CN112543163B - 基于星座衍生的scma母码本设计方法 - Google Patents

Abstract

基于星座衍生的SCMA母码本设计方法，属于移动通信技术领域，SCMA的技术优势主要在于性能优异的稀疏码本设计，而所有用户的码本都是在母码本的基础上进行相应变换得到的，因此优异的母码本设计是高效SCMA应用的关键，也成为5G时代多址接入技术亟待解决的问题。本发明首先利用最大化最小欧式距离的优化计算来构造一个一维的零星座，进而利用零星座建立奇星座和偶星座，并通过旋转角的构造，结合奇星座和偶星座得到母星座。本发明对星座点间的距离进行了优化，增大了母星座图上的最小欧氏距离，在一定程度上降低了系统的误码率，而且本发明不局限于通常的6个用户、4个资源的SCMA应用，而是可以通用于所有SCMA系统。

Description

基于星座衍生的SCMA母码本设计方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其是基于星座衍生的SCMA母码本设计方法。

背景技术

稀疏码多址接入SCMA(sparse code multiple access)技术是新一代移动通信系统的重点应用技术，也是5G通信的重点研究方向之一。SCMA技术不仅可以提供更高的编码增益，在相同信道状态下具有更好的性能，而且同时接入的用户数可以远远大于系统提供的资源数，突破了频谱资源的限制，极大地提高资源利用率。然而，SCMA的技术优势主要在于性能优异的稀疏码本设计，由于每个用户之间的码字在发送过程中相互干扰、相互叠加，而每个码字又是多维空间向量，这也就导致了SMCA的码本设计是一个非常复杂的优化问題。因此，优良的码本设计成为提高SCMA性能的关键所在，而所有用户的码本都是在母码本(母星座)的基础上进行相应变换得到的，由此可见，优异的母码本设计成为高效SCMA应用的关键，也成为5G时代多址接入技术亟待解决的问题。

发明内容

基于星座衍生的SCMA母码本(母星座)设计方法首先利用最大化最小欧式距离的优化计算来构造一个一维的零星座，进而通过星座衍生得到一个奇星座和一个偶星座，在此基础上，通过建立多维的旋转角度，并利用奇星座和偶星座生成N个一维的基星座，最后利用N个基星座重组可以得到最终的母星座，即母码本。

采用的技术方案是：

设定SCMA通信系统中所能承载的最大用户数量为J，可用总资源数为K，且J可以远远大于K。每个时隙的信息序列长度为α比特，因此，每个时隙的码本大小为M，M＝2^α。每个用户在K个资源中占用的资源数为N。

步骤1：建立一个一维的M点零星座C₀。

步骤2：基于一维的零星座C₀进行衍生得到M点奇星座C₁。

步骤3：基于一维的零星座C₀进行衍生得到M点偶星座C₂。

步骤4：定义多维旋转角度μ_n。

步骤5：利用奇星座C₁和偶星座C₂来构造N个一维M点的基星座S_n。

步骤6：利用N个基星座S_n可以得到最终的母星座，即母码本S。

步骤2、3，不分先后。

其优点在于：

为了满足海量用户的通信需求，满足5G场景的需求，提高系统的频谱利用率，建立基于星座衍生的SCMA母码本设计方法。本发明通过建立一个一维M点的零星座，进而利用零星座建立奇星座和偶星座，并通过旋转角的构造，结合奇星座和偶星座得到母星座，即母码本。本发明对星座点间的距离进行了优化，增大了母星座图上的最小欧氏距离，在一定程度上降低了系统的误码率。而且本发明不局限于通常的6个用户、4个资源的SCMA应用，而是可以通用于所有SCMA系统。

附图说明

图1是本发明基于星座衍生的SCMA母码本设计方法流程图。

具体实施方式

步骤1：建立一个一维的零星座C₀：

其中，上标(m)中变量m＝1，2，…M，表示第m个星座点。

零星座C₀中的每个星座点

为：

例1：设M为8，N为3，此时建立的零星座C₀为：

步骤2：基于一维的零星座C₀进行衍生得到奇星座C₁为：

其中，变量ε为：

其中，diag(·)_M为M维对角方阵构造函数。

奇星座C₁中的每个星座点

为：

利用例1中的参数，得到的对角方阵为：

利用例1中的参数，得到的奇星座C₁为：

步骤3：基于一维的零星座C₀进行衍生得到偶星座C₂为：

偶星座C₂中的每个星座点

为：

利用例1中的参数，得到的偶星座C₂为：

步骤4：定义多维旋转角度μ_n为：

其中，n∈[1,N]。

步骤5：定义变量h为：

h＝|mod(n,2)-1|+1 (9)。

因此，利用奇星座C₁和偶星座C₂来构造N个一维M点的基星座S_n：

基星座S_n中的每个星座点

为：

利用例1中的参数，得到的N个一维M点基星座S_n为：

步骤6：利用N个基星座S_n可以得到最终的母星座，即母码本S：

母码本S为N行M列的矩阵，其中，每一行S_n表示第n个维度上，具有M个星座符号向量的星座图，每个维度上的星座图S_n都为复星座图。

利用例1中的参数，得到最终的母星座(母码本)S为：

Claims (1)

1.基于星座衍生的SCMA母码本设计方法，其特征在于包括下列步骤：所述的方法中设码本大小为M，每个用户在多个资源中占用的资源数为N；

步骤1：建立一个一维的零星座C₀：

其中，上标(m)中变量m＝1，2，…M，表示第m个星座点；

零星座C₀中的每个星座点

为：

步骤2：基于一维的零星座C₀进行衍生得到奇星座C₁为：

其中，变量ε为：

其中，diag(·)_M为M维对角方阵构造函数；

奇星座C₁中的每个星座点

为：

步骤3：基于一维的零星座C₀进行衍生得到偶星座C₂为：

偶星座C₂中的每个星座点

为：

步骤4：定义多维旋转角度μ_n为：

其中，n∈[1,N]；

步骤5：定义变量h为：

h＝|mod(n,2)-1|+1 (9)；

因此，利用奇星座C₁和偶星座C₂来构造N个一维M点的基星座S_n：

基星座S_n中的每个星座点

为：

步骤6：利用N个基星座S_n可以得到最终的母星座，即母码本S：

母码本S为N行M列的矩阵，其中，每一行S_n表示第n个维度上，具有M个星座符号向量的星座图，每个维度上的星座图S_n都为复星座图。

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