基于5G无线通信的稀疏码多址接入系统设计

在4G通信系统中的正交频分多址技术之后,非正交多址接入技术被认为是5G发展的新趋势。它满足了5G无线通信系统对高速度和低传输延迟的要求,打破了频谱资源有限的问题。正交频分多址技术虽然抗载波间干扰能力、抗信道衰落能力较好,但频谱资源的低利用率难以满足海量用户的需求。本研究针对非正交多址接入技术系统,优化了接收端消息传递算法的时间复杂度性能。相比传统的稀疏扩频技术,本研究所设计的稀疏码多址接入技术在误码率、频谱效率、用户数量和频带利用率等关键性能指标上均有显著优势。

基于稀疏码多址接入技术的可见光通信系统性能研究

5G新技术应用于可见光通信(Visible Light Communication,VLC)场景对系统容量以及频谱效率有了更高的要求,稀疏码多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)技术作为一种新型的非正交多址接入(Non-Orthgonal Multiple Access,NOMA)技术可作为解决方案。针对上述方案,搭建了VLC-SCMA系统,使得系统在相同的频谱资源下能够拥有更大的系统容量和频谱效率,同时为了降低系统复杂度,加快接收端进行多用户检测时的收敛速度,提出了基于串行改进下的部分外部信息传递的消息传递算法(Message Passing Algorithm Based on Serial Strategy for Partial External Information Transmission,SPEIT-MPA)。通过在迭代过程中设置门限值过滤掉携带信息量较少的外部信息点,利用串行改进使得算法迭代过程进一步简化。在VLC-SCMA系统中的仿真结果表明,对比原始算法,新算法可以在保证误码率(Bit Error Rate,BER)性能损失较少的前提下拥有更快的收敛速度,且算法复杂度随着信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)的增大明显降低。

基于5G的稀疏码多址接入系统设计

基于稀疏码多址接入系统(SCMA)的基本原理,分析系统的关键技术组件,包括稀疏码、多址接入和调制解调技术,并围绕码本优化、SCMA编码、信道传输模拟等设计了基于第五代移动通信技术(5G)的稀疏码多址接入系统。经过仿真测试,该系统性能优良,能够满足不同规模通信场景的需求。

稀疏码多址接入系统中基于分层编码的多播资源分配算法

稀疏码多址接入(sparse code multiple access,SCMA)技术被认为是一种能有效提高频谱效率的技术。将稀疏码多址接入技术应用于无线多播通信中可以扩展多播系统的容量。对多播系统的容量进行了推导,采用分层编码技术应用在SCMA系统的多播传输中,使得系统容量不再受限于多播系统中最差用户的信道质量,采用资源分配算法来最大化多播系统容量。为了减少最优化问题的计算复杂度,又提出了快速次优化算法(fast suboptimal algorithm,FSA),该算法分为码本分配和功率分配2个阶段。仿真结果显示,提出的快速次优化算法在SCMA系统中的多播系统功效要优于正交频分多址接入(orthogonal frequency division multiple access,OFDMA)系统中的多播系统功效。并且,在SCMA系统和OFDMA系统中,提出算法的系统功效都要远优于传统多播(conventional multicast,CM)策略的系统功效。

基于资源块星座图的稀疏码多址接入码本设计

针对基于多维母星座图的典型稀疏码多址接入(SCMA, sparse code multiple access)码本设计方法存在设计复杂度高和资源块上星座点之间的最小欧氏距离难以确定的问题,提出了一种基于资源块星座图的SCMA码本设计方法。所提方法通过将多维母星座图的设计转化为二维资源块星座图的设计,降低了星座图的设计复杂度;从资源块星座图出发的码本设计方法能最大化资源块上星座点之间的最小欧氏距离,较之由多维母星座图得到用户码本的设计方法性能更好。仿真结果表明,基于资源块星座图的SCMA码本设计方法相较基于多维母星座图的典型码本设计方法,系统的误比特率(BER, bit error rate)性能有较显著的改善。

一种稀疏码本多址接入码本优化设计方法

稀疏码多址接入(SCMA)作为一种具有竞争力的非正交多址接入(NOMA)技术,该技术通过高维调制与稀疏扩频的结合,有效地提升了系统的频谱效率。该文针对现有SCMA码本设计中存在的问题,提出一种同时适用于高斯信道和瑞利衰落信道的SCMA码本优化设计方法。在该方法中,首先通过旋转基准星座和母星座,实现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星座,优化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(SSD)阶数,最后结合Q路坐标交织技术获得额外的分集增益,以提升系统抗信道衰落的能力。仿真结果显示:在高斯信道和瑞利衰落信道下,该文设计的SCMA码本的性能均明显优于华为公司提出的SCMA码本和低密度扩频多址接入(LDS-MA)技术。

稀疏码多址接入多用户检测算法综述

稀疏码多址接入(SCMA)是一种非正交多址接入技术,具备高频谱效率和大连接特性。多用户检测是SCMA系统的关键问题,而如何降低检测算法的复杂度成为多址接入领域的研究热点。该文从影响算法复杂度的不同因素入手,分类综述了现有多用户检测算法并对几种典型算法进行了原理剖析和性能对比。同时,指出了SCMA多用户检测算法的改进思路。最后总结并探讨了SCMA检测算法未来的发展趋势和面临的挑战。

一种改进基于门限的稀疏码多址接入低复杂度多用户检测算法

稀疏码多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)作为一种基于多维码本的非正交多址技术,能有效满足5G的巨连接、高频谱效率和毫秒级时延需求。针对基于门限的消息传递算法(Message Passing Algorithm,MPA)存在低门限时误比特率(Bit Error Rate,BER)较高的问题,该文提出一种改进的SCMA多用户检测算法。所提出的算法在基于门限MPA的基础上,增加了对用户节点稳定性必要条件的判决,即只有符合门限条件并通过用户节点稳定性必要条件判决的用户才能被提前解码。这提高了提前判决码字的可靠性并减少了因变相硬判的检测机制造成的后验软信息损失。与基于门限的MPA相比,所提出的算法可使消息在低门限时迭代得更加充分,从而在低门限时仍然能够使SCMA用户获得较好的BER性能。仿真结果表明,在低门限时采用该文所提出的算法SCMA用户BER性能明显好于仅采用基于门限的MPA的BER性能。

基于主动禁忌搜索的稀疏码多址接入技术低复杂度检测算法

稀疏码多址接入技术(SCMA)是一种码域非正交多址接入技术(CD⁃NOMA),可支持海量用户在过载条件下的通信,因此被认为是未来第六代移动通信(6G)的候选多址接入方案。然而,由于SCMA检测的复杂度相对较高,因此,如何降低SCMA接收机的复杂度成为了SCMA研究中一个十分重要的问题。在SCMA的检测中引入了启发式算法中的主动禁忌搜索(RTS)算法,使得SCMA检测的复杂度得以大幅度降低。另外,在主动禁忌算法的基础上,还提出了一种基于外迭代的RTS检测算法(IRTS),在RTS算法外围引入迭代机制,使得算法性能更加优异。

基于合并码本的码字位置序号调制SCMA方案

为满足后5G及未来6G时代对通信系统可靠性及频谱效率(spectral efficiency,SE)的严苛要求,针对上行稀疏码多址接入(sparse code multiple access,SCMA)系统,提出了一种基于合并码本的码字位置序号调制SCMA方案。该方案在时域拓展码字位置,使得码字位置全填充且由其序号携带额外信息比特,并能通过改变码字位置数和序号调制阶数灵活调整系统的谱效。此外,设计了基于消息传递算法(message passing algorithm,MPA)的联合检测算法,并给出了合并码本设计准则。系统分析及仿真结果表明,相较于其他序号调制方案,所提方案更好地兼顾了可靠性与SE,在误比特率(bit error rate,BER)性能与鲁棒性方面都有优势。

卫星通信系统的稀疏码多址检测技术研究

对卫星通信系统中的SCMA检测算法进行研究,提出将码本优化分配与不完全迭代MPA算法联合检测,在提升系统性能的同时降低系统复杂度。同时,对SCMA检测算法的收敛性进行研究,提出改进的串并结合MPA算法,该算法能够加快系统收敛速度的同时降低处理时延,并且系统复杂度得到了降低。

高斯信道下SCMA简易码本设计

针对稀疏码多址接入(SCMA)码本设计复杂度高的问题,提出了一种基于高斯信道下的码本设计方案,先设计每个资源块上所有用户的总星座图,然后利用网格编码调制(TCM)中的子集分割法生成各用户对应的星座,结合低密度扩频序列生成星座矩阵,最后由星座矩阵对应生成用户码本。该方案不仅保证了用户之间的星座点间最小欧氏距离最大化,同时保证了用户自身星座点间最小欧氏距离最大化。仿真结果表明,应用所设计的码本,系统的BER低,且在高过载率条件下系统性能也表现良好。

基于SCMA和卷积编码的联合检测译码算法

随着卫星星座及卫星数量的不断增多,卫星测控中海量用户多址问题亟待解决。稀疏码分多址接入(sparse code multiple access,SCMA)技术能在有限信道资源上承载更多用户,有望解决大规模卫星的多址测控问题。针对传统的SCMA译码方式——消息传递算法(massage passing algorithm,MPA)译码性能不理想的问题,提出基于SCMA和卷积编码的联合检测译码(joint detection and decoding,JDD)算法,进行多轮对数似然信息的更新以及多卫星数据交叉提供概率域的迭代,以提高系统译码性能。分析和仿真结果表明,采用基于SCMA和卷积编码的JDD算法可有效提高天基测控系统用户容量,并保证在算法复杂度适中的情况下有效提高系统误比特性能。

基于混沌序列的SCMA码本设计及系统性能分析

稀疏码多址接入(SCMA)技术是新一代5G通信技术的多址技术方案之一。针对5G海量用户传输需求问题,提出了用户传输信息时采用logistic混沌序列代替原始系统中的随机序列来选择码本。在编码端利用基于网格编码调制(TCM)的子集分割法设计星座图,结合映射矩阵生成码本,用户信息经信道传输后在解码端通过消息传递算法(MPA)进行解码。仿真结果表明,利用混沌的伪随机序列选择码字,系统传输的误码率(BER)较低,且在高过载率情况下系统性能表现良好。

关于5G的非正交多址接入技术分析

5G技术创新将会出现在无线和网络两个层面,与传统方式不同的是,5G将不再以单一多址接入技术作为主要特征,其采用一组关键技术—非正交多址接入技术,内涵将更加宽泛。文章分析了当前5G研究中最热门的非正交多址接入技术、多用户共享接入技术和稀疏码多址接入技术3种非正交多址技术的本质思想,以及比较了它们各自的优势和存在的问题,并且在5G多址技术选取方面对3种非正交多址技术提出了选取依据。

SCMA系统中基于能效的码本和功率分配机制

在倡导绿色通信的未来,如何提高能效、降低功耗将成为非常重要的问题。针对基于稀疏码多址接入技术的单小区多用户上行蜂窝移动通信系统,在保障用户服务质量(quality of service, QoS)需求的前提下,以最大化系统上行能效为目标,提出了一种资源分配机制,主要包括码本和功率的分配。为了降低基站的负荷,减小网络信令开销,采用分布式、弱中心化的分配机制;在固定功率分配的情况下,采用最大化吞吐量准则的拍卖机制对码本进行分配;在固定码本分配的情况下,用户通过非合作博弈来获取自身的最大化能效。仿真表明,所提资源分配机制可以有效提高系统能效,同时可以降低系统功耗。

基于遗传算法的混叠式非正交多址接入方法

为了提高稀疏码多址接入(sparse code multiple access,SCMA)系统的资源利用率,提出一种基于遗传算法的混叠式非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)方法。该方法利用NOMA的过载特性,允许相同的资源单元同时混叠承载调度接入和随机竞争接入业务,从而实现了两种接入方式的细粒度融合。进而,设计基于遗传算法的混叠式NOMA资源分配算法,将两种接入方式的总容量作为优化目标以及遗传算法的适应度,通过交叉和变异操作的多次迭代来优化资源分配效果。仿真结果表明,所提方法相较于其他方法在各种场景下均能够获得更高的吞吐量性能,能够有效地联合支撑调度接入和随机竞争接入,提高NOMA系统的资源利用率。

一种基于误差补偿的部分码字SCMA检测算法

针对稀疏码多址接入(sparse code multiple access,SCMA)技术中多用户检测算法复杂度过高的问题,根据SCMA的非正交特性,提出了一种基于误差补偿部分码字球型译码的log-MPA检测算法(ECPC-log-MPA)。通过设置球型半径减少参与迭代的用户码字,并引入信道质量判决机制进一步降低log-MPA算法的计算复杂度;为降低log-MPA算法的误码率(bit error ratio,BER),引入误差补偿机制,采用稀疏度自适应匹配追踪(sparsity adaptive matching pursuit,SAMP)算法对误差进行估计,并对检测信号进行补偿。仿真结果表明,所提算法可以在保证误码率的同时有效降低计算复杂度,且算法的计算复杂度会随着信噪比(signal noise ratio,SNR)的增大明显降低。

基于变量节点串行策略的SCMA低复杂度译码研究

稀疏码多址接入(SCMA)技术作为5G无线通信网络的一个竞争性的非正交多址方案,具有广阔的应用前景。但目前基于SCMA的上行链路均采用泛洪方案的消息传递算法(MPA)进行译码,无论是检测的复杂度还是收敛速度都不甚理想。提出一种改变信息更新策略的串行消息传递算法——S-MPA(serial MPA),按照变量节点的次序进行消息处理和传递,每一个变量节点同时进行校验消息的接收和变量消息的发送。理论和仿真结果表明,该算法不仅能保持良好的性能,而且也有较低的解码复杂度。

一种基于球形译码改进的SCMA多用户检测算法

为进一步降低稀疏码多址接入(sparse code multiple access,SCMA)系统在译码中所采用的消息传递算法(message passing algorithm,MPA)的复杂度,对前人提出的部分外部信息传递的SCMA多用户检测算法进行深入研究,并利用球形译码原理对其进行改进。在更新功能节点时,首先对概率密度函数值大于某一门限的消息进行更新,然后再对消息中的可信部分进行更新,以此来再次减少外部信息数。仿真结果表明,当门限值较小时,比起原始的MPA和改进前的算法,在几乎不改变误比特率(bit error ratio,BER)和迭代收敛速率的情况下,改进算法的复杂度更低。