SCMA 系統(tǒng)中的關鍵傳輸技術研究.pdf

1、近年來，移動智能終端的普及、移動互聯(lián)網(wǎng)、新業(yè)務的蓬勃發(fā)展促使移動通信系統(tǒng)需要提供滿足用戶需求的服務?，F(xiàn)有的通信系統(tǒng)已不能滿足海量用戶低延遲、高速率的通信需求，因此稀疏碼分多址接入(Sparse Code Multiple Access, SCMA)被提出。它使海量用戶以過載的方式復用頻譜資源，同時SCMA用戶可以采用Grant-free機制降低通信延遲，因此SCMA成為一項第五代移動通信系統(tǒng)(The5th Generation,5G)中

2、具有巨大應用前景的多用戶多址方式。
　　現(xiàn)有關于SCMA的研究主要集中在碼本設計、低復雜度接收機設計上，而關于它的傳輸技術研究相對較少。通信系統(tǒng)的傳輸技術如能效優(yōu)化設計、混合自動重傳請求(Hybrid Automatic Repeat Request, HARQ)技術影響系統(tǒng)的吞吐量、能效、接收可靠性等，因此研究系統(tǒng)的傳輸技術具有重要意義。鑒于SCMA對未來通信網(wǎng)絡的重要研究意義及SCMA傳輸技術研究的不足，本文主要對SCMA系統(tǒng)

3、的能效優(yōu)化設計、HARQ技術進行研究。
　　首先，本文對 SCMA系統(tǒng)的能效優(yōu)化設計進行了研究。提出了兩種能效優(yōu)化模型，第一個優(yōu)化問題的目標函數(shù)為系統(tǒng)所有用戶的能效和最優(yōu)，第二個優(yōu)化問題的目標函數(shù)為使系統(tǒng)最差鏈路的用戶能效最優(yōu)，兩個能效優(yōu)化問題均保證了SCMA用戶的最小傳輸速率要求。根據(jù)所提的兩個能效優(yōu)化問題，設計了兩種算法，其基本思想為參量優(yōu)化迭代。首先引入?yún)⒘?，將分?shù)目標函數(shù)形式轉為含有參量的凹函數(shù)，用庫恩塔克條件(Karus

4、h-Kuhn-Tucker, KKT)求解得到能效最優(yōu)的用戶功率分配方案后，更新參量，繼續(xù)求解優(yōu)化問題，直至優(yōu)化解滿足收斂條件。仿真結果表明，設計的兩種能效優(yōu)化算法分別解決了給定模型下的能效優(yōu)化問題，具有較好的收斂性。此外，對比兩種能效優(yōu)化算法，可知能效最優(yōu)不能保證傳輸速率最優(yōu)。
　　隨后，本文對SCMA系統(tǒng)的可靠性提升進行了研究。根據(jù)傳統(tǒng)消息傳遞算法(Message Passing Algorithms, MPA)檢測器的譯碼特

5、點，提出了一種部分碼字信息已知的MPA譯碼器(Part Information based MPA, PI-MPA)，定性分析了它相比傳統(tǒng)MPA提高譯碼準確性的原理。基于PI-MPA構造了一種高可靠性的SCMA-HARQ系統(tǒng)，通過分析正確重傳碼字數(shù)目對系統(tǒng)吞吐量和重傳延遲的影響，本文設計了一種基于用戶 QoS分組的部分正確碼字動態(tài)重傳算法機制。將所有用戶分為兩組，只從QoS較低的那組選擇可利用冗余重傳用戶進行重傳，且執(zhí)行冗余重傳的用戶數(shù)