稀疏码多址接入以及在MIMO系统中的应用

摘要

随着无线通信技术的飞速发展，传统的正交多址接入已经不能满足海量用户接入的需求。非正交多址接入技术作为第五代移动通信的备选多址方案，由于可以在相同的时频资源上复用更多的用户数据而备受瞩目。稀疏码多址接入（Sparse Code Multiple Access，SCMA）就是非正交多址技术的一种。在发送端，SCMA将比特数据直接映射为从预先设定的码本中选择出来的复多维码字，不同层的码字在相同的资源上以稀疏扩频的方式进行非正交叠加；在接收端，利用码字的稀疏性对用户数据进行联合检测，然后通过信道译码解调出相应的比特数据。与正交多址相比，SCMA可以在相同的时频资源的情况下，极大地提高系统频谱效率。
　　本文首先介绍了SCMA的基本编码原理和一些关键技术，包括SCMA编码和复用方式、SCMA多维码本的设计、接收端经典的检测算法，并对两种经典的检测算法进行了仿真对比。
　　其次，基于以上研究给出了上行系统容量。在此基础上，针对容量最大化的码本和功率分配问题，介绍了一种基于信道状态信息的码本分配方案，但是该方案并没有考虑用户间干扰信息的影响。本文将用户间的干扰信息动态地考虑到分配过程中，提出了一种基于容量最大化的码本分配和功率分配方案，并且与几种经典分配方案进行仿真对比，仿真结果表明本文所提方案可以进一步提高系统容量。
　　最后，针对下行多用户多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）系统，本文对SCMA与多用户MIMO系统的结合进行了研究。基于非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA）在MIMO系统下的分簇模型，建立了SCMA系统的分簇模型并给出了系统容量；针对减少用户簇间干扰和提高系统容量的目标，介绍了两种簇间预编码方案和一种基于信道相关性的用户分簇方案，但是该分簇方案只适用于信道相关性高且每个簇中只有两用户的情况；提出了一种适用于相关信道用户和非相关信道用户的改进分簇方案，该方案不仅降低了分簇的复杂度，而且对每个簇多个用户的情况同样适用。

目录

声明

缩略词表

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文安排

第二章 SCMA编码和接收检测算法

2.1 SCMA编码原理

2.2 SCMA码本设计基本原则

2.3 SCMA接收检测算法

2.4本章小结

第三章 SCMA码本分配和功率分配方案

3.1 SCMA上行信道容量

3.2经典码本分配和功率分配方案

3.3容量最大化的SCMA码本分配和功率分配方案

3.4仿真结果分析

3.5本章小结

第四章 MIMO系统中的稀疏码多址接入

4.1下行多天线SCMA系统模型

4.2预编码方案

4.3用户分簇方案设计

4.4仿真结果分析

4.5本章小结

第五章 总结

5.1本文主要工作

5.2下一步工作

致谢

参考文献

个人简历

攻读硕士学位期间的研究成果