CN105681235B - 一种基于最大化最小乘积距离准则的64点scma码本设计方法 - Google Patents

一种基于最大化最小乘积距离准则的64点scma码本设计方法 Download PDF

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Abstract

一种基于最大化最小乘积距离准则的64点SCMA码本设计方法，本发明涉及64点SCMA码本设计方法。本发明是要解决SCMA对码本的设计复杂度高，难度大的问题，而提出的一种操作简单的基于最大化最小乘积距离准则的64点SCMA码本设计方法。该方法是通过一、选择星座图8PSK1和8PSK2；二、得到旋转之后的8PSK1和8PSK2星座图；三、得到两个对应的64点的SCMA星座图中每一个点的位置坐标；四、根据计算的Rij取乘积距离Rij的最小值；五、得到所有的最小乘积距离Rij的最小值；六：得到满足最大化最小乘积距离准则的一对64点SCMA码本等步骤实现的。本发明应用于64点SCMA码本设计领域。

Description

一种基于最大化最小乘积距离准则的64点SCMA码本设计方法
技术领域
本发明涉及64点SCMA码本设计方法，特别涉及一种基于最大化最小乘积距离准则的64点SCMA码本设计方法。
背景技术
稀疏码多址接入(SCMA)是一种新型的非正交多址接入方式，是华为针对高频谱利用效率而提出的一种高速传输技术，该空口技术已被列为5G移动通信候选标准，相比于传统的多址接入技术，它具有容量高时延小传输速率快等优点，抗多径能力强，同时也克服了CDMA远近效应的不足。与低密度信号(LDS)相比，SCMA加入了码本设计，从而获得了一定的码本增益，但与此同时，与传统的单一星座点设计所不同的是，SCMA系统需要通过多个资源上的码本进行联合解码得到信息，因此若想取得较好的性能，相应地在发射端SCMA系统也需要对多个资源上的码本进行联合设计，因此设计复杂度高，难度大，目前尚未提出最优化的码本设计方法，因此如何设计出性能更好的码本已成为SCMA面临的巨大挑战。
发明内容
本发明的目的是为了解决SCMA对码本的设计复杂度高，难度大的问题，而提出的一种操作简单的基于最大化最小乘积距离准则的64点SCMA码本设计方法。
上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：
步骤一、选择两个完全相同的标准8PSK星座图，分别为8PSK1和8PSK2；
其中，标准8PSK星座图中有8个星座点，8个星座点均在一个圆上，8个星座点中相邻两个星座点分别与原点连线的夹角为45°，星座点距离原点的距离表示调制后信号的幅值，星座点与原点间连线与横轴正半轴夹角表示调制后信号的相位；
步骤二、分别将两个星座图8PSK1和8PSK2旋转相同角度θ后，得到两个完全相同的旋转之后的8PSK1星座图和8PSK2星座图；
步骤三、根据两个旋转之后的8PSK1星座图和8PSK2星座图，计算得到两个对应的64点的SCMA星座图中每一个点的位置坐标；其中，每个对应的64点的SCMA星座图中有64个点，每个点的6个比特为B1、B2、B3、B4、B5和B6；两个对应的64点的SCMA星座图包括的第一个64点的SCMA星座图和第二个64点的SCMA星座图；
步骤四、根据步骤三得到的位置坐标计算第一个64点的SCMA星座图中任意两个相对应的点的欧氏距离Rij1和第二个64点的SCMA星座图中任意两个相对应的点的欧氏距离Rij2的乘积距离Rij：根据计算的Rij取乘积距离Rij的最小值；
其中，
Rij＝Rij1×Rij2
1≤i≤64,1≤j≤64,且i≠j,i和j分别为64点星座图中不同的星座点；
步骤五、将旋转角度θ从0°开始增加Δθ，将θ+Δθ重复步骤二～四，直至θ+Δθ为45°为止，得到所有的最小乘积距离Rij的最小值；其中，θ为0°～45°；Δθ为0.0001°～1°；
步骤六：对旋转角度θ值进行遍历，确定步骤五中所有的最小乘积距离Rij所对应的旋转角度θ中使Rij值最大的旋转角度值θmax；根据最大旋转角度值θmax得到满足最大化最小乘积距离准则的一对64点SCMA码本；
其中，一对的64点的SCMA码本包括码本1的64点的SCMA星座图和码本2的64点的SCMA星座图；码本1的64点的SCMA星座图是由8PSK1和8PSK2星座图旋转后的横轴坐标得到的；码本2的64点的SCMA星座图是由8PSK1和8PSK2星座图旋转后的纵轴坐标得到的。
发明效果
本发明采用了低阶星座点旋转映射模型，同时对多个资源上的码本进行了联合设计，提出能够得到满足最大化最小乘积距离准则的64点SCMA码本设计方案
本发明提出的设计方案操作简单，计算量小，直接通过低阶星座点旋转映射模型即可以得到高阶的星座图，并且得出的结果既考虑了汉明距离，又通过旋转角度的确定考虑了乘积距离。因此，本发明提出的设计方案在实现足够简单的情况下又保证了误码率性能。
采用本发明提出的最优角度搜寻方法，由于旋转45度后会重合，所以角度旋转范围为0°到45°，仿真中设定横轴为角度，纵轴为最小乘积距离，首先角度搜寻间隔为1度，可以看出满足最大化最小乘积距离的乘积距离的旋转角度在0°到10°以及35°到45°之间，且关于22.5°对称如图4。
接下来进一步增加角度搜寻范围，在0°到10°之间进行间隔为0.1°的搜寻，得到如下仿真图如图5。
经过不断减小角度搜寻间隔，在计算精度为小数点后4位时，确定符合最大化最小乘积距离的角度为4.8678°。
附图说明
图1(a)为具体实施方式一提出的8PSK1星座图；
图1(b)为具体实施方式一提出的8PSK2星座图；
图2(a)为具体实施方式一提出的8PSK1经旋转后得到的星座图；
图2(b)为具体实施方式一提出的8PSK2经旋转后得到的星座图；
图3(a)为具体实施方式一提出的码本1的SCMA64点星座图；
图3(b)为具体实施方式一提出的码本2的SCMA64点星座图；
图4为具体实施方式一提出的不同旋转角度θ下最小乘积距离数值示意图；其中，横轴为旋转角度θ(增加角度间隔为1°)，纵轴为该角度下最小乘积距离的数值；
图5为具体实施方式一提出的不同旋转角度θ下最小乘积距离数值；其中，横轴为旋转角度θ，(增加角度间隔为0.1°)纵轴为该角度下最小乘积距离的数值。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种基于最大化最小乘积距离准则的64点SCMA码本设计方法，具体是按照以下步骤制备的：
步骤一、选择两个完全相同的标准8PSK(八相相移键控)星座图，分别为8PSK1和8PSK2，设出8PSK1和8PSK2功率均为a，即8PSK1和8PSK2中每个星座点到原点的距离为a；两个完全相同的标准8PSK星座图8PSK1和8PSK2如图1(a)和图1(b)所示；(标准的8PSK(参考书中可见)默认功率a为1，这里我也直接规定为1，这里8PSK坐标会直接关系到之后得到的64点坐标，因为64点坐标就是根据8PSK坐标而来的)
其中，标准8PSK(八相相移键控)星座图中有8个星座点，8个星座点均在一个圆上，8个星座点中相邻两个星座点分别与原点连线的夹角为45°，星座点距离原点的距离表示调制后信号的幅值，星座点与原点间连线与横轴正半轴夹角表示调制后信号的相位；
步骤二、分别将两个星座图8PSK1和8PSK2旋转相同角度θ后，得到两个完全相同的旋转之后的8PSK1星座图和8PSK2星座图；如图2(a)和图2(b)所示
步骤三、根据两个旋转之后的8PSK1星座图和8PSK2星座图，计算得到两个对应的64点的SCMA星座图中每一个点的位置坐标如图3(a)和图3(b)所示；其中，每个对应的64点的SCMA星座图中有64个点，每个点的6个比特为B1、B2、B3、B4、B5和B6；(26＝64每个比特只能为0或1，即每个比特有两种可能，6个比特可以表示64个数)；两个对应的64点的SCMA星座图包括的第一个64点SCMA星座图和第二个64点SCMA星座图；
举例说明如下：第一个64点星座图中的101011，其中前三个数字101根据步骤二中第一个星座图中的101对应的x1轴坐标确定横坐标，后三个数字011根据步骤二中第二个星座图中的011对应y1轴坐标确定纵坐标。同理，第二个64点星座图中的000110，其中前三个数字000根据步骤二中第一个星座图中的000对应的x2轴坐标确定横坐标，后三个数字110根据步骤二中第二个星座图中的110对应y2轴坐标确定纵坐标如图3(a)和图3(b)所示。
步骤四、根据步骤三得到的位置坐标计算第一个64点的SCMA星座图中任意两个相对应的点的欧氏距离Rij1和第二个64点的SCMA星座图中任意两个相对应的点的欧氏距离Rij2的乘积距离Rij：根据计算的Rij取乘积距离Rij的最小值；
其中，
Rij＝Rij1×Rij2
1≤i≤64,1≤j≤64,且i≠j,i和j分别为64点星座图中不同的星座点；
步骤五、将旋转角度θ从0°开始增加Δθ，将θ+Δθ重复步骤二～四，直至θ+Δθ为45°为止，得到所有的最小乘积距离Rij的最小值；其中，θ为0°～45°；Δθ为0.0001°～1°；
步骤六：通过计算机仿真的方式，对旋转角度θ值进行遍历，确定步骤五中所有的最小乘积距离Rij所对应的旋转角度θ中使Rij值最大的旋转角度值θmax；
若想进一步提高所确定角度的精度，则使Δθ减小,重复步骤五步骤六，直到达到所需要的精度停止迭代。
以0.0001°为间隔时可以得到最优的旋转角度近似的θmax得到θmax≈4.8678°(如图5)(若继续减少遍历的角度间隔，可以得到更为精确的角度值)，所有的最小乘积距离Rij所对应的旋转角度θ中使Rij最大的旋转角度值θmax；使得两个64点的SCMA星座图对应点的最小乘积距离最大化，根据最大旋转角度值θmax得到满足最大化最小乘积距离准则的一对64点SCMA码本；
其中，一对的64点的SCMA码本包括码本1的64点的SCMA星座图和码本2的64点的SCMA星座图；码本1的64点的SCMA星座图是由8PSK1和8PSK2星座图旋转后的横轴坐标得到的；码本2的64点的SCMA星座图是由8PSK1和8PSK2星座图旋转后的纵轴坐标得到的。
本实施方式效果：
本实施方式采用了低阶星座点旋转映射模型，同时对多个资源上的码本进行了联合设计，提出能够得到满足最大化最小乘积距离准则的64点SCMA码本设计方案
本实施方式提出的设计方案操作简单，计算量小，直接通过低阶星座点旋转映射模型即可以得到高阶的星座图，并且得出的结果既考虑了汉明距离，又通过旋转角度的确定考虑了乘积距离。因此，本实施方式提出的设计方案在实现足够简单的情况下又保证了误码率性能。
采用本实施方式提出的最优角度搜寻方法，由于旋转45度后会重合，所以角度旋转范围为0°到45°，仿真中设定横轴为角度，纵轴为最小乘积距离，首先角度搜寻间隔为1度，可以看出满足最大化最小乘积距离的乘积距离的旋转角度在0°到10°以及35°到45°之间，且关于22.5°对称如图4。
接下来进一步增加角度搜寻范围，在0°到10°之间进行间隔为0.1°的搜寻，得到如下仿真图如图5。
经过不断减小角度搜寻间隔，在计算精度为小数点后4位时，确定符合最大化最小乘积距离的角度为4.8678°。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中两个对应的64点的SCMA星座图中第一个64点的SCMA星座图中点的横坐标即为第一个64点的SCMA星座图中点的前三个比特B1、B2和B3(B1B2B3代表一个点，比如010)对应的8PSK1中的x1轴坐标如图2(a)；第一个64点的SCMA星座图中点的纵坐标即为第一个64点的SCMA星座图中点的后三个比特B4、B5和B6对应8PSK2的y1轴坐标如图2(b)。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三中两个对应的64点的SCMA星座图中第二个64点的SCMA星座图中点的横坐标即为第二个64点的SCMA星座图中点的前三个比特B1、B2和B3对应8PSK1中的x2轴坐标如图2(a)；第二个64点的SCMA星座图中点的纵坐标即为第二个64点的SCMA星座图中点的后三个比特B4、B5和B6对应8PSK2中的y2轴坐标如图2(b)。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤五中θ为0°～10°。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤五中Δθ为0.0001°～1°。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

Claims (3)

1.一种基于最大化最小乘积距离准则的64点SCMA码本设计方法，其特征在于一种基于最大化最小乘积距离准则的64点SCMA码本设计方法具体是按照以下步骤进行的：
步骤一、选择两个完全相同的标准8PSK星座图，分别为8PSK1和8PSK2；
其中，标准8PSK星座图中有8个星座点，8个星座点均在一个圆上，8个星座点中相邻两个星座点分别与原点连线的夹角为45°，星座点距离原点的距离表示调制后信号的幅值，星座点与原点间连线与横轴正半轴夹角表示调制后信号的相位；
步骤二、分别将两个星座图8PSK1和8PSK2旋转相同角度θ后，得到两个完全相同的旋转之后的8PSK1星座图和8PSK2星座图；
步骤三、根据两个旋转之后的8PSK1星座图和8PSK2星座图，计算得到两个对应的64点的SCMA星座图中每一个点的位置坐标；其中，每个对应的64点的SCMA星座图中有64个点，每个点的6个比特为B1、B2、B3、B4、B5和B6；两个对应的64点的SCMA星座图包括的第一个64点的SCMA星座图和第二个64点的SCMA星座图；
步骤四、根据步骤三得到的位置坐标计算第一个64点的SCMA星座图中任意两个相对应的点的欧氏距离Rij1和第二个64点的SCMA星座图中任意两个相对应的点的欧氏距离Rij2的乘积距离Rij：根据计算的Rij取乘积距离Rij的最小值；
其中，
Rij＝Rij1×Rij2
1≤i≤64,1≤j≤64,且i≠j,i和j分别为64点星座图中不同的星座点；
步骤五、将旋转角度θ从0°开始增加Δθ，将θ+Δθ重复步骤二～四，直至θ+Δθ为45°为止，得到所有的最小乘积距离Rij的最小值；其中，θ为0°～45°；Δθ为0.0001°～1°；
步骤六：对旋转角度θ值进行遍历，确定步骤五中所有的最小乘积距离Rij所对应的旋转角度θ中使Rij值最大的旋转角度值θmax；根据最大旋转角度值θmax得到满足最大化最小乘积距离准则的一对64点SCMA码本；
其中，一对的64点的SCMA码本包括码本1的64点的SCMA星座图和码本2的64点的SCMA星座图；码本1的64点的SCMA星座图是由8PSK1和8PSK2星座图旋转后的横轴坐标得到的；码本2的64点的SCMA星座图是由8PSK1和8PSK2星座图旋转后的纵轴坐标得到的；
步骤三中两个对应的64点的SCMA星座图中第一个64点的SCMA星座图中点的横坐标即为第一个64点的SCMA星座图中点的前三个比特B1、B2和B3对应的8PSK1中的x1轴坐标；第一个64点的SCMA星座图中点的纵坐标即为第一个64点的SCMA星座图中点的后三个比特B4、B5和B6对应8PSK2的y1轴坐标；
步骤三中两个对应的64点的SCMA星座图中第二个64点的SCMA星座图中点的横坐标即为第二个64点的SCMA星座图中点的前三个比特B1、B2和B3对应8PSK1中的x2轴坐标；第二个64点的SCMA星座图中点的纵坐标即为第二个64点的SCMA星座图中点的后三个比特B4、B5和B6对应8PSK2中的y2轴坐标。
2.根据权利要求1所述一种基于最大化最小乘积距离准则的64点SCMA码本设计方法，其特征在于：步骤五中θ为0°～10°。
3.根据权利要求2所述一种基于最大化最小乘积距离准则的64点SCMA码本设计方法，其特征在于：步骤五中Δθ为0.0001°～1°。
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