【摘要】：5G網(wǎng)絡在用戶連接、系統(tǒng)容量、時延、穩(wěn)定性和服務質(zhì)量等方面對下一代通信技術尤其是多址接入技術提出了極大的挑戰(zhàn)。非正交多址接入(non-orthogonal multiple access, NMA)技術由于其技術特性可以實現(xiàn)傳統(tǒng)時頻資源上承載更多用戶數(shù)據(jù)而備受業(yè)界推崇。以華為公司為主提出的稀疏碼分多址接入(Sparse Code Multiple Access, SCMA)技術就是其中之一。SCMA通過使用稀疏碼本可實現(xiàn)系統(tǒng)的不同過載,且SCMA可以根據(jù)實際情況靈活配置參數(shù)來產(chǎn)生不同的碼本資源數(shù),使系統(tǒng)海量鏈接的實現(xiàn)成為可能,此外SCMA上行鏈路可以采用基于競爭機制的Grant-Free接入機制,從而大大降低系統(tǒng)時延及信令開銷,因此,其在滿足5G通信需求方面存在巨大潛能。鑒于無線資源管理(Radio Resource Management, RRM)在各種無線通信網(wǎng)絡的重要意義以及SCMA技術與5G通信需求之間的高度契合,本文研究基于SCMA的無線通信系統(tǒng)中的RRM將具有重要的理論及現(xiàn)實意義。本文主要針對基于SCMA的無線蜂窩系統(tǒng)下行鏈路中進行了RRM研究。由于SCMA這一新的多址技術的引入,使系統(tǒng)中無線資源基本單元將由時域、頻域、SCMA碼域等多個維度來共同定義,且SCMA碼本還與時頻域之間有密切的關聯(lián)關系。鑒于該關聯(lián)關系以及無線信道所具有的頻選衰落特性,故當下行用戶使用不同SCMA碼本或?qū)⑼淮a本分配給不同下行用戶使用時,將獲得不同的系統(tǒng)性能。但目前關于SCMA的研究中對用戶使用碼本都是隨機選擇的,因此在本文SCMA無線蜂窩下行鏈路模型中,將采用一種基于信道狀態(tài)信息(Channel State Information, CSI)的SCMA碼本選擇方案,來最大化系統(tǒng)容量。此外,由于功率管控也是RRM的重要內(nèi)容,而目前SCMA研究中還沒有有效的功率管控方案成果,因此本文也對SCMA下行鏈路功率分配方案進行了研究,主要在基于CSI的碼本選擇結(jié)果基礎上,借鑒經(jīng)典的注水功率分配算法來進一步優(yōu)化SCMA系統(tǒng)容量。同時為與SCMA系統(tǒng)進行同步比較,本文也對具有相同系統(tǒng)資源數(shù)目配置、采用類似資源分配算法的OFDMA下行鏈路系統(tǒng)容量進行了仿真。仿真結(jié)果表明,本文基于CSI的SCMA碼本選擇策略及功率分配算法比現(xiàn)有研究常用的碼本隨機選擇及功率均分方案下的系統(tǒng)容量性能表現(xiàn)更佳,同時由于SCMA的過載特性,相比OFDMA系統(tǒng)也能獲得更好的系統(tǒng)容量性能。最后本文還就SCMA下行鏈路的其他三種場景(SU-SCMA、單用戶多SCMA層/碼本傳輸以及用戶QoS保障要求),對該基于CSI的SCMA碼本選擇策略及功率分配算法的適用性作了較詳細的分析。由分析可知,文中基于SCMA的下行鏈路RRM算法具有很好的適用性,是一種提升SCMA系統(tǒng)相關性能的有效RRM方法。
[Abstract]:5G network poses a great challenge to the next generation communication technology, especially the multiple access technology, in the aspects of user connection, system capacity, delay, stability and quality of service. Non-orthogonal multiple access (non-orthogonal multiple access, NMA) technology is popular in the industry because of its technical characteristics, which can carry more user data on traditional time-frequency resources. The sparse code division multiple access (Sparse Code Multiple Access, SCMA) technology proposed by Huawei is one of them. SCMA can realize different system overload by using sparse codebook. Moreover, SCMA can flexibly configure parameters according to the actual situation to generate different codebook resources, which makes it possible to realize mass links in the system. In addition, SCMA uplink can adopt Grant-Free access mechanism based on competitive mechanism. As a result, the system delay and signaling overhead are greatly reduced, so it has great potential in meeting 5G communication requirements. In view of the importance of wireless resource management (Radio Resource Management, RRM) in various wireless communication networks and the high degree of compatibility between SCMA technology and 5G communication requirements, The study of RRM in wireless communication system based on SCMA will have important theoretical and practical significance. This paper mainly focuses on the research of RRM in the downlink of wireless cellular system based on SCMA. Because of the introduction of SCMA, the basic unit of wireless resources in the system will be defined by several dimensions such as time domain, frequency domain, SCMA code domain and so on, and the SCMA codebook is closely related to time-frequency domain. In view of the correlation relationship and the frequency-selective fading characteristics of the wireless channel, different system performance will be obtained when the current row user uses different SCMA codebooks or allocates the same codebook to different downlink users. However, the current research on SCMA is random selection for users. Therefore, in the SCMA wireless downlink model, a SCMA codebook selection scheme based on channel state information (Channel State Information, CSI) will be adopted. To maximize system capacity. In addition, since power control is also an important part of RRM, and there is no effective power control scheme in the current SCMA research, this paper also studies the SCMA downlink power allocation scheme. Based on the results of codebook selection based on CSI, the classical water injection power allocation algorithm is used to optimize the capacity of SCMA system. At the same time, in order to synchronize with SCMA system, this paper also simulates the capacity of OFDMA downlink system with the same system resource allocation and similar resource allocation algorithm. The simulation results show that the SCMA codebook selection strategy and power allocation algorithm based on CSI are better than those under random codebook selection and power sharing schemes, and the performance of the system is better because of the overload characteristics of SCMA. Compared with OFDMA system, it can also achieve better system capacity performance. Finally, the other three scenarios of SCMA downlink (SU-SCMA, single user multiple SCMA layer / codebook transmission and user QoS guarantee requirements) are also discussed. The selection strategy of SCMA codebook and the applicability of power allocation algorithm based on CSI are analyzed in detail. The analysis shows that the downlink RRM algorithm based on SCMA has good applicability and is an effective RRM method to improve the performance of SCMA system.
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.53

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本文編號：2298131