自20世紀(jì)80年代誕生至今,移動(dòng)通信系統(tǒng)歷經(jīng)四代發(fā)展與變遷,多址接入技術(shù)也隨之不斷變革。在萬(wàn)物互連的5G時(shí)代,非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NMA)技術(shù)能夠大幅提升頻譜效率并增加有限資源下的用戶(hù)連接數(shù),因而比傳統(tǒng)的正交多址接入技術(shù)更受青睞。稀疏碼多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)是NMA中的代表性技術(shù),其不僅讓通信系統(tǒng)的容量與頻譜效率大幅提升,且能使系統(tǒng)引入免調(diào)度的競(jìng)爭(zhēng)接入機(jī)制。本文在介紹了SCMA的研究背景、性能優(yōu)勢(shì)、技術(shù)原理的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)分析了過(guò)載率對(duì)上行SCMA系統(tǒng)的具體影響,并提出了兩種新型上行SCMA系統(tǒng)接收機(jī)。本文主要貢獻(xiàn)如下:1)針對(duì)5G時(shí)代大量用戶(hù)同時(shí)接入帶來(lái)的過(guò)載問(wèn)題,分析了過(guò)載率對(duì)上行SCMA系統(tǒng)檢測(cè)性能、傳輸速率的影響。SCMA的技術(shù)特性使其更適用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的上行鏈路,而5G時(shí)代無(wú)處不在的接入需求,使得SCMA要承受過(guò)載傳輸?shù)目简?yàn)。因此,本文從兩個(gè)方面對(duì)上行SCMA系統(tǒng)的過(guò)載性能進(jìn)行了研究:一是從誤碼率性能與計(jì)算復(fù)雜度兩個(gè)角度,分析了過(guò)載率對(duì)系統(tǒng)多用戶(hù)檢測(cè)的影響,并給出了過(guò)載率與系統(tǒng)檢測(cè)計(jì)算量的定量關(guān)系;二是通過(guò)建立過(guò)載率與系統(tǒng)平均和速率的關(guān)系模型,分析了過(guò)載率對(duì)系統(tǒng)傳輸速率的具體影響。隨后,通過(guò)仿真驗(yàn)證了所作分析的合理性與準(zhǔn)確性。2)針對(duì)現(xiàn)有接收機(jī)存在先驗(yàn)誤差、復(fù)雜度高的問(wèn)題,提出了兩種新型上行SCMA系統(tǒng)接收機(jī)。由于其非正交特性,上行SCMA系統(tǒng)中用戶(hù)信息之間存在較大干擾,接收機(jī)性能的重要性不言而喻。目前上行SCMA系統(tǒng)一般采用消息傳遞算法(Message Passing Algorithm,MPA)接收機(jī),本文對(duì)其原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹,指出其在多用戶(hù)檢測(cè)方面存在的不足,即存在先驗(yàn)誤差且計(jì)算量龐大。隨后,本文對(duì)MPA進(jìn)行更新策略和計(jì)算方式兩方面的優(yōu)化,得到新型檢測(cè)算法L-S-MPA;并結(jié)合SCMA的碼本特性對(duì)軟MMSE進(jìn)行改進(jìn),得到另一種新型檢測(cè)算法G-MMSE。在此基礎(chǔ)上提出了兩種基于聯(lián)合檢測(cè)思想的新型上行SCMA系統(tǒng)接收機(jī),稱(chēng)之為R-MPA接收機(jī)和G-M-MPA接收機(jī)。理論分析和仿真結(jié)果表明,與傳統(tǒng)MPA接收機(jī)相比,所提兩種接收機(jī)檢測(cè)精度更高而實(shí)施復(fù)雜度更低。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN929.5
【部分圖文】：

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文'' ' '2 2( 1) , [1, ]n rrn k n d kM d M ， ，M’代表用戶(hù)擴(kuò)頻序列的長(zhǎng)度，dr’代表一個(gè) OFDM 子載波上承載的用戶(hù)這一優(yōu)化操作的示意圖如圖 2.7 所示。結(jié)果如圖 2.8 所示，可以看出 SCMA 系統(tǒng)的檢測(cè)誤碼率性能明顯優(yōu)于 L隨著系統(tǒng)過(guò)載率的增大，SCMA 系統(tǒng)的性能優(yōu)勢(shì)逐漸增大。

噪聲設(shè)定為高斯白噪聲。圖 3.6 不同過(guò)載率下上行 SCMA 系統(tǒng)的檢測(cè)誤碼率仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如圖 3.6 與圖 3.7 所示：圖 3.6 展示了過(guò)載率與系統(tǒng)檢測(cè)誤碼率的相互關(guān)系，圖 3.7 則展示了過(guò)載率對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)運(yùn)算量的影響。在圖 3.6 中，在 BER 達(dá)到 10-4時(shí)，OF由 100%增至 150%，SNR 要求增大約 3.5dB；OF 由 100%增至 150%，SNR 要求增大約 5.5dB。這意味著若傳輸信號(hào)的 SNR 給定，上行 SCMA 系統(tǒng)的 OF 增大時(shí)，接收信號(hào)的誤碼率也隨之增大。而圖 3.7 直觀反映出

圖 3.7 不同過(guò)載率下上行 SCMA 系統(tǒng)檢測(cè)運(yùn)算量果表明隨著系統(tǒng)過(guò)載率的增大，上行 SCMA 系統(tǒng)的檢測(cè)誤碼率性能逐漸衰度大幅度增大。這也驗(yàn)證了第 3.3 節(jié)所做分析的合理性。率與平均和速率證第 3.4 節(jié)的分析，本節(jié)進(jìn)行了兩種過(guò)載傳輸場(chǎng)景下的上行 SCMA 系統(tǒng)統(tǒng)模型采用 3.2 節(jié)所示模型，仿真設(shè)置如表 3.4 所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 3.8 所值等于用戶(hù)傳輸 SNR。表 3.4 仿真設(shè)置 3-2場(chǎng)景 系統(tǒng) J K OF d0α1 OFDMA 4 4 - 3 42 SCMA 6 4 150% 3 43 SCMA 8 4 200% 3 4.8可以看出，當(dāng)該上行SCMA系統(tǒng)的過(guò)載率大于100%時(shí)，其ASR明顯大于
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