SCMA译码器研究与实现

摘要

移动通信经过三十年的快速发展，逐渐演化成为社会发展必不可少的工具。面对着新兴移动业务的流量需求，第五代移动通信系统应运而生。在憧憬着万物互联的新时代的同时，未来5G技术也面临着新的发展和挑战。多址接入技术是无线通信物理层最核心技术之一，传统的正交多址接入技术已经不能满足5G中大容量，海量接入等需求，稀疏多址码接入技术(SCMA)应5G需求设计产生。SCMA使用稀疏码本实现过载，有效的提高了频谱利用率，且可以通过设计良好的多维星座图和 SCMA用户码本来提高系统性能。在接收端通过消息传递算法(MPA)进行译码，对译码算法进行改进也可降低多用户检测算法的复杂度。
　　本文首先对SCMA的基本架构和基础原理进行了研究，介绍了SCMA的系统模型和编码原理，其中重点研究了三种 SCMA码本设计方法，包括基于方形QAM星座图码本设计、基于星形QAM星座图码本设计以及基于星座旋转交织码本设计方式，并对不同生成码本在相同仿真条件下进行性能仿真和比较。
　　接下来研究了SCMA译码算法，由于传统的消息检测算法涉及到大量的非线性指数运算，在其基础上提出了低复杂度的Max-Log-MPA译码算法，在1/2Turbo码率下仅有0.5dB左右的性能损失。本设计还在基于Turbo迭代联合译码下，提出了基于MPA(Max-Log-MPA)与Turbo的联合迭代多用户译码算法，并完成了其性能仿真。
　　最后在基于本文理论基础上,在 FPGA上完成了基于 Max-Log-MPA检测的SCMA译码的系统验证与硬件实现，硬件实测结果与软件性能仿真结果一致，且在 SCMA译码模块工作在240MHz时钟频率下，译码模块的吞吐率可以达到720Mbps。

目录

声明

缩略词表

第一章 绪论

1.1 5G移动通信系统研究背景与意义

1.2 SCMA研究背景与现状

1.3论文内容与安排

第二章 SCMA基本原理

2.1 SCMA系统概述

2.2 SCMA系统模型

2.3 SCMA编码原理

2.4 SCMA码本设计

2.5本章小节

第三章 SCMA译码器算法研究

3.1 MPA译码算法

3.2 MAX-LOG-MPA译码算法

3.3 Max-log-MPA译码定点算法

3.4基于Turbo-MPA联合译码的SCMA译码器

3.5本章小节

第四章 Max-log-MPA译码算法硬件设计

4.1 Max-log-MPA译码器硬件设计

4.2资源利用及译码性能

4.3系统控制

4.4本章小节

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间获得成果