并没有考虑非正交多址接入带来的用户间同频干扰问题，因而不能使系统容量最大化。在第四章我们将重点研究用户间干扰存在时的码本预分配问题，并提出基于干扰图的码本预分配算法

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本文编号：2739038